硬件产品从零设计怎么入手的

需求定义

需求定义用来描述产品的基本功能，对于公司来说，需求一般由该公司的市场销售部门或该公司的主要客户来制定。

例子：

对于开发板产品来说，主要就是提供各种接口，为开发产品时提供借鉴。

需求定义：

1）功能定义

系统的用途。

2）硬件选型

实际输入输出是何种方式实现。

3）系统选型

系统是否需要操作界面

示例：

系统描述：

水泵换水系统（用 STM32 神舟 III 号开发板模拟实现）

电源输入：

变压器的 9V~12V 直流电

水泵功率：375W

1）使用单相交流电机，由机械电气进行控制

2）如果温泉池处于低水位，则输入开关闭合信号，以禁止水泵继续运行

3）用户可以自由设置水泵运行或关闭的时间长度

4）除了自动设置控制外，还需要提供一种人工装置来允许维护人员灵活控制水泵进行维修

5）水泵开启/关闭/人工干预的时间可以 30 分钟为单位，在 30 分钟到 23 小时的范围内进行调节

6）显示设备可以指示水泵的开关状态，剩余时间，以及水泵是否处于人工干预模式

7）具备监视低水位的功能，并显示在屏幕上

电磁干扰（EMI）和电磁兼容性 （EMC）认证、安全认证以及使用环境（包括环境温度、湿度、盐雾腐蚀等）等需求。

CPU选型：

要避免选择的处理器刚好满足当前要求，这样当以后事务要求逐渐提高，处理器性能如果还有一定空 间的话，那么就可以重用目前的产品；

第二个就是要选择不会即将停产的芯片，很多处理器用得很广乏。

I/O管脚数量：

多数处理器都是使用内存和外部管脚来控制输入输出设备的，通常处理器都会有内置 ROM 和 RAM 的，如 果内置的内存就已经满足需要微处理器与外设大学教程，那么处理器就可以节省产生引用外部存储器信号的引脚，这样处理器可为 输入输出提供较多的设备管脚（某些处理器支持外部 RAM 或 ROM 的使用，但对外部存储器进行访问时， 处理器一般需要占用 8 条到 10 条 I/O 管脚）。

还有，有些处理器带有专用的内部定时时钟，这类时钟也需要使用一个端口管脚来实现某些定时功能；某 些处理器中还具有漏极输出和高电流输出能力，可以方便的直接驱动继电器或电磁铁线圈，而不再需要额 外驱动硬件的支持。

当对处理器 I/O 管脚进行计数时，我们一定要把使用处理器内部功能（如串行接口和定时器等）时限制使 用的某些管脚考虑在内。

接口数量：

嵌入式处理器的主要功能是与应用环境中的硬件进行交互操作，这不仅需要外部硬件对接口具有实时处理 能力，而且还要求处理器必须以足够快的速度对接口数据进行有效处理。

举例来说，STM32 神舟系列开发板的 CPU 是 ST 公司出品的一款工业级微处理器，它基于 CORTEX M3 的核心，处理主频可达 72MHZ，同时处理器内部配置了 USB、SPI、IIC 等接口，像 STM32 神舟 IV 号 的 107 处理器还支持 Ethernet 等输出接口，其目的是更方便的利用这些接口开发出嵌入式产品。

内存容量：

决定内存容量的大小是嵌入式产品设计过程中的一个基本步骤，如果对所需内存容量估计过高，那么我们就有可能会选择成本较高的解决方案；反之，如果低估了所需内存容量，就有可能因系统需要重新设计而 导致项目不能按时完工。

中断数量：

中断的主要用途是向中央处理器通报当前发生的某类特殊事件，这类事件包括诸如定时器超时事件、硬件 引发的事件等。

需要强调的是，多数系统设计师经常过多地使用中断功能，实际上，中断的主要作用只是中断现行程序的 执行，中断最适用于必须要求中央处理器立即提供服务的事件。

在需要设计和使用中断的情况下，一定要首先确认实际需要的中断数量，然后必须考虑到系统内部占用的 中断资源，如果需要使用的中断资源超出了处理器可以接收的中断数量，我们就应借助于某些特殊手段来 减少所需中断信号的数量。

