詳解流程：嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)階段

　　之前，我們?cè)敿?xì)講述了嵌入式產(chǎn)品的研發(fā)流程，那么在這一節(jié)，我們具體以嵌入式產(chǎn)品的硬件部分為例，再次講解其開發(fā)過程，希望通過這一節(jié)，大家能對(duì)嵌入式硬件開發(fā)流程有更深刻的認(rèn)識(shí)，在以后的學(xué)習(xí)和工作中，更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高開發(fā)技能。嵌入式硬件開發(fā)流程一般如下圖，分為8個(gè)階段：

　　嵌入式產(chǎn)品的硬件形態(tài)各異，CPU 從簡(jiǎn)單的4 位/8位單片機(jī)到32 位的ARM處理器，以及其他專用IC。另外，依據(jù)產(chǎn)品的不同需求，外圍電路也各不相同。每一次硬件開發(fā)過程，都需要依據(jù)實(shí)際的需求，考慮多方面的因素，選擇最合適的方案來。

　　硬件階段1：硬件產(chǎn)品需求

　　和普通的嵌入式產(chǎn)品需求一樣。階段1：產(chǎn)品需求。

　　硬件階段2：硬件總體設(shè)計(jì)方案

　　一個(gè)硬件開發(fā)項(xiàng)目，它的需求可能來自很多方面，比如市場(chǎng)產(chǎn)品的需要或性能提升的要求等，因此，作為一個(gè)硬件設(shè)計(jì)人員，我們需要主動(dòng)去了解各個(gè)方面的需求并分析，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，選擇最合適的硬件方案。

　　在這一階段，我們需要分析整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，包括方案中主要器件的可采購性，產(chǎn)品開發(fā)投入，項(xiàng)目開發(fā)周期預(yù)計(jì)，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，并針對(duì)開發(fā)過程中可能遇到的問題，提前選擇應(yīng)對(duì)方案，保證硬件的順利完成。

　　硬件階段3：硬件電路原理圖設(shè)計(jì)

　　在系統(tǒng)方案確定后，我們即可以開展相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，原理設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終產(chǎn)生詳細(xì)的設(shè)計(jì)文檔和硬件原理圖。

　　原理設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員最主要的兩個(gè)工作之一，在原理設(shè)計(jì)過程中，我們需要規(guī)劃硬件內(nèi)部資源，如系統(tǒng)存儲(chǔ)空間，以及各個(gè)外圍電路模塊的實(shí)現(xiàn)。另外，對(duì)系統(tǒng)主要的外圍電路，如電源、復(fù)位等也需要仔細(xì)的考慮，在一些高速設(shè)計(jì)或特殊應(yīng)用場(chǎng)合，還需要考慮EMC/EMI等。

　　電源是保證硬件系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)中要詳細(xì)的分析：系統(tǒng)能夠提供的電源輸入;單板需要產(chǎn)生的電源輸出;各個(gè)電源需要提供的電流大小;電源電路效率;各個(gè)電源能夠允許的波動(dòng)范圍;整個(gè)電源系統(tǒng)需要的上電順序等等。

　　為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，復(fù)位電路的設(shè)計(jì)也非常重要，如何保證系統(tǒng)不會(huì)在外界干擾的情況下異常復(fù)位，如何保證在系統(tǒng)運(yùn)行異常的時(shí)候能夠及時(shí)復(fù)位，以及如何合理的復(fù)位，才能保證系統(tǒng)完整的復(fù)位后，這些也都是我們?cè)谠碓O(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮的。

　　同樣的，時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)也是非常重要的一個(gè)方面，一個(gè)不好的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)，可能會(huì)引起通信產(chǎn)品的數(shù)據(jù)丟包，產(chǎn)生大的EMI，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

　　原理圖設(shè)計(jì)中要有“拿來主義”!現(xiàn)在的芯片廠家一般都可以提供參考設(shè)計(jì)的原理圖，所以要盡量的借助這些資源，在充分理解參考設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，做一些自己的發(fā)揮。

