技術經驗:做嵌入式硬件設計需具備的基本功
發布時間:2015-04-23 責任編輯:sherry
【導讀】qianrushishejishigepangdadegongcheng,jintianjiushuoshuoyingjiandianlushejifangmiandejigezhuyishixiang。benwenfenxiangdeshiyiweigongchengshizijicongdicengyibubuzuoqianrushishejidexindehejingyan,xiwangnengduixinshouyousuojiejian。
我走的電子開發道路其實和大多數人說的一樣,基本的路線為模擬電子(熟練)→數字電路設計(掌握)→單片機(項目開發)→ARM硬件設計(項目開發)→linux學習→linux驅動學習→ARM&linux底層開發(項目開發)→ARM&linux頂層開發(項目開發)→項目經理。我現在還在路上折騰,現在將我的教訓和心得拿來給大家分享,希望對於新手有借鑒。
嵌入式設計是個龐大的工程,今天就說說硬件電路設計方麵的幾個注意事項,首先,咱們了解下嵌入式的硬件構架。
我們知道,CPU是shi這zhe個ge係xi統tong的de靈ling魂hun,所suo有you的de外wai圍wei配pei置zhi都dou與yu其qi相xiang關guan聯lian,這zhe也ye突tu出chu了le嵌qian入ru式shi設she計ji的de一yi個ge特te點dian硬ying件jian可ke剪jian裁cai。在zai做zuo嵌qian入ru式shi硬ying件jian設she計ji中zhong,以yi下xia幾ji點dian需xu要yao關guan注zhu。
第一、電源確定
電源對於嵌入式係統中的作用可以看做是空氣對人體的作用,甚至更重要:人呼吸的空氣中有氧氣、eryanghuatanhedanqidengdanshihanliangwending,zhejiuxiangdangyudianyuanxitongzhonggezhongzabo,womenxiwangdedaochunjinghewendingfuheyaoqiudedianyuan,danyouyugezhongyinsuzhiyue,zhishiwomendemengxiang。zhegeyaoguanzhulianggefangmian:
a、電壓
嵌入式係統需要各種量級的電源比如常見的5v、3.3v、1.8v等,為盡量減小電源的紋波,在嵌入式係統中使用LDO器件。如果采用DCDC不僅個頭大,其紋波也是一個很頭疼的問題。
b、電流
嵌入式係統的正常運行不但需要穩定足夠的電源,還要有足夠的電流(其實就是功率達到要求),因此在選擇電源器件的時候需要考慮其負載,我設計時一般留有30%的餘量。
如果是多層板,電源部分在layoutdeshihouxudianyuanfenge,zheshixuyaozhuyifengelujing,jinliangjiangyidingliangdedianyuanfangzhizaiyiqi。ruguoshishuangmianban,zezouxiankuanduxuyaozhuyi,zaibanziyunxudeqingkuangxiajinliangjiakuan。heshidetuioudianrongjinliangkaojindianyuanguanjiao。
第二、 晶振確定
jingzhenxiangdangyuqianrushixitongdexinzang,qiwendingyufouzhijieguanxiqiyunxingzhuangtaihetongxunxingneng。changjiandezhenyouwuyuanjingzhen,youyuanjingzhen,shouxianyaoquedingqizhendangpinlv,qiciyaoquedingjingzhenleixing。
a、無源晶振
其匹配電容和匹配電阻的選擇,這部分一般依據參考手冊。在單片機設計中,經常使用插件晶振配合瓷片電容。在ARMzhong,weilejianshaokongjianhebianyubuxian,jingchangshiyongsijiaowuyuanjingzhenpeihetiepiandianrong。suiranwomenduiyugudingjingzhendepipeidianlubijiaoshuxi,danshiweiledadaowanwuyishi,haishiyaokancankaoshoucequedingdianrongdaxiao,shifouxuyaopipeidianzudengxijie。
b、有源晶振
具有更好的更準確的時鍾信號,但是相比之下,比無緣晶振價格高,因此這也是在硬件電路設計中需要關注的成本。
