嵌入式系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)：功能和流程
對(duì)于較大區(qū)域中的特定功能，其設(shè)計(jì)結(jié)合了軟件和硬件的嵌入的系統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在這一設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)，源自哈佛計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的微控制器在嵌入式系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)中扮演著至關(guān)重要的角色。
哈佛架構(gòu)利用獨(dú)特的信號(hào)和存儲(chǔ)路徑來存儲(chǔ)其數(shù)據(jù)和指令。術(shù)語“哈佛體系結(jié)構(gòu)”起源于哈佛Mark I計(jì)算機(jī)（基于中繼），該計(jì)算機(jī)將其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在機(jī)電計(jì)數(shù)器中，并在24位寬的穿孔帶上存儲(chǔ)指令。
總之，嵌入式系統(tǒng)是工程學(xué)的組成部分，涉及受物理約束的計(jì)算。這些物理約束是通過涉及與物理世界的計(jì)算過程的兩種類型的交互作用產(chǎn)生的：
對(duì)我們物理環(huán)境的反應(yīng)
在物理平臺(tái)上執(zhí)行
我們將這些物理限制稱為：
反應(yīng)約束
執(zhí)行約束
嵌入式系統(tǒng)功能
常見的反應(yīng)約束條件可確定抖動(dòng)，期限和吞吐量。這些特定約束的起源來自系統(tǒng)的行為要求。但是，典型的執(zhí)行約束條件限制了可用處理器功率，速度和硬件故障率。這些特定限制的根源來自系統(tǒng)的實(shí)施要求。
我們研究計(jì)算機(jī)工程中的執(zhí)行約束和控制理論中的反應(yīng)約束。獲得對(duì)具有兩種類型的約束的計(jì)算交互的控制，可以滿足設(shè)定的要求，這是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
從本質(zhì)上講，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)過程（從需求中）得出一個(gè)模型的過程，系統(tǒng)可以從中自動(dòng)地或多或少地生成模型。我們將模型定義為特定系統(tǒng)的抽象描述。例如，以軟件設(shè)計(jì)為例，這是派生要編譯的程序的過程。另一個(gè)例子是硬件設(shè)計(jì)，這是得出用于合成特定電路的硬件描述的過程。
嵌入式系統(tǒng)的過程
總之，嵌入式系統(tǒng)控制著其他各種電子設(shè)備，這使其成為一個(gè)控制器。如您所知，它由嵌入式軟件，嵌入式硬件和環(huán)境組成?？傮w而言，嵌入式系統(tǒng)分為兩類：微控制器和微處理器。我們?cè)谇懊嬗懻摿宋⒖刂破髌鹪吹幕A(chǔ)。但是，微處理器的基礎(chǔ)來自馮·諾依曼架構(gòu)。
馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的主要元素如下：
將指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為二進(jìn)制數(shù)字。
將指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主存儲(chǔ)器中。
依次從內(nèi)存中檢索指令，即按順序檢索一次。
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的步驟
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)步驟如下：
抽象：在此步驟中，我們抽象與系統(tǒng)有關(guān)的問題。
軟件+硬件體系結(jié)構(gòu)：在此階段，我們?cè)诔跏蓟O(shè)計(jì)過程之前已完全了解軟件和硬件。
額外的功能特性：在此階段，我們?cè)u(píng)估主要設(shè)計(jì)以全面了解我們需要實(shí)現(xiàn)的其他功能。
與系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計(jì)系列：設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，有必要參考同一系列設(shè)計(jì)中的任何先前與系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計(jì)。
模塊化設(shè)計(jì)：應(yīng)該進(jìn)行單獨(dú)的模塊設(shè)計(jì)，以便以后可以在需要時(shí)使用它們。
映射：這是我們進(jìn)行軟件映射的地方；例如，我們將程序流和數(shù)據(jù)流映射為一個(gè)。
用戶界面設(shè)計(jì)：顧名思義，這與用戶的需求相關(guān)。因此，我們正在考慮用戶需求，系統(tǒng)功能和環(huán)境分析。
優(yōu)化：在此階段，我們將優(yōu)化每個(gè)模塊和每個(gè)組件，以確保軟件團(tuán)隊(duì)完全理解要滿足的要求。
嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算任務(wù)
如您所知，嵌入式系統(tǒng)是執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的關(guān)鍵組件。通常，這是一個(gè)微控制器。但是，它很可能是數(shù)字信號(hào)處理器，FPGA甚至是微處理器。
