硬件工程师手册2018完整版(全).pdf

1、yf-f4-06-cjy 第一章 概述 第一节 硬件开发过程简介 1.1.1 硬件开发的基本过程 产品硬件项目的开发，首先是要明确硬件总体需求情况，如 CPU处理能力、 存储容量及速度，I/O 端口的分配、接口要求、电平要求、特殊电路（厚膜等） 要求等等。其次，根据需求分析制定硬件总体方案，寻求关键器件及电咱的技术 资料、技术途径、技术支持，要比较充分地考虑技术可能性、可靠性以及成本控 制，并对开发调试工具提出明确的要求。关键器件索取样品。第三、总体方案确 定后，作硬件和单板软件的详细设计，包括绘制硬件原理图、单板软件功能框图 及编码、PCB 布线，同时完成开发物料清单、新器件编码申请、物料申

2、领。第 四，领回 PCB板及物料后由焊工焊好 12块单板，作单板调试，对原理设计中 的各功能进行调测，必要时修改原理图并作记录。第五，软硬件系统联调，一般 的单板需硬件人员、单板软件人员的配合，特殊的单板（如主机板）需比较大型 软件的开发，参与联调的软件人员更多。一般地，经过单板调试后在原理及 PCB 布线方面有些调整，需第二次投板。第六，内部验收及转中试，硬件项目完成开 发过程。 1.1.2 硬件开发的规范化 上节硬件开发的基本过程应遵循硬件开发流程规范文件执行，不仅如此，硬 件开发涉及到技术的应用、器件的选择等，必须遵照相应的规范化措施才能达到 质量保障的要求。这主要表现在，技术的采用要经

3、过总体组的评审，器件和厂家 的选择要参照物料认证部的相关文件，开发过程完成相应的规定文档，另外，常 用的硬件电路（如 ID.WDT）要采用通用的标准设计。 第二节 硬件工程师职责与基本技能 1.2.1 硬件工程师职责 一个技术领先、运行可靠的硬件平台是公司产品质量的基础，硬件工程师职 责神圣，责任重大。 yf-f4-06-cjy 1 、硬件工程师应勇于尝试新的先进技术之应用，在产品硬件设计中大胆创 新。 2 、坚持采用开放式的硬件架构，把握硬件技术的主流和未来发展，在设计 中考虑将来的技术升级。 3 、充分利用公司现有的成熟技术，保持产品技术上的继承性。 4 、在设计中考虑成本，控制产品的性能

4、价格比达至最优。 5 、技术开放，资源共享，促进公司整体的技术提升。 1.2.1 硬件工程师基本素质与技术 硬件工程师应掌握如下基本技能： 第一、由需求分析至总体方案、详细设计的设计创造能力； 第二、熟练运用设计工具，设计原理图、EPLD、FPGA 调试程序的能力； 第三、运用仿真设备、示波器、逻辑分析仪调测硬件的能力； 第四、掌握常用的标准电路的设计能力，如 ID 电路、WDT 电路、型滤波 电路、高速信号传输线的匹配电路等； 第五、故障定位、解决问题的能力； 第六、文档的写作技能； 第七、接触供应商、保守公司机密的技能。 第二章 硬件开发规范化管理 第一节 硬件开发流程 3.1.1 硬件开

5、发流程文件介绍 在公司的规范化管理中，硬件开发的规范化是一项重要内容。硬件开发规范 化管理是在公司的硬件开发流程及相关的硬件开发文档规范 、 PCB 投 板流程等文件中规划的。硬件开发流程是指导硬件工程师按规范化方式进行开 发的准则，规范了硬件开发的全过程。硬件开发流程制定的目的是规范硬件开发 过程控制，硬件开发质量，确保硬件开发能按预定目的完成。 公司硬件开发流程的文件编号为 4/QM-RSD009，生效时间为 1997 年月 21 日。 yf-f4-06-cjy 硬件开发流程不但规范化了硬件开发的全过程，同时也从总体上，规定了硬 件开发所应完成的任务。做为一名硬件工程师深刻领会硬件开发流程

6、中各项内 容，在日常工作中自觉按流程办事，是非常重要的，否则若大一个公司就会走向 混乱。所有硬件工程师应把学流程、按流程办事、发展完善流程、监督流程的执 行作为自己的一项职责，为公司的管理规范化做出的贡献。 3.2.2 硬件开发流程详解 硬件开发流程对硬件开发的全过程进行了科学分解，规范了硬件开发的五大 任务。 硬件需求分析 硬件系统设计 硬件开发及过程控制 系统联调 文档归档及验收申请。 硬件开发真正起始应在立项后，即接到立项任务书后，但在实际工作中，许 多项目在立项前已做了大量硬件设计工作。立项完成后，项目组就已有了产品规 格说明书，系统需求说明书及项目总体方案书，这些文件都已进行过评审。

