嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程詳細(xì)分析

嵌入式產(chǎn)品，與普通電子產(chǎn)品一樣，開(kāi)發(fā)過(guò)程都需要遵循一些基本的流程，都是一個(gè)從需求分析到總體設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)到最后產(chǎn)品完成的過(guò)程。但是，與普通電子產(chǎn)品相比，嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程又有其特殊之處。它包含嵌入式軟件和嵌入式硬件兩大部分，針對(duì)嵌入式硬件和軟件的開(kāi)發(fā)，在普通的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，是不需要涉及的。嵌入式產(chǎn)品的研發(fā)流程具體如下圖：

下面，針對(duì)嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各個(gè)階段，我們進(jìn)行詳細(xì)探討。

階段1：產(chǎn)品需求

在這一個(gè)階段，我們需要弄清楚的是產(chǎn)品的需求從何而來(lái)，一個(gè)成功的產(chǎn)品，我們需要滿足哪些需求。只有需求明確了，我們的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)目標(biāo)才能明確。在產(chǎn)品需求分析階段，我們可以通過(guò)以下這些途徑獲取產(chǎn)品需求：

1）市場(chǎng)分析與調(diào)研，主要是看市場(chǎng)有什么需求,還有就是前沿的技術(shù)是什么（站在做一款產(chǎn)品的角度）；

2）客戶調(diào)研和用戶定位，從市場(chǎng)廣大客戶那獲取最準(zhǔn)確的產(chǎn)品需求（要注意分析市場(chǎng)，產(chǎn)品生命周期，升級(jí)是否方便）；

3）利潤(rùn)導(dǎo)向(成本預(yù)算)；

4）如果是外包項(xiàng)目，則需要我們的客戶提供產(chǎn)品的需求（直接從客戶那獲取，讓客戶簽協(xié)議）；

當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目做完的時(shí)候，如果客戶突然又增加需求，增加功能，將導(dǎo)致你的項(xiàng)目周期嚴(yán)重拖延，成本劇烈上升，并且測(cè)試好的產(chǎn)品可能要全部重新測(cè)試，原本的設(shè)計(jì)可能將不會(huì)滿足當(dāng)前的要求，所以做項(xiàng)目之前，最好要跟客戶把需求確定下來(lái)，并且簽定一份協(xié)議，否則，你辛苦多少個(gè)日日夜夜，得到的將是一個(gè)無(wú)法收拾的爛攤子！

階段2：產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明

在前一個(gè)階段，我們搜集了產(chǎn)品的所有需求。那么在產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明階段，我們的任務(wù)是將所有的需求，細(xì)化成產(chǎn)品的具體的規(guī)格，就比如一個(gè)簡(jiǎn)單的USB轉(zhuǎn)串口線，我們需要確定產(chǎn)品的規(guī)格，包括：

1）產(chǎn)品的外觀；

2）產(chǎn)品支持的操作系統(tǒng)；

3）產(chǎn)品的接口形式和支持的規(guī)范；

等等諸如此類，切記，在形成了產(chǎn)品的規(guī)格說(shuō)明后，在后續(xù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們必須嚴(yán)格的遵守，沒(méi)有200%的理由，不能隨意更改產(chǎn)品的需求。否則，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程必將是一個(gè)反復(fù)無(wú)期的過(guò)程。

《產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明》主要從以下方面進(jìn)行考慮：

1）考慮該產(chǎn)品需要哪些硬件接口；

2）產(chǎn)品用在哪些環(huán)境下，要做多大，耗電量如何。如果是消費(fèi)類產(chǎn)品，還跟設(shè)計(jì)美觀，產(chǎn)品是否便于攜帶，以確定板子大小的需求，是否防水；

3）產(chǎn)品成本要求；

4）產(chǎn)品性能參數(shù)的說(shuō)明（例如交換機(jī)，如果是百兆的速率，用于家庭和一般公司；如果是用于整個(gè)省的交換，那設(shè)計(jì)的速率肯定數(shù)十萬(wàn)兆以上了）所以說(shuō)，產(chǎn)品性能參數(shù)的不同，就會(huì)影響到我們?cè)O(shè)計(jì)考慮的不同，那么產(chǎn)品的規(guī)格自然就不同了；

