淺談嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)的分工合作

一個(gè)完整的嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般需要涉及到很多方面的工作，包含硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)BSP包移植、驅(qū)動(dòng)移植、中間協(xié)議層及組件、GUI圖形界面以及終端的應(yīng)用程序。

如此多的環(huán)節(jié)如果全部由一家公司獨(dú)立完成，勢必在時(shí)間、研發(fā)團(tuán)隊(duì)、費(fèi)用上需要做出巨大的投入，這顯然已經(jīng)和市場對(duì)產(chǎn)品要求的快速上市以及高性價(jià)比相矛盾。

那么如何才能使整個(gè)產(chǎn)品符合市場的這兩點(diǎn)要求呢?資深嵌入式技術(shù)經(jīng)理陽坤根據(jù)自己多年在嵌入式領(lǐng)域工作的經(jīng)驗(yàn)提出了個(gè)人的看法，他認(rèn)為社會(huì)的分工合作帶來了巨大的生產(chǎn)力，同樣嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不可能由一家公司獨(dú)立完成，而一款好的嵌入式產(chǎn)品需要生態(tài)鏈中其他經(jīng)驗(yàn)豐富，專業(yè)的公司來分工合作共同完成。目前很多大公司的存在是因?yàn)樗麄冊(cè)谀骋活I(lǐng)域的專業(yè)而不是全能，所以目前來說，一個(gè)完整的嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作往往分成幾個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)分工協(xié)作。

第一部分：用戶應(yīng)用程序及GUI圖形界面

應(yīng)用程序是一個(gè)范圍最廣、最為靈活的概念，各行各業(yè)有各自不同的特色和要求，這就需要應(yīng)用程序的開發(fā)者對(duì)相應(yīng)的行業(yè)有深入的理解。這一部分的執(zhí)行者往往是項(xiàng)目需求的發(fā)起方和產(chǎn)品的整合方。他們往往擁有某一應(yīng)用的核心技術(shù)同時(shí)有自己的行業(yè)客戶群體，但是他們?cè)谟布O(shè)計(jì)及平臺(tái)設(shè)計(jì)方面沒有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)和能力或者因?yàn)槠渌虿辉敢庠谶@方面做太多投入。多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)中GUI圖形界面都不是操作系統(tǒng)必須的組件而是作為上層應(yīng)用圖形庫的方式由用戶來選擇和移植，如Linux操作系統(tǒng)的用戶可以選擇QT或GTK等作為其圖形庫。

第二部分：中間協(xié)議層及組件

這一部分一般包括一些系統(tǒng)基礎(chǔ)應(yīng)用程序、協(xié)議棧以及如音視頻解碼器這樣的中間組件組成。這一類的專業(yè)性往往比較強(qiáng)，其相關(guān)技術(shù)掌握在一些專業(yè)的商業(yè)公司手中或由開源組織免費(fèi)發(fā)布。對(duì)于商業(yè)公司提供的技術(shù)往往需要通過付費(fèi)來獲取使用權(quán)，或者付費(fèi)定制的方式獲取，這些商業(yè)公司及組織我們一般稱其為第三方。

第三部分：硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)BSP包移植、驅(qū)動(dòng)移植等

中央處理器(英文簡稱CPU)，是數(shù)字自動(dòng)化時(shí)代的核心，而嵌入式產(chǎn)品就是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化的設(shè)備，可見CPU對(duì)于嵌入式產(chǎn)品的重要性。項(xiàng)目需求的發(fā)起方和產(chǎn)品的整合方往往只懂得用戶應(yīng)用程序的開發(fā)，對(duì)于復(fù)雜的CPU如何支持他們的程序卻一竅不通，這就需要另外一些人——嵌入式硬件平臺(tái)供應(yīng)商。

嵌入式硬件平臺(tái)供應(yīng)商就是完成這第三部分工作的分工者，這一部分的工作是整個(gè)產(chǎn)品的基礎(chǔ)，是業(yè)界常說的底層。如果底層沒有做到位，那么整個(gè)系統(tǒng)的可靠性將無從談起，現(xiàn)在我們就第三部分的兩個(gè)方面了解底層。

