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嵌入式硬體設計總結

第一、電源確定

電源對於嵌入式系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、二氧化碳和氮氣等但是含量穩定,這就相當於電源系統中各種雜波,我們希望得到純淨和穩定符合要求的電源,但由於各種因素制約,只是我們的夢想。這個要關注兩個方面:

a、電壓

嵌入式系統需要各種量級的電源比如常見的5v、3.3v、1.8v等,為儘量減小電源的紋波,在嵌入式系統中使用LDO器件。如果採用DCDC不僅個頭大,其紋波也是一個很頭疼的問題。(LDO低壓降器件

b、電流

嵌入式系統的正常執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layout的時候需電源分割,這時需要注意分割路徑,儘量將一定量的電源放置在一起。如果是雙面板,則走線寬度需要注意,在板子允許的情況下儘量加寬。合適的退耦電容儘量靠近電源管腳。

第二、 晶振確定

晶振相當於嵌入式系統的心臟,其穩定與否直接關係其執行狀態和通訊效能。常見的振有無源晶振,有源晶振,首先要確定其振盪頻率,其次要確定晶振型別。

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。在微控制器設計中,經常使用外掛晶振配合瓷片電容。在ARM中,為了減少空間和便於佈線,經常使用四角無源晶振配合貼片電容。雖然我們對於固定晶振的匹配電路比較熟悉,但是為了達到萬無一失,還是要看參考手冊確定電容大小,是否需要匹配電阻等細節。

b、有源晶振

具有更好的更準確的時鐘訊號,但是相比之下,比無緣晶振價格高,因此這也是在硬體電路設計中需要關注的成本。

在做電路板設計時需要注意晶振走線儘量靠近晶片,關鍵訊號遠離時鐘走線。在條件允許的情況下增加接地保護環。如果是多層板,也要講關鍵訊號遠離晶振的走線。

第三、 預留測試IO口

在嵌入式除錯階段,在管腳資源豐富的情況下,我通常預留一個IO口連線led或者喇叭,為下一步軟體的編寫做鋪墊。在嵌入式系統執行過程中適當控制該IO介面,從而判斷系統是否正常執行。

第四、外擴儲存裝置

一 個嵌入式系統如果有電源、晶振和CPU,那麼這就是我們熟悉的最小系統。如果該嵌入式系統需要執行大點的作業系統,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控制器,那麼在硬體設計上不用過多的考慮地址線的使用。如果沒有相關的控制器,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訊號線等長以確保訊號的延時相等,時鐘和DQS的差分訊號線走線。在佈線的時候各種佈線技巧需要綜合使用,例如與cpu對稱分佈,菊花鏈佈線、T型佈線,這都需要依據記憶體的個數多少來進行選擇,一般來說個數越多,佈線越複雜,但是知道其關鍵點,一切迎刃而解。

第五、功能介面

一個嵌入式系統最重要的就是通過各種介面來控制外圍模組,達到設計者預設的目的。常用的介面有串列埠(可用來連線藍芽,wifi和3G等模組),USB介面、 網路介面、JTAG介面、音視訊介面、HDMI介面等等。由於這些介面與外部模組連線,做好電磁相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、螢幕

這個功能之所以單獨列出來,是由於其可有可無。如果一個嵌入式系統只是作為一個聯結器連線外圍裝置模組,通過相關介面連線到電腦主機或者直接掛在網路上,那麼螢幕就不需要了。但是如果做出來的是一個消費類產品,與使用者互動頻繁,這就不得不嘮叨幾句。

電容螢幕是嵌入式螢幕的首選,在電路設計中需要注意觸屏連線線和顯示屏連線線的佈局。在走線的過程中儘量短的靠近主控cpu,同時注意配對訊號走差分 線,RGB控制訊號走等長。各種訊號走線間距遵循3W規則,避免相互干擾。 在螢幕的設計中,一定要確保功率和防止干擾,以防螢幕閃屏和花屏現象的出現。