請(qǐng)記住，每位嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還需要全面熟悉固件開發(fā)。固件開發(fā)涉及以下方面：
編寫代碼：您應(yīng)該具有匯編語言知識(shí)。盡管您沒有在匯編中編寫代碼，但必須理解它。
配置外圍設(shè)備：由于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都使用外圍設(shè)備，因此您必須了解它們的工作方式。
測試代碼：在這里您可以系統(tǒng)地測試功能，同時(shí)使設(shè)備經(jīng)受其操作環(huán)境典型的環(huán)境因素的影響。
改進(jìn)代碼：在這里，我們通過可能的調(diào)整和更正來改進(jìn)代碼，以確保代碼處于功能狀態(tài)。
調(diào)試代碼：在這里我們可以找到功能代碼中的其他錯(cuò)誤。
驗(yàn)證代碼：在此階段，我們通過提供具有連續(xù)隨機(jī)輸入的代碼來確認(rèn)代碼是否正確執(zhí)行，從而確保設(shè)備正常運(yùn)行且沒有故障。
嵌入式系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)的類型
移動(dòng)設(shè)備
聯(lián)網(wǎng)設(shè)備
獨(dú)立嵌入式系統(tǒng)
實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)的元素或組件
微控制器
數(shù)字信號(hào)處理器
微處理器
處理器
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)
以下是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)面臨的典型挑戰(zhàn)：
安全
環(huán)境適應(yīng)性
占用面積
能量消耗
硬件和軟件更新
包裝與整合
設(shè)計(jì)師還會(huì)遇到其他挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要涉及測試，例如：
驗(yàn)證可維護(hù)性
嵌入式硬件測試
驗(yàn)證階段
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要持久地識(shí)別，確定和滿足要求。例如，可能存在其中需要更長電池壽命的設(shè)備。在這種情況下，嵌入式系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)旨在滿足這一特定功能要求。但是，嵌入式系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)人員有責(zé)任識(shí)別重要的特性和功能，然后適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)設(shè)備。
計(jì)算機(jī)主板上的CPU芯片使用嵌入式系統(tǒng)來提供PC功能。
幸運(yùn)的是，在我們的PCB設(shè)計(jì)和分析概述頁面上，您一定可以使您的公司擁有必要的知識(shí)，可以為所有適用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)。
哈佛架構(gòu)利用獨(dú)特的信號(hào)和存儲(chǔ)路徑來存儲(chǔ)其數(shù)據(jù)和指令。術(shù)語“哈佛體系結(jié)構(gòu)”起源于哈佛Mark I計(jì)算機(jī)（基于中繼），該計(jì)算機(jī)將其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在機(jī)電計(jì)數(shù)器中，并在24位寬的穿孔帶上存儲(chǔ)指令。
總之，嵌入式系統(tǒng)是工程學(xué)的組成部分，涉及受物理約束的計(jì)算。這些物理約束是通過涉及與物理世界的計(jì)算過程的兩種類型的交互作用產(chǎn)生的：
對(duì)我們物理環(huán)境的反應(yīng)
在物理平臺(tái)上執(zhí)行
我們將這些物理限制稱為：
反應(yīng)約束
執(zhí)行約束
嵌入式系統(tǒng)功能
常見的反應(yīng)約束條件可確定抖動(dòng)，期限和吞吐量。這些特定約束的起源來自系統(tǒng)的行為要求。但是，典型的執(zhí)行約束條件限制了可用處理器功率，速度和硬件故障率。這些特定限制的根源來自系統(tǒng)的實(shí)施要求。
我們研究計(jì)算機(jī)工程中的執(zhí)行約束和控制理論中的反應(yīng)約束。獲得對(duì)具有兩種類型的約束的計(jì)算交互的控制，可以滿足設(shè)定的要求，這是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
從本質(zhì)上講，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)過程（從需求中）得出一個(gè)模型的過程，系統(tǒng)可以從中自動(dòng)地或多或少地生成模型。我們將模型定義為特定系統(tǒng)的抽象描述。例如，以軟件設(shè)計(jì)為例，這是派生要編譯的程序的過程。另一個(gè)例子是硬件設(shè)計(jì)，這是得出用于合成特定電路的硬件描述的過程。
嵌入式系統(tǒng)的過程
總之，嵌入式系統(tǒng)控制著其他各種電子設(shè)備，這使其成為一個(gè)控制器。如您所知，它由嵌入式軟件，嵌入式硬件和環(huán)境組成?？傮w而言，嵌入式系統(tǒng)分為兩類：微控制器和微處理器。我們?cè)谇懊嬗懻摿宋⒖刂破髌鹪吹幕A(chǔ)。但是，微處理器的基礎(chǔ)來自馮·諾依曼架構(gòu)。
馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的主要元素如下：