硬件設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)在CPU運(yùn)行主頻越來越高，內(nèi)存也從頻率較低的SDRAM一直上升到高速的DDR3。這就使得設(shè)計(jì)不能再以單片機(jī)年代的集總參數(shù)的電路方式來實(shí)現(xiàn)，很多時(shí)候必須要以分布參數(shù)的方式來設(shè)計(jì)。我們需要重點(diǎn)考慮的因素包括：電源的完整性、信號(hào)的完整性以及EMC，以確保設(shè)計(jì)出來的硬件能夠穩(wěn)定地高負(fù)荷運(yùn)行。電源方面從器件選型、濾波方式到PCB電源層的分布都要做認(rèn)真的分析和規(guī)劃。信號(hào)方面我們通過信號(hào)上升沿與信號(hào)頻率的關(guān)系來判斷該信號(hào)是否屬于高速信號(hào)。在處理高速信號(hào)的時(shí)候我們要注意信號(hào)回路的參考平面，保證其有完整地回路。比如時(shí)下火熱的社區(qū)板：基于飛思卡爾i.MX 6 系列處理器的評(píng)估板，以及基于TI AM335X的評(píng)估板等等。這類板采用了如Cortex-A8 或Cortex-A9這樣的高端處理器，在CPU性能提升的同時(shí)，為了滿足更高的吞吐率也升級(jí)到了DDR3內(nèi)存，硬件升級(jí)也給我們的設(shè)計(jì)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)這一部分的時(shí)候我們需要從系統(tǒng)平均、滿載及峰值耗電量等方面來充分考慮電源供電負(fù)載能力，并從參考電壓的選取以及DDR信號(hào)在PCB走線時(shí)關(guān)鍵信號(hào)線的阻抗、以及關(guān)鍵信號(hào)組的走線長度處理等方面來確保系統(tǒng)不會(huì)在長時(shí)間的大負(fù)荷數(shù)據(jù)吞吐運(yùn)算時(shí)因?yàn)槟承┬盘?hào)質(zhì)量或時(shí)序上余量不足造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。誠然這些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不是一蹴而就的，是需要通過長時(shí)間的項(xiàng)目實(shí)踐和理論知識(shí)的結(jié)合而積累起來的，這也是評(píng)判一個(gè)公司的這方面的開發(fā)能力的標(biāo)準(zhǔn)之一。

系統(tǒng)BSP包及驅(qū)動(dòng)的移植

方面首先需要工程師對(duì)操作系統(tǒng)的架構(gòu)要非常了解，操作系統(tǒng)下對(duì)硬件的操作相對(duì)于單片機(jī)上俗稱的裸機(jī)代碼有幾個(gè)明顯的區(qū)別。第一、操作系統(tǒng)會(huì)將對(duì)硬件的操作抽象成具體的驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層而不是裸機(jī)的直接操作寄存器的方式。第二、操作系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)層面上往往會(huì)把一類驅(qū)動(dòng)按分層的思想細(xì)分為“針對(duì)某一類子系統(tǒng)的核心代碼、控制器代碼和設(shè)備代碼”，使驅(qū)動(dòng)能夠在不同的控制器和設(shè)備間靈活的擴(kuò)展。第三、由于多任務(wù)的存在所以又必須要考慮并發(fā)和互斥等等因素。這些特點(diǎn)使得驅(qū)動(dòng)的控制方式不再直觀易懂。

在嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)的分工合作中，項(xiàng)目需求的發(fā)起方和產(chǎn)品的整合方往往會(huì)完成用戶應(yīng)用程序部分，他們是各個(gè)行業(yè)中的資深專家，但是在硬件設(shè)計(jì)及平臺(tái)設(shè)計(jì)方面沒有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)和能力或者因?yàn)槠渌虿辉敢庠谶@方面做太多投入，往往他們都會(huì)找硬件平臺(tái)供應(yīng)商提供這方面的技術(shù)支持。硬件平臺(tái)供應(yīng)商完成分工中的硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)BSP包移植、驅(qū)動(dòng)移植，由于硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)BSP包移植、驅(qū)動(dòng)移植有密切聯(lián)系，需要同一個(gè)廠商完成，這就需要廠商有強(qiáng)大的研發(fā)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，另外產(chǎn)品的整合方常常對(duì)他們需求的硬件平臺(tái)有尺寸功能等特殊要求，這還要求嵌入式硬件平臺(tái)供應(yīng)商有專門的定制服務(wù)技術(shù)團(tuán)隊(duì)支持。在國內(nèi)基于ARM的硬件平臺(tái)廠商中，很少有滿足上面要求的同時(shí)，又能供應(yīng)種類眾多功能多樣的處理器硬件平臺(tái)，其中，英蓓特在此方面已有14年以上的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并與Freescale、TI、Atmel、ARM、ST等世界知名芯片廠商達(dá)成戰(zhàn)略合作伙伴，為眾多嵌入式產(chǎn)品廠商提供硬件平臺(tái)和定制服務(wù)解決方案。另外，如果產(chǎn)品的整合方有對(duì)像音視頻解碼器等專業(yè)性往往比較強(qiáng)的需求時(shí)，還需要尋求第三方的幫助。