　　硬件階段4：PCB圖設(shè)計(jì)

　　PCB設(shè)計(jì)階段，即是將原理圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的可加工的PCB 線路板，目前主流的PCB 設(shè)計(jì)軟件有PADS，Candence 和Protel幾種。

　　PCB設(shè)計(jì)，尤其是高速PCB，需要考慮EMC/EMI，阻抗控制，信號(hào)質(zhì)量等，對(duì)PCB 設(shè)計(jì)人員的要求比較高。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的PCB是否符合要求，有的還需要進(jìn)行PCB 仿真。并依據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整PCB 的布局布線，完成整個(gè)的設(shè)計(jì)。

　　硬件階段5：PCB加工文件制作與PCB打樣

　　PCB繪制完成以后，在這一階段，我們需要生成加工廠可識(shí)別的加工文件，即常說的光繪文件，將其交給加工廠打樣PCB 空板。一般1~4層板可以在一周內(nèi)完成打樣。

　　硬件階段6：硬件產(chǎn)品的焊接與調(diào)試

　　在拿到加工廠打樣會(huì)的 PCB空板以后，接下來我們，需要檢查PCB空板是否和我們?cè)O(shè)計(jì)預(yù)期一樣，是否存在明顯的短路或斷痕，檢查通過后，則需要將前期采購的元器件和PCB空板交由生產(chǎn)廠家進(jìn)行焊接(如果PCB 電路不復(fù)雜，為了加快速度，也可以直接手工焊接元器件)。

　　當(dāng)PCB 已經(jīng)焊接完成后，在調(diào)試PCB之前，一定要先認(rèn)真檢查是否有可見的短路和管腳搭錫等故障，檢查是否有元器件型號(hào)放置錯(cuò)誤，第一腳放置錯(cuò)誤，漏裝配等問題，然后用萬用表測(cè)量各個(gè)電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這樣可以避免貿(mào)然上電后損壞單板。調(diào)試的過程中要有平和的心態(tài)，遇見問題是非常正常的，要做的就是多做比較和分析，逐步的排除可能的原因，直致最終調(diào)試成功。

　　在硬件調(diào)試過程中，需要經(jīng)常使用到的調(diào)試工具有萬用表和示波器，邏輯分析儀等，用于測(cè)試和觀察板內(nèi)信號(hào)電壓和信號(hào)質(zhì)量，信號(hào)時(shí)序是否滿足要求。

　　硬件階段7：硬件產(chǎn)品測(cè)試

　　當(dāng)硬件產(chǎn)品調(diào)試通過以后，我們需要對(duì)照產(chǎn)品產(chǎn)品的需求說明，一項(xiàng)一項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)是否符合預(yù)期的要求，如果達(dá)不到要求，則需要對(duì)硬件產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試和修改，直到符合產(chǎn)品需求文明(一般都以需求說明文檔作為評(píng)判的一句，當(dāng)然明顯的需求說明錯(cuò)誤除外)。

　　硬件階段8：硬件產(chǎn)品

　　我們最終開發(fā)的硬件成功。一個(gè)完整的，完成符合產(chǎn)品需求的硬件產(chǎn)品還不能說明一個(gè)成功的產(chǎn)品開發(fā)過程，我們還需要按照預(yù)定計(jì)劃，準(zhǔn)時(shí)高質(zhì)量的完成。才是一個(gè)成功的產(chǎn)品開發(fā)過程。 　　在PIC的單片機(jī)中有多種型號(hào)有內(nèi)部RC振蕩器的功能，從而省去了晶振，不但節(jié)省了成本，并且我們還多了兩個(gè)IO端口可以使用。

　　但是，由于RC振蕩器中電阻、電容的離散性很大，因此，在有內(nèi)部RC振蕩器的單片機(jī)中，它的內(nèi)部RAM中都會(huì)有一個(gè)名為OSCCAL的校準(zhǔn)寄存器，通過置入不同的數(shù)值來微調(diào)RC振蕩器的振蕩頻率。并且，單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中，也會(huì)有一個(gè)特殊的字來儲(chǔ)存工廠生產(chǎn)時(shí)測(cè)得的校準(zhǔn)值。下面我以常用的12C508A和12F629為例加以說明。