7、项目 组接到任务后，首先要做的硬件开发工作就是要进行硬件需求分析，撰写硬件需 求规格说明书。硬件需求分析在整个产品开发过程中是非常重要的一环，硬件工 程师更应对这一项内容加以重视。 一项产品的性能往往是由软件和硬件共同完成的，哪些是由硬件完成，哪些 是由软件完成，项目组必须在需求时加以细致考虑。硬件需求分析还可以明确硬 件开发任务。并从总体上论证现在的硬件水平，包括公司的硬件技术水平是否能 满足需求。硬件需求分析主要有下列内容。 系统工程组网及使用说明 基本配置及其互连方法 运行环境 硬件整体系统的基本功能和主要性能指标 硬件分系统的基本功能和主要功能指标 功能模块的划分 关键技术的攻关 外购

8、硬件的名称型号、生产单位、主要技术指标 主要仪器设备 内部合作，对外合作，国内外同类产品硬件技术介绍 yf-f4-06-cjy 可靠性、稳定性、电磁兼容讨论 电源、工艺结构设计 硬件测试方案 从上可见，硬件开发总体方案，把整个系统进一步具体化。硬件开发总体设 计是最重要的环节之一。总体设计不好，可能出现致命的问题，造成的损失有许 多是无法挽回的。另外，总体方案设计对各个单板的任务以及相关的关系进一步 明确，单板的设计要以总体设计方案为依据。而产品的好坏特别是系统的设计合 理性、科学性、可靠性、稳定性与总体设计关系密切。 硬件需求分析和硬件总体设计完成后，总体办和管理办要对其进行评审。一 个好的

9、产品，特别是大型复杂产品，总体方案进行反复论证是不可缺少的。只有 经过多次反复论证的方案，才可能成为好方案。 进行完硬件需求分析后，撰写的硬件需求分析书，不但给出项目硬件开发总 的任务框架，也引导项目组对开发任务有更深入的和具体的分析，更好地来制定 开发计划。 硬件需求分析完成后，项目组即可进行硬件总体设计，并撰写硬件总体方案 书。 硬件总体设计的主要任务就是从总体上进一步划分各单板的功能以及硬件的 总体结构描述，规定各单板间的接口及有关的技术指标。硬件总体设计主要有下 列内容： 系统功能及功能指标 系统总体结构图及功能划分 单板命名 系统逻辑框图 组成系统各功能块的逻辑框图，电路结构图及单板

10、组成 单板逻辑框图和电路结构图 关键技术讨论 关键器件 总体审查包括两部分，一是对有关文档的格式，内容的科学性，描述的准确 性以及详简情况进行审查。 再就是对总体设计中技术合理性、 可行性等进行审查。 如果评审不能通过，项目组必须对自己的方案重新进行修订。 硬件总体设计方案通过后，即可着手关键器件的申购，主要工作由项目组来 完成，计划处总体办进行把关。关键元器件往往是一个项目能否顺利实施的重要 目标。 关键器件落实后，即要进行结构电源设计、单板总体设计。结构电源设计由 结构室、MBC 等单位协作完成，项目组必须准确地把自己的需求写成任务书，yf-f4-06-cjy 经批准后送达相关单位。 单板

11、总体设计需要项目与 CAD 配合完成。单板总体设计过程中，对电路板 的布局、走线的速率、线间干扰以及 EMI 等的设计应与 CAD 室合作。CAD 室 可利用相应分析软件进行辅助分析。单板总体设计完成后，出单板总体设计方案 书。总体设计主要包括下列内容： 单板在整机中的的位置：单板功能描述 单板尺寸 单板逻辑图及各功能模块说明 单板软件功能描述 单板软件功能模块划分 接口定义及与相关板的关系 重要性能指标、功耗及采用标准 开发用仪器仪表等 每个单板都要有总体设计方案，且要经过总体办和管理办的联系评审。否则 要重新设计。只有单板总体方案通过后，才可以进行单板详细设计。 单板详细设计包括两大部分：

12、 单板软件详细设计 单板硬件详细设计 单板软、硬件详细设计，要遵守公司的硬件设计技术规范，必须对物料选用， 以及成本控制等上加以注意。本书其他章节的大部分内容都是与该部分有关的， 希望大家在工作中不断应用，不断充实和修正，使本书内容更加丰富和实用。 。 不同的单板，硬件详细设计差别很大。但应包括下列部分： 单板整体功能的准确描述和模块的精心划分。 接口的详细设计。 关键元器件的功能描述及评审，元器件的选择。 符合规范的原理图及 PCB图。 对 PCB 板的测试及调试计划。 单板详细设计要撰写单板详细设计报告。 详细设计报告必须经过审核通过。单板软件的详细设计报告由管理办组织审 查，而单板硬件的

13、详细设计报告，则要由总体办、管理办、CAD 室联合进行审 查，如果审查通过，方可进行 PCB 板设计，如果通不过，则返回硬件需求分析 处，重新进行整个过程。这样做的目的在于让项目组重新审查一下，某个单板详 细设计通不过，是否会引起项目整体设计的改动。 yf-f4-06-cjy 如单板详细设计报告通过，项目组一边要与计划处配合准备单板物料申购， 一方面进行 PCB 板设计。PCB 板设计需要项目组与 CAD 室配合进行，PCB 原 理图是由项目组完成的，而 PCB 画板和投板的管理工作都由 CAD 室完成。 PCB 投板有专门的 PCB样板流程。 PCB板设计完成后，就要进行单板硬件过程调试，

