項目管理 - 嵌入式產品開發流程

嵌入式產品開發流程

​

嵌入式產品，與普通電子產品同樣，開發過程都須要遵循一些基本的流程，都是一個從需求分析到整體設計，詳細設計到最後產品完成的過程。

可是，與普通電子產品相比，嵌入式產品的開發流程又有其特殊之處。它包含嵌入式軟件和嵌入式硬件兩大部分，針對嵌入式硬件和軟件的開發，在普通的電子產品開發過程當中，不須要涉及。

嵌入式產品的研發流程具體以下圖：

下面，針對嵌入式產品的開發過程當中的各個階段，咱們進行詳細探討。

階段1：產品需求

在這一個階段，咱們須要弄清楚的是產品的需求從何而來，一個成功的產品，咱們須要知足哪些需求。只有需求明確了，咱們的產品開發目標才能明確。在產品需求分析階段，咱們能夠經過如下這些途徑獲取產品需求：

1. 市場分析與調研，主要是看市場有什麼需求,還有就是前沿的技術是什麼（站在作一款產品的角度）；
2. 客戶調研和用戶定位，從市場廣大客戶那獲取最準確的產品需求（要注意分析市場，產品生命週期，升級是否方便）；
3. 利潤導向(成本預算)；
4. 若是是外包項目，則須要咱們的客戶提供產品的需求（直接從客戶那獲取，讓客戶籤協議）；

編者按：當一個項目作完的時候，若是客戶忽然又增長需求，增長功能，將致使你的項目週期嚴重拖延，成本劇烈上升，而且測試好的產品可能要所有從新測試，本來的設計可能將不會知足當前的要求，因此作項目以前，最好要跟客戶把需求肯定下來，而且簽訂一份協議，不然，你辛苦多少個日日夜夜，獲得的將是一個沒法收拾的爛攤子！

階段2：產品規格說明

在前一個階段，咱們蒐集了產品的全部需求。那麼在產品規格說明階段，咱們的任務是將全部的需求，細化成產品的具體的規格，就好比一個簡單的USB轉串口線，咱們須要肯定產品的規格，包括：

1. 產品的外觀；
2. 產品支持的操做系統；
3. 產品的接口形式和支持的規範；

等等諸如此類，切記，在造成了產品的規格說明後，在後續的開發過程當中，咱們必須嚴格的遵照，沒有200%的理由，不能隨意更改產品的需求。不然，產品的開發過程必將是一個反覆無期的過程。

《產品規格說明》主要從如下方面進行考慮：

1. 考慮該產品須要哪些硬件接口；
2. 產品用在哪些環境下，要作多大，耗電量如何。若是是消費類產品，還跟設計美觀，產品是否便於攜帶，以肯定板子大小的需求，是否防水；
3. 產品成本要求；
4. 產品性能參數的說明（例如交換機，若是是百兆的速率，用於家庭和通常公司；若是是用於整個省的交換，那設計的速率確定數十萬兆以上了）因此說，產品性能參數的不一樣，就會影響到咱們設計考慮的不一樣，那麼產品的規格天然就不一樣了；
5. 須要適應和符合的國家標準，國際標準，或行業標準；

階段3：產品總體設計方案

在完成了產品規格說明之後，咱們須要針對這一產品，瞭解當前有哪些可行的方案，經過幾個方案進行對比，包括從成本、性能、開發週期、開發難度等多方面進行考慮，最終選擇一個最適合本身的產品整體設計方案。

在這一階段，咱們除了肯定具體實現的方案外，咱們還須要綜合考慮，產品開發週期，多少人月的工做量，須要哪些資源或者外部協助，以及開發過程當中可能遇到的風險及應對措施，造成整個項目的項目計劃，指導咱們的整個開發過程。

階段4：產品概要設計

產品概要設計主要是在整體設計方案的基礎上進一步的細化，具體從硬件和軟件兩方面入手：

硬件模塊概要設計

硬件模塊概要設計，主要從硬件的角度出發，確認整個系統的架構，並按功能來劃分各個模塊，肯定各個模塊的的大概實現。首先要依據咱們到底要哪些外圍功能以及產品要完成的工做，來進行CPU選型（注意：CPU一旦肯定，那麼你的周圍硬件電路，就要參考該CPU廠家提供的方案電路來設計）。而後再根據產品的功能需求選芯片，好比是外接AD仍是用片內AD，採用什麼樣的通信方式，有什麼外部接口，還有最重要的是要考慮電磁兼容。