实时处理：

实时处理是一个涉及范围很广的题目，其主要内容与系统的处理速度有密切联系微处理器与外设大学教程，实时事件是嵌入式微处 理器需要关注的主要任务。

例如：处理器跟串口进行通信时，通常通过上层软件（为了保证实时性，进行任务切换的时间足够短），然后再占用处理器去执行从串口拿数据的任务，并且要保证处理器的速率比串口速率快，那么处理器可以 以最快的速度反应并处理串口的相关的任务，这样就可以达到最大的实时性；另一方面，如果处理器本身就内置了串口控制器、或 DMA、或 LCD 的控制器等，那么它就可以保证直接 使用这些处理器内置的接口去控制串口、液晶屏等对象，以达到最大的实时性能。

厂商是否提供好的开发工具和环境：

选择一款新的处理器，很可能就要使用一个新的开发工具和开发环境，包括软件的编译环境等；对于开发日程安排比较紧张的项目来说，开发人员往往无法抽出专门的时间来研究，熟悉新的开发工具，从而也无 法全面掌握开发工具的使用技巧。并且，有的开发工具价格也比较昂贵，而且很可能只能从制造商那里购买，还有仿真工具也是需要付费的， 这些对我们在选择一款处理器的时候，是都应该考虑进去的成本因素。

开发文档

1）硬件文档

1）首先是需求定义或产品规格：

如果这些是产品最终目标的话，那么产品对硬件和软件的要求就是技术方案的最终目标；对硬件和软件的 要求是从定义用户界面和系统功能开始的。

2）硬件接口的具体定义：

定义硬件最有效的方法是从需求开始描述，由于硬件必须支持系统定义的所有功能，因此硬件定义是与系 统说明不可分割的；

例如,我们设计一个定时器（事先需求说明定时器不能与个人电脑连接，故无法使用 CRT 显示时间），我 们只有两种选择：一种是使用发光二极管（LED），另一种是使用液晶显示器件（LCD）；尽管 LCD 的显 示效果比较好，但考虑到定时器要常年位于户外，并且早期 LCD 显示器不能在低温下工作，最终还是选择 LED 设备（这整个过程描述了我们硬件选型时的一个思路，这个是密切跟需求挂钩的）

3）系统设计：

首先要对硬件说明的内容进行细化，包括添加能让工程师理解的设计意图，以及软件工程师围绕硬件进行 程序设计时需要使用的硬件信息等。完成硬件电路板说明文档后，我们还要在该文档中增加一个用来描述系统的原始要求的前言部分，包括说明方案的设计思路和方法。

2）软件文档

1) 软件文档与硬件文档的组织方法类似，软件要求文档的主要内容则是定义软件要实现的功能；一种是在 简单项目设计过程中，软件定义也可以只对一种电路板使用的软件给予描述；对较复杂的项目来说，由于 参与这种项目的软件人员分别负责设计驱动不同硬件部分的代码（同一电路板），因此每个软件人员可能 会为自己的设计代码指定不同的定义,这类软件说明需要提供下列的内容：

2) 软件与硬件所考虑的不同之处

a. 软件的灵活性远远大于硬件，要让软件人员搞清楚某个软件的内部格式是非常困难的任务，解决的办法： 详细定义其他程序员需要了解的编程接口具体内容，以及其他工程人员在实施开发项目过程中需要使用的 技术细节信息。

b. 软件工程师只有在收到硬件说明文档后，才有可能知道如何对系统硬件进行操作；而硬件人员一般不需 要了解软件程序的技术细节。

c. 由于软件易于更改，因此程序内容经常会按销售人员提供的要求发生变更，在某些情况下，软件文档的 内容无法及时反映程序的最新变化。

d. 软件经常是工程项目最后完成的部分，因此其文档也经常因时间不够而欠缺完整。实际上，软件文档是 否详细、完整，在某种程度上是与公司或客户的要求有关的。例如，军事或国家工程一般要求开发商就其 所有软件实现的功能提供全面详细的文档。