在(zai)做(zuo)電(dian)路(lu)板(ban)設(she)計(ji)時(shi)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)晶(jing)振(zhen)走(zou)線(xian)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)芯(xin)片(pian),關(guan)鍵(jian)信(xin)號(hao)遠(yuan)離(li)時(shi)鍾(zhong)走(zou)線(xian)。在(zai)條(tiao)件(jian)允(yun)許(xu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)增(zeng)加(jia)接(jie)地(di)保(bao)護(hu)環(huan)。如(ru)果(guo)是(shi)多(duo)層(ceng)板(ban),也(ye)要(yao)講(jiang)關(guan)鍵(jian)信(xin)號(hao)遠(yuan)離(li)晶(jing)振(zhen)的(de)走(zou)線(xian)。
第三、 預留測試IO口
在嵌入式調試階段,在管腳資源豐富的情況下,我通常預留一個IO口連接led或者喇叭,為下一步軟件的編寫做鋪墊。在嵌入式係統運行過程中適當控製該IO接口,從而判斷係統是否正常運行。
第四、外擴存儲設備
一個嵌入式係統如果有電源、晶振和CPU,那麼這就是我們熟悉的最小係統。如果該嵌入式係統需要運行大點的操作係統,那麼不但需要CPU具有MMU,CPU還需要外接SDRAM和NANDFLASH。如果該cpu具有SDRAM和NANDFLASH控製器,那麼在硬件設計上不用過多的考慮地址線的使用。如果沒有相關的控製器,那麼需要注意地址線的使用。
這部分在LAYOUT的時候是一個重點,究其原因就是要使相關信號線等長以確保信號的延時相等,時鍾和DQS的差分信號線走線。在布線的時候各種布線技巧需要綜合使用,例如與cpu對稱分布,菊花鏈布線、T型布線,這都需要依據內存的個數多少來進行選擇,一般來說個數越多,布線越複雜,但是知道其關鍵點,一切迎刃而解。
第五、功能接口
一個嵌入式係統最重要的就是通過各種接口來控製外圍模塊,達到設計者預設的目的。常用的接口有串口(可用來連接藍牙,wifi和3G等模塊),USB接口、 網絡接口、JTAG接口、音視頻接口、HDMI接口等等。由於這些接口與外部模塊連接,做好電磁兼容設計是重要的一項工作。除此之外,在LAYOUT的時候注意差分線的使用。
第六、屏幕
這(zhe)個(ge)功(gong)能(neng)之(zhi)所(suo)以(yi)單(dan)獨(du)列(lie)出(chu)來(lai),是(shi)由(you)於(yu)其(qi)可(ke)有(you)可(ke)無(wu)。如(ru)果(guo)一(yi)個(ge)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)隻(zhi)是(shi)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)連(lian)接(jie)器(qi)連(lian)接(jie)外(wai)圍(wei)設(she)備(bei)模(mo)塊(kuai),通(tong)過(guo)相(xiang)關(guan)接(jie)口(kou)連(lian)接(jie)到(dao)電(dian)腦(nao)主(zhu)機(ji)或(huo)者(zhe)直(zhi)接(jie)掛(gua)在(zai)網(wang)絡(luo)上(shang),那(na)麼(me)屏(ping)幕(mu)就(jiu)不(bu)需(xu)要(yao)了(le)。但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)做(zuo)出(chu)來(lai)的(de)是(shi)一(yi)個(ge)消(xiao)費(fei)類(lei)產(chan)品(pin),與(yu)用(yong)戶(hu)交(jiao)互(hu)頻(pin)繁(fan),這(zhe)就(jiu)不(bu)得(de)不(bu)嘮(lao)叨(dao)幾(ji)句(ju)。
電容屏幕是嵌入式屏幕的首選,在電路設計中需要注意觸屏連接線和顯示屏連接線的布局。在走線的過程中盡量短的靠近主控cpu,同時注意配對信號走差分線,RGB控製信號走等長。各種信號走線間距遵循3W規則,避免相互幹擾。 在屏幕的設計中,一定要確保功率和防止幹擾,以防屏幕閃屏和花屏現象的出現。
以上就是我做嵌入式板子設計中的一些經驗,有些經驗是經過沉痛教訓獲得的。希望對你有所啟發。
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