編者按：通常一款CPU 的生存週期是5-8年，你考慮選型的時候要注意，不要選用快停產的CPU，以避免出現這樣的結局：產品辛辛苦苦開發了1到2 年，剛開發出來，還沒賺錢，CPU又停產了，又得要從新開發。不少公司就死在這個上面。

軟件模塊概要設計

軟件模塊概要設計階段，主要是依據系統的要求，將整個系統按功能進行模塊劃分，定義好各個功能模塊之間的接口，以及模塊內主要的數據結構等。

階段5：產品詳細設計

硬件模塊詳細設計

主要是具體的電路圖和一些具體要求，包括 PCB和外殼相互設計，尺寸這些參數。接下來，咱們就須要依據硬件模塊詳細設計文檔的指導，完成整個硬件的設計。包括原理圖、PCB的繪製。

軟件模塊詳細設計

功能函數接口定義，該函數功能接口完成功能，數據結構，全局變量，完成任務時各個功能函數接口調用流程。在完成了軟件模塊詳細設計之後，就進入具體的編碼階段，在軟件模塊詳細設計的指導下 ，完成整個系統的軟件編碼。

編者按：必定要注意須要先完成模塊詳細設計文檔之後，軟件才進入實際的編碼階段，硬件進入具體的原理圖、PCB實現階段，這樣才能儘可能在設計之初就考慮周全，避免在設計過程當中反覆修改。提升開發效率，不要爲了圖一時之快，沒有完成詳細設計，就開始實際的設計步驟。

階段7：產品調試與驗證

爲何沒有階段6，由於已經包括在階段7了。該階段主要是調整硬件或代碼，修正其中存在的問題和BUG，使之能正常運行，並儘可能使產品的功能達到產品需求規格說明要求。

硬件部分：

1. 目測加工會得PCB板是否存在短路，器件是否焊錯，或漏焊接；
2. 測試各電源對地電阻是否正常；
3. 上電，測試電源是否正常；
4. 分模塊調試硬件模塊，可藉助示波器、邏輯分析儀等根據。

軟件部分：

驗證軟件單個功能是否實現，驗證軟件整個產品功能是否實現。

階段8：測試

功能測試（測試不經過，多是有BUG）；

壓力測試（測試不經過，多是有BUG或哪裏參數設計不合理）；

性能測試（產品性能參數要提煉出來，供未來客戶參考，這個就是你的產品特徵的一部分）；

其餘專業測試：包括工業級的測試，例如含抗干擾測試，產品壽命測試，防潮溼測試，高溫和低溫測試（有的產品有很高的溫度或很低的溫度工做不正常，甚至中止工做）。

編者按：有的設備電子元器件在特殊溫度下，參數就會異常，致使整個產品出現故障或失靈現象的出現；有的設備，零下幾十度的狀況下，根本就啓動不了，開不了機；有的設備在高溫下，電容或電阻值就會產生物理的變化，這些都會影響到產品的質量。

這裏要引出一個話題，工業級產品與消費類產品有什麼區別呢？工業級的產品就要避免這些異常和特殊問題，有的產品是在很深的海里工做，或者在嚴寒的山洞工做，或者火熱沙漠工做，或者顛簸的設備上，好比汽車；或者是須要防止雷擊；因此這就是工業級產品跟消費類產品的區別，消費類的產品就不須要作這麼多的測試。

階段9：產品

經過上一階段完整測試驗證，在此階段，即獲得咱們開發成功的產品。在此階段，能夠比較實際的產品和最初的造成的產品規格說明，看通過一個完整的開發過程，是否產品徹底符合最初的產品規格說明，又或者，中途發現產品規格說明存在問題，對它進行了多少修改呢？

附錄：嵌入式硬件開發流程

以前，咱們詳細講述了嵌入式產品的研發流程，那麼在這一節，咱們具體以嵌入式產品的硬件部分爲例，再次講解其開發過程，但願經過這一節，你們能對嵌入式硬件開發流程有更深入的認識，在之後的學習和工做中，更加規範化和標準化，提升開發技能。

嵌入式硬件開發流程通常以下圖，分爲8個階段：

嵌入式產品的硬件形態萬千，CPU 從簡單的4 位/8位單片機到32 位的ARM處理器，以及其餘專用IC。另外，依據產品的不一樣需求，外圍電路也各不相同。每一次硬件開發過程，都須要依據實際的需求，考慮多方面的因素，選擇最合適的方案來。