　　PIC單片機(jī)RC振蕩器的使用及校準(zhǔn)方法

　　12C508A的復(fù)位矢量是程序的最高字0x1FF，這個(gè)字節(jié)生產(chǎn)商已經(jīng)固定的燒寫為MOVLW 0xXX，指令執(zhí)行后，W寄存器中即為校準(zhǔn)值XX，當(dāng)我們需要校準(zhǔn)時(shí)，那么，在緊接著的地址0x0應(yīng)該是一條這樣的指令：MOVWF OSCCAL。接下去RC振蕩器就會(huì)以標(biāo)準(zhǔn)的振蕩頻率運(yùn)行了。

　　12F629的校準(zhǔn)值也存放在最高字--0x3FF中，內(nèi)容是RETLW 0xXX，但它的復(fù)位矢量卻是0x0。這樣，在我們需要校準(zhǔn)RC振蕩器時(shí)，在初始化過程中要加上下面兩句：

　　CALL 0x3ff

　　MOVWF OSCCAL

　　當(dāng)然，你還要注意寄存器的塊選擇位。

　　以前，我在做項(xiàng)目時(shí)，沒太注意這個(gè)問題，這是因?yàn)樵谑褂?2C508A時(shí)，HI-TECH在進(jìn)行編譯時(shí)已經(jīng)偷偷地替我們做了這項(xiàng)工作。它會(huì)在程序的0x0處自動(dòng)加一條MOVWF OSCCAL。用12F629做接收解碼代替2272時(shí)也沒發(fā)生什么問題，但是在用被它作滾動(dòng)碼解碼器時(shí)卻發(fā)現(xiàn)接收距離的離散性很大。經(jīng)多次試驗(yàn)終于找出是沒對(duì)振蕩器的振蕩頻率進(jìn)行校正所至。

　　因此，需要另外編寫用于校正的語句，我用了兩種方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的：

　　1、用內(nèi)嵌匯編的形式

　　#asm //此段匯編程序用于將位于程序段3FFH的call 3ffh //內(nèi)部RC振蕩器的校準(zhǔn)值放入校準(zhǔn)寄存器，bsf _STATUS，5 //在進(jìn)行C語言調(diào)試時(shí)應(yīng)屏蔽這段程序movwf _OSCCAL#endasm

　　2、用C語言標(biāo)準(zhǔn)形式

　　const unsigned char cs @ 0x3ff; //在函數(shù)體外。..

　　OSCCAL=cs; //仿真時(shí)屏蔽此句

　　用這兩種方法都有一個(gè)小缺陷--仿真時(shí)，程序無法運(yùn)行，這是由于C編譯器并沒有為我們?cè)?x3FF放置一條RETLW 0xXX的語句。因此，程序運(yùn)行到這里之后，并沒有把一個(gè)常數(shù)(校準(zhǔn)值)放入W寄存器然后返回，而是繼續(xù)執(zhí)行這條語句的下一句--0x0及其之后的程序，也就是說程序到此就亂了。因此如程序后面注釋所示，在仿真時(shí)，應(yīng)先屏蔽這幾句程序。在程序調(diào)試完成后，需要燒寫時(shí)，把注釋符去掉，再編譯一次就可以了。

　　我還有一種想法，不用屏蔽語句，那就是用函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，就是在0x3FF起建立一個(gè)函數(shù)，函數(shù)體內(nèi)只有一條語句，如下：

　　char jz()

　　{

　　return 0;

　　}

　　當(dāng)然，還要考慮C函數(shù)返回時(shí)，一定會(huì)選擇寄存器0，實(shí)際上這個(gè)函數(shù)的起始地址應(yīng)小于0x3FF。但是我找了我所能找到的參考資料，并上網(wǎng)找了多次，也沒找到為函數(shù)絕對(duì)定位的方法，希望有知道的朋友指點(diǎn)一下。