14、调试过程中要注意多记录、总结，勤于整理，写出单板硬件过程调试文档。当单 板调试完成，项目组要把单板放到相应环境进行单板硬件测试，并撰写硬件测试 文档。如果 PCB 测试不通过，要重新投板，则要由项目组、管理办、总体办、 CAD室联合决定。 在结构电源，单板软硬件都已完成开发后，就可以进行联调，撰写系统联调 报告。联调是整机性能提高，稳定的重要环节，认真周到的联调可以发现各单板 以及整体设计的不足，也是验证设计目的是否达到的唯一方法。因此，联调必须 预先撰写联调计划，并对整个联调过程进行详细记录。只有对各种可能的环节验 证到才能保证机器走向市场后工作的可靠性和稳定性。联调后，必须经总体办和 管理

15、办，对联调结果进行评审，看是不是符合设计要求。如果不符合设计要求将 要返回去进行优化设计。 如果联调通过，项目要进行文件归档，把应该归档的文件准备好，经总体办、 管理办评审，如果通过，才可进行验收。 总之，硬件开发流程是硬件工程师规范日常开发工作的重要依据，全体硬件 工程师必须认真学习。 第二节 硬件开发文档规范 2.2.1 硬件开发文档规范文件介绍 为规范硬件开发过程中文档的编写，明确文档的格式和内容，规定硬件开发过程中所需 文档清单，与硬件开发流程对应制定了硬件开发文档编制规范 。开发人员在写文档 时往往会漏掉一些该写的内容，编制规范在开发人员写文档时也有一定的提示作用。 硬件 开发文档编

16、制规范适用于中央研究部立项项目硬件系统的开发阶段及测试阶段的文档编 制。规范中共列出以下文档的规范： 硬件需求说明书 硬件总体设计报告 单板总体设计方案 单板硬件详细设计 单板软件详细设计 单板硬件过程调试文档 单板软件过程调试文档 单板系统联调报告 单板硬件测试文档 单板软件归档详细文档 单板软件归档详细文档 yf-f4-06-cjy 硬件总体方案归档详细文档 硬件单板总体方案归档详细文档 硬件信息库 这些规范的具体内容可在 HUAWEI 服务器中的“中研部 ISO9000资料库”中找到，对 应每个文档规范都有相应的模板可供开发人员在写文档时“填空”使用。模块在 rndI 服务 器中的文档管

17、理数据库中。 读/写信号：HRW、HRDY 串断输出：HINT; H P I 模式选择 HPIENA/VDD 如图 3 “C54X信号引脚”和”C548 信号引脚”。 5、DSP 硬件设计的几个主要问题： （1）总线控制方案 yf-f4-06-cjy （2）boot loading （3）Hardware wait_states （4）I/O与中断设计 （5）Memory Map （6）串口工作方式与时序设计 （7）TAP 接口 3.10.4 TMS320C54X的软件编程 1、DSP 编程工具与流程 DSP 的设计目标是进行数字信号处理，在硬件设计的基础上选择好一定的优化算法并 通过编程在

18、DSP 芯片上实现是 DSP 技术的核心内容。对 DSP 进行编程，目前最有效的语言 工具仍是 DSP 汇编语言，同时为方便用户用高级语言进行编程开发，也相继推出了 C 语言 编译器，ADa、Pascal 等编译器。 图 4 是 TMS C320C54X软件开发流程，图中有阴影的部分是通常开发的必需步骤，其 它可据需要选作，最后产生 COFF（Common Object File Format） 文件。 2、DSP 汇编语言编程 （1）DSP 汇编过程有以下几个步骤 a ) 源程序的编写。将算法的详细实现过程用 DSP 指令系统的语句描述出来，其中 源程序一般包括：data、bss和 text

19、 三个基本组成内容。下面是一段程序例子，图 5是 COFF 文件格式和 object file 在存储器中的分配情况。 2 * 3 * assemble an initialized table into data.* 4 * 5 0000 data 6 0000 0011 coeff word 011h,022h,033h 0001 0022 0002 0033 7 * 8 * Reserve space in bss for a variable * 9 * 10 0000 bss buffer,10 11 * 12 * Still in .data. 13 * 14 0003 0123

20、ptr word 0123h 15 * 16 * Assemble code into the text section * 17 * 18 0000 text 19 0000 100f add: LD 0Fh,A 20 0001 f010 aloop: SUB #1,A 0002 0001 21 0003 f842 BC aloop,AGEQ 22 * 23 * Another initialized table into data * 24 * 25 0004 data 26 0004 00aa ivals .word 0AAh,0BBh,0CCh 0005 00bb 0006 00cc 27 * 28 * Define another section for more variables*