5）需要適應(yīng)和符合的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

階段3：產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)方案

在完成了產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明以后，我們需要針對(duì)這一產(chǎn)品，了解當(dāng)前有哪些可行的方案，通過(guò)幾個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比，包括從成本、性能、開(kāi)發(fā)周期、開(kāi)發(fā)難度等多方面進(jìn)行考慮，最終選擇一個(gè)最適合自己的產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)方案。

在這一階段，我們除了確定具體實(shí)現(xiàn)的方案外，我們還需要綜合考慮，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，多少人月的工作量，需要哪些資源或者外部協(xié)助，以及開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施，形成整個(gè)項(xiàng)目的項(xiàng)目計(jì)劃，指導(dǎo)我們的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。

階段4：產(chǎn)品概要設(shè)計(jì)

產(chǎn)品概要設(shè)計(jì)主要是在總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的細(xì)化，具體從硬件和軟件兩方面入手：

硬件模塊概要設(shè)計(jì)

硬件模塊概要設(shè)計(jì)，主要從硬件的角度出發(fā)，確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)，并按功能來(lái)劃分各個(gè)模塊，確定各個(gè)模塊的的大概實(shí)現(xiàn)。首先要依據(jù)我們到底要哪些外圍功能以及產(chǎn)品要完成的工作，來(lái)進(jìn)行CPU選型（注意：CPU一旦確定，那么你的周圍硬件電路，就要參考該CPU廠家提供的方案電路來(lái)設(shè)計(jì)）。然后再根據(jù)產(chǎn)品的功能需求選芯片，比如是外接AD還是用片內(nèi)AD，采用什么樣的通訊方式，有什么外部接口，還有最重要的是要考慮電磁兼容。

一般一款CPU 的生存周期是5-8年，你考慮選型的時(shí)候要注意，不要選用快停產(chǎn)的CPU，以免出現(xiàn)這樣的結(jié)局：產(chǎn)品辛辛苦苦開(kāi)發(fā)了1到2 年，剛開(kāi)發(fā)出來(lái)，還沒(méi)賺錢，CPU又停產(chǎn)了，又得要重新開(kāi)發(fā)。很多公司就死在這個(gè)上面。

軟件模塊概要設(shè)計(jì)

軟件模塊概要設(shè)計(jì)階段，主要是依據(jù)系統(tǒng)的要求，將整個(gè)系統(tǒng)按功能進(jìn)行模塊劃分，定義好各個(gè)功能模塊之間的接口，以及模塊內(nèi)主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。

階段5：產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)

硬件模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)

主要是具體的電路圖和一些具體要求，包括 PCB和外殼相互設(shè)計(jì)，尺寸這些參數(shù)。接下來(lái)，我們就需要依據(jù)硬件模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔的指導(dǎo)，完成整個(gè)硬件的設(shè)計(jì)。包括原理圖、PCB的繪制。

軟件模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)

功能函數(shù)接口定義，該函數(shù)功能接口完成功能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，全局變量，完成任務(wù)時(shí)各個(gè)功能函數(shù)接口調(diào)用流程。在完成了軟件模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)以后，就進(jìn)入具體的編碼階段，在軟件模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下 ，完成整個(gè)系統(tǒng)的軟件編碼。

一定要注意需要先完成模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)文檔以后，軟件才進(jìn)入實(shí)際的編碼階段，硬件進(jìn)入具體的原理圖、PCB實(shí)現(xiàn)階段，這樣才能盡量在設(shè)計(jì)之初就考慮周全，避免在設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)修改。提高開(kāi)發(fā)效率，不要為了圖一時(shí)之快，沒(méi)有完成詳細(xì)設(shè)計(jì)，就開(kāi)始實(shí)際的設(shè)計(jì)步驟。

階段6&7：產(chǎn)品調(diào)試與驗(yàn)證

該階段主要是調(diào)整硬件或代碼，修正其中存在的問(wèn)題和BUG，使之能正常運(yùn)行，并盡量使產(chǎn)品的功能達(dá)到產(chǎn)品需求規(guī)格說(shuō)明要求。