將指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為二進(jìn)制數(shù)字。
將指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主存儲(chǔ)器中。
依次從內(nèi)存中檢索指令，即按順序檢索一次。
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的步驟
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)步驟如下：
抽象：在此步驟中，我們抽象與系統(tǒng)有關(guān)的問題。
軟件+硬件體系結(jié)構(gòu)：在此階段，我們?cè)诔跏蓟O(shè)計(jì)過程之前已完全了解軟件和硬件。
額外的功能特性：在此階段，我們?cè)u(píng)估主要設(shè)計(jì)以全面了解我們需要實(shí)現(xiàn)的其他功能。
與系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計(jì)系列：設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，有必要參考同一系列設(shè)計(jì)中的任何先前與系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)計(jì)。
模塊化設(shè)計(jì)：應(yīng)該進(jìn)行單獨(dú)的模塊設(shè)計(jì)，以便以后可以在需要時(shí)使用它們。
映射：這是我們進(jìn)行軟件映射的地方；例如，我們將程序流和數(shù)據(jù)流映射為一個(gè)。
用戶界面設(shè)計(jì)：顧名思義，這與用戶的需求相關(guān)。因此，我們正在考慮用戶需求，系統(tǒng)功能和環(huán)境分析。
優(yōu)化：在此階段，我們將優(yōu)化每個(gè)模塊和每個(gè)組件，以確保軟件團(tuán)隊(duì)完全理解要滿足的要求。
嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算任務(wù)
如您所知，嵌入式系統(tǒng)是執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的關(guān)鍵組件。通常，這是一個(gè)微控制器。但是，它很可能是數(shù)字信號(hào)處理器，FPGA甚至是微處理器。
請(qǐng)記住，每位嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還需要全面熟悉固件開發(fā)。固件開發(fā)涉及以下方面：
編寫代碼：您應(yīng)該具有匯編語言知識(shí)。盡管您沒有在匯編中編寫代碼，但必須理解它。
配置外圍設(shè)備：由于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都使用外圍設(shè)備，因此您必須了解它們的工作方式。
測試代碼：在這里您可以系統(tǒng)地測試功能，同時(shí)使設(shè)備經(jīng)受其操作環(huán)境典型的環(huán)境因素的影響。
改進(jìn)代碼：在這里，我們通過可能的調(diào)整和更正來改進(jìn)代碼，以確保代碼處于功能狀態(tài)。
調(diào)試代碼：在這里我們可以找到功能代碼中的其他錯(cuò)誤。
驗(yàn)證代碼：在此階段，我們通過提供具有連續(xù)隨機(jī)輸入的代碼來確認(rèn)代碼是否正確執(zhí)行，從而確保設(shè)備正常運(yùn)行且沒有故障。
嵌入式系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)的類型
移動(dòng)設(shè)備
聯(lián)網(wǎng)設(shè)備
獨(dú)立嵌入式系統(tǒng)
實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)的元素或組件
微控制器
數(shù)字信號(hào)處理器
微處理器
處理器
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)
以下是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)面臨的典型挑戰(zhàn)：
安全
環(huán)境適應(yīng)性
占用面積
能量消耗
硬件和軟件更新
包裝與整合
設(shè)計(jì)師還會(huì)遇到其他挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)主要涉及測試，例如：
驗(yàn)證可維護(hù)性
嵌入式硬件測試
驗(yàn)證階段
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要持久地識(shí)別，確定和滿足要求。例如，可能存在其中需要更長電池壽命的設(shè)備。在這種情況下，嵌入式系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)旨在滿足這一特定功能要求。但是，嵌入式系統(tǒng)PCB設(shè)計(jì)人員有責(zé)任識(shí)別重要的特性和功能，然后適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)設(shè)備。
計(jì)算機(jī)主板上的CPU芯片使用嵌入式系統(tǒng)來提供PC功能。
幸運(yùn)的是，在我們的PCB設(shè)計(jì)和分析概述頁面上，您一定可以使您的公司擁有必要的知識(shí)，可以為所有適用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)。