　　還有，12C508A是一次性編程的，并且0x1FF處的內(nèi)容，我們是無法改變的，也就是說你在此處編寫任何指令，編程器都不會(huì)為你燒寫，或者說即使燒寫了也不會(huì)改變其中的內(nèi)容。

　　可12F629是FLASH器件，可多次編程，如果你沒有故意選擇，正品的編程器(如Microchip的PICSTART PLUS)是不會(huì)對(duì)存有校準(zhǔn)值的程序空間進(jìn)行編程的。即使你無意中對(duì)這個(gè)程序空間進(jìn)行了編程，你也可以用一條RETLW 0xXX放在0x3FF處再編程一次就可以了，但這個(gè)XX值可能是不正確的，需經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定(請(qǐng)參考后面說明)。

　　為了檢驗(yàn)OSCCAL的值對(duì)振蕩器頻率的影響，特編寫了下面一個(gè)小程序進(jìn)行驗(yàn)證：

　　#include

　　//*********************************************************__CONFIG(INTIO & WDTDIS & PWRTEN & MCLRDIS & BOREN & PROTECT & CPD);//內(nèi)部RC振蕩器普通IO口;無效看門狗;上電延時(shí);內(nèi)部復(fù)位;掉電復(fù)位;代碼保護(hù);數(shù)據(jù)保護(hù)//*********************************************************#define out GPIO0 //定義輸出端#define jc GPIO3 //定義檢測(cè)端

　　//*********************************************************void interrupt zd(); //聲明中斷函數(shù)//主函數(shù)***************************************************void main(){

　　CMCON=7;

　　OPTION=0B00000011; //分頻比為1：16，

　　TRISIO=0B11111110;

　　GPIO=0B00000000;

　　WPU=0;

　　T0IF=0;

　　GIE=1;

　　T0IE=1;

　　while(1){

　　if(jc)OSCCAL=0xFF;

　　else OSCCAL=0;

　　}

　　}

　　//中斷函數(shù)*************************************************void interrupt zd(){

　　T0IF=0;

　　out=!out;

　　}

　　程序其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是在中斷中讓out腳的電平翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)的時(shí)間為4096個(gè)指令周期，電平周期為8192個(gè)指令周期。而指令的周期又決定于RC時(shí)鐘頻率。在主程序中，不斷的檢測(cè)JC端口的電平，然后根據(jù)此端口電平的值修改OSCCAL寄存器的值。當(dāng)然，最后從OUT腳的波形周期上反映出了OSCCAL寄存器的值改變。

　　經(jīng)用示波器測(cè)量(抱歉，手邊沒有頻率計(jì))，JC端接地時(shí)，OUT端的電平周期為9.5毫秒左右;而JC端接正電源時(shí)，OUT端的電平周期為6毫秒左右。也就是說OSCCAL的值越大，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率越高。并且，這個(gè)變化范圍是很大的，因此，如果使用PIC單片機(jī)的內(nèi)部RC振蕩器時(shí)，對(duì)其振蕩頻率進(jìn)行校正是十分必要的。這也是我在做滾動(dòng)碼接收解碼器時(shí)，產(chǎn)品離散性很大的原因。望大家以后使用內(nèi)部RC振蕩器時(shí)能夠注意到此點(diǎn)。

　　但還有一點(diǎn)要注意，即使你對(duì)RC振蕩器進(jìn)行了校正，你也別指望這個(gè)4MHz的RC振蕩器肯定會(huì)很標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上它還是一個(gè)RC振蕩器，它的振蕩頻率是電壓、溫度的函數(shù)，也就是說這個(gè)振蕩頻率會(huì)隨著電壓和溫度的變化而變化，只是經(jīng)校正后的值更接近4MHz罷了，這在產(chǎn)品開發(fā)的一開始就要注意的。