硬件階段1：硬件產品需求

和普通的嵌入式產品需求同樣。階段1：產品需求。

硬件階段2：硬件整體設計方案

一個硬件開發項目，它的需求可能來自不少方面，好比市場產品的須要或性能提高的要求等，所以，做爲一個硬件設計人員，咱們須要主動去了解各個方面的需求並分析，根據系統所要完成的功能，選擇最合適的硬件方案。

在這一階段，咱們須要分析整個系統設計的可行性，包括方案中主要器件的可採購性，產品開發投入，項目開發週期預計，開發風險評估等，並針對開發過程當中可能遇到的問題，提早選擇應對方案，保證硬件的順利完成。

硬件階段3：硬件電路原理圖設計

在系統方案肯定後，咱們便可以開展相關的設計工做，原理設計主要包括系統整體設計和詳細設計，最終產生詳細的設計文檔和硬件原理圖。

原理設計和PCB設計是設計人員最主要的兩個工做之一，在原理設計過程當中，咱們須要規劃硬件內部資源，如系統存儲空間，以及各個外圍電路模塊的實現。另外，對系統主要的外圍電路，如電源、復位等也須要仔細的考慮，在一些高速設計或特殊應用場合，還須要考慮EMC/EMI等。

電源是保證硬件系統正常工做的基礎，設計中要詳細的分析：系統可以提供的電源輸入；單板須要產生的電源輸出；各個電源須要提供的電流大小；電源電路效率；各個電源可以容許的波動範圍；整個電源系統須要的上電順序等等。

爲了系統穩定可靠的工做，復位電路的設計也很是重要，如何保證系統不會在外界干擾的狀況下異常復位，如何保證在系統運行異常的時候可以及時復位，以及如何合理的復位，才能保證系統完整的復位後，這些也都是咱們在原理設計的時候須要考慮的。

一樣的，時鐘電路的設計也是很是重要的一個方面，一個很差的時鐘電路設計，可能會引發通訊產品的數據丟包，產生大的EMI，甚至致使系統不穩定。

編者按：原理圖設計中要有「拿來主義」！如今的芯片廠家通常均可以提供參考設計的原理圖，因此要儘可能的藉助這些資源，在充分理解參考設計的基礎上，作一些本身的發揮。

硬件階段4：PCB圖設計

PCB設計階段，便是將原理圖設計轉化爲實際的可加工的PCB 線路板，目前主流的PCB 設計軟件有PADS，Candence 和Protel幾種。

PCB設計，尤爲是高速PCB，須要考慮EMC/EMI，阻抗控制，信號質量等，對PCB 設計人員的要求比較高。爲了驗證設計的PCB是否符合要求，有的還須要進行PCB 仿真。並依據仿真結果調整PCB 的佈局佈線，完成整個的設計。

硬件階段5：PCB加工文件製做與PCB打樣

PCB繪製完成之後，在這一階段，咱們須要生成加工廠可識別的加工文件，即常說的光繪文件，將其交給加工廠打樣PCB 空板。通常1~4層板能夠在一週內完成打樣。

硬件產品的焊接與調試

在拿到加工廠打樣會的 PCB空板之後，接下來咱們，須要檢查PCB空板是否和咱們設計預期同樣，是否存在明顯的短路或斷痕，檢查經過後，則須要將前期採購的元器件和PCB空板交由生產廠家進行焊接（若是PCB 電路不復雜，爲了加快速度，也能夠直接手工焊接元器件）。

當PCB 已經焊接完成後，在調試PCB以前，必定要先認真檢查是否有可見的短路和管腳搭錫等故障，檢查是否有元器件型號放置錯誤，第一腳放置錯誤，漏裝配等問題，而後用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這樣能夠避免貿然上電後損壞單板。調試的過程當中要有平和的心態，碰見問題是很是正常的，要作的就是多作比較和分析，逐步的排除可能的緣由，直致最終調試成功。

在硬件調試過程當中，須要常用到的調試工具備萬用表和示波器，邏輯分析儀等，用於測試和觀察板內信號電壓和信號質量，信號時序是否知足要求。

硬件產品測試

當硬件產品調試經過之後，咱們須要對照產品產品的需求說明，一項一項進行測試，確認是否符合預期的要求，若是達不到要求，則須要對硬件產品進行調試和修改，直到符合產品需求文明（通常都以需求說明文檔做爲評判的一句，固然明顯的需求說明錯誤除外）。

硬件階段8「硬件產品」

咱們最終開發的硬件成功。一個完整的，完成符合產品需求的硬件產品還不能說明一個成功的產品開發過程，咱們還須要按照預約計劃，準時高質量的完成。纔是一個成功的產品開發過程。