硬件部分：

1）目測(cè)加工會(huì)得PCB板是否存在短路，器件是否焊錯(cuò)，或漏焊接；

2）測(cè)試各電源對(duì)地電阻是否正常；

3）上電，測(cè)試電源是否正常；

4）分模塊調(diào)試硬件模塊，可借助示波器、邏輯分析儀等根據(jù)。

軟件部分：

驗(yàn)證軟件單個(gè)功能是否實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證軟件整個(gè)產(chǎn)品功能是否實(shí)現(xiàn)。

階段8：測(cè)試

功能測(cè)試（測(cè)試不通過(guò)，可能是有BUG）；

壓力測(cè)試（測(cè)試不通過(guò)，可能是有BUG或哪里參數(shù)設(shè)計(jì)不合理）；

性能測(cè)試（產(chǎn)品性能參數(shù)要提煉出來(lái)，供將來(lái)客戶參考，這個(gè)就是你的產(chǎn)品特征的一部分）；

其他專業(yè)測(cè)試：包括工業(yè)級(jí)的測(cè)試，例如含抗干擾測(cè)試，產(chǎn)品壽命測(cè)試，防潮濕測(cè)試，高溫和低溫測(cè)試（有的產(chǎn)品有很高的溫度或很低的溫度工作不正常，甚至停止工作）。

有的設(shè)備電子元器件在特殊溫度下，參數(shù)就會(huì)異常，導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品出現(xiàn)故障或失靈現(xiàn)象的出現(xiàn)；有的設(shè)備，零下幾十度的情況下，根本就啟動(dòng)不了，開(kāi)不了機(jī)；有的設(shè)備在高溫下，電容或電阻值就會(huì)產(chǎn)生物理的變化，這些都會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。這里要引出一個(gè)話題，工業(yè)級(jí)產(chǎn)品與消費(fèi)類產(chǎn)品有什么區(qū)別呢？工業(yè)級(jí)的產(chǎn)品就要避免這些異常和特殊問(wèn)題，有的產(chǎn)品是在很深的海里工作，或者在嚴(yán)寒的山洞工作，或者火熱沙漠工作，或者顛簸的設(shè)備上，比如汽車；或者是需要防止雷擊；所以這就是工業(yè)級(jí)產(chǎn)品跟消費(fèi)類產(chǎn)品的區(qū)別，消費(fèi)類的產(chǎn)品就不需要做這么多的測(cè)試。

階段9：產(chǎn)品

通過(guò)上一階段完整測(cè)試驗(yàn)證，在此階段，即得到我們開(kāi)發(fā)成功的產(chǎn)品。在此階段，可以比較實(shí)際的產(chǎn)品和最初的形成的產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明，看經(jīng)過(guò)一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)過(guò)程，是否產(chǎn)品完全符合最初的產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明，又或者，中途發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明存在問(wèn)題，對(duì)它進(jìn)行了多少修改呢？

附錄：嵌入式硬件開(kāi)發(fā)流程

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(kāi)發(fā)過(guò)程，希望通過(guò)這一節(jié)，大家能對(duì)嵌入式硬件開(kāi)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(kāi)發(fā)技能。嵌入式硬件開(kāi)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(kāi)發(fā)過(guò)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(lái)。

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(kāi)發(fā)項(xiàng)目，它的需求可能來(lái)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(gòu)性，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)投入，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期預(yù)計(jì)，開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，并針對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)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(kāi)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(guò)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??；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(lái)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(shuō)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(lái)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(guò)后，則需要將前期采購(gòu)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(jiàn)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(wèn)題，然后用萬(wàn)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(guò)程中要有平和的心態(tài)，遇見(jiàn)問(wèn)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(guò)程中，需要經(jīng)常使用到的調(diào)試工具有萬(wàn)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(guò)以后，我們需要對(duì)照產(chǎn)品產(chǎn)品的需求說(shuō)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(shuō)明文檔作為評(píng)判的一句，當(dāng)然明顯的需求說(shuō)明錯(cuò)誤除外）。

硬件階段8：硬件產(chǎn)品

我們最終開(kāi)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(shuō)明一個(gè)成功的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)程。