主流32位單片機攻略連載：為什么要學(xué)STM32？

　　2.10.設備工作環(huán)境的要求

　　環(huán)境要求主要內容是考慮溫度，濕度等；如果系統必須在溫度范圍較大的環(huán)境下運行，諸如用于軍事設備或汽車(chē)的控制系統，那么處理器可選擇的范圍就要小得多；

　　并且由于大范圍溫度變化的設備通常比較昂貴，因此在設計過(guò)程中就不能再根據一般工業(yè)級器件的價(jià)格來(lái)制定預算。

　　2.11.使用周期成本

　　如果我們的產(chǎn)品是stm32神舟開(kāi)發(fā)板，在一般情況下，可以不必考慮在用戶(hù)現場(chǎng)對stm32神舟開(kāi)發(fā)板程序進(jìn)行修改的問(wèn)題，也不用為是否可以得到設備備件而著(zhù)急，這是因為stm32神舟開(kāi)發(fā)板是一種學(xué)習型的消費產(chǎn)品，僅僅只是一款開(kāi)發(fā)板而已。

　　換句話(huà)說(shuō)，如果我們的產(chǎn)品是價(jià)值幾萬(wàn)塊的工業(yè)設備并且需要常年不斷地運行，那么我們在產(chǎn)品設計過(guò)程中就必須從長(cháng)計議了：

　　a.首先，我們需要選擇一種處理器或存儲體系結構都可以升級的器件

　　b.考慮到程序升級的可能，我們還要選擇較大容量的內存

　　c.最后要注意的則是所選處理器是否可以長(cháng)期供貨，這一點(diǎn)的重要性遠遠大于處理器的價(jià)格

　　除了上面的考慮之外，使用周期成本也是在設計之初要考慮的因素?？偟膩?lái)說(shuō)，生產(chǎn)的部件越多，則可以接受的前期開(kāi)發(fā)成本也就越大。如果產(chǎn)品是mp3，我們可能會(huì )選擇一個(gè)低價(jià)微處理器，同時(shí)投入一大筆錢(qián)來(lái)開(kāi)發(fā)控制mp3的軟件。

　　但如果我們的產(chǎn)品是價(jià)格昂貴的工業(yè)用設備，那么在產(chǎn)品的使用期內，該設備的銷(xiāo)售量將只有幾百臺，毫無(wú)疑問(wèn)，開(kāi)發(fā)這種產(chǎn)品最重要的就是降低開(kāi)發(fā)成本（降低開(kāi)發(fā)成本而不是硬件成本?。。。?；除此之外，工業(yè)產(chǎn)品的成本也不像家用電器或消費電子產(chǎn)品那么敏感。綜上所述，開(kāi)發(fā)工業(yè)產(chǎn)品當然要選擇一種便于進(jìn)行開(kāi)發(fā)并且有助于縮短開(kāi)發(fā)過(guò)程的處理器。

　　2.12.處理器相關(guān)資料是否豐富

　　如果該款處理器在市場(chǎng)上已經(jīng)用得很廣了，那么我們可以獲取更多的相關(guān)資料，觀(guān)察人家的產(chǎn)品是如何使用處理器的，也能在網(wǎng)絡(luò )上找到不少的相關(guān)的設計資料以及相關(guān)技術(shù)主題，這樣就進(jìn)一步降低了技術(shù)門(mén)檻，確保了使用該處理器做產(chǎn)品可行性，減低了風(fēng)險；例如STM32神舟IV號開(kāi)發(fā)板就有針對該板子有個(gè)700多頁(yè)的手冊文檔，如果我們選擇STM32芯片來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的話(huà)，借助詳細資料開(kāi)發(fā)起來(lái)就輕松了，達到事半功倍的效果。

　　反之，如果是廠(chǎng)商全新推出的處理器，因為市場(chǎng)上還沒(méi)有可以借鑒的產(chǎn)品，我們就只能從全英文的芯片手冊開(kāi)始閱讀，了解這款芯片，這樣開(kāi)發(fā)周期不僅變長(cháng)，而且不可預知的風(fēng)險也很大。

　　3.開(kāi)發(fā)成本的預測和估計

　　大多數項目或產(chǎn)品都有專(zhuān)人負責預測整個(gè)過(guò)程的開(kāi)發(fā)成本，對于任何項目來(lái)說(shuō)，其開(kāi)發(fā)成本主要包括人力和材料開(kāi)銷(xiāo)。

　　預測開(kāi)發(fā)成本在很大程度上需要根據經(jīng)驗，這也是為什么大型公司一般指定有經(jīng)驗的高級工程師來(lái)完成這一任務(wù)的原因，除了人力和材料的開(kāi)銷(xiāo)之外，總結下來(lái)，還有以下的開(kāi)銷(xiāo)：

　　1）人力成本（開(kāi)發(fā)人員、管理人員、銷(xiāo)售人員、其他行政等輔助人員）的開(kāi)銷(xiāo)

　　2）材料（硬件物料和損耗，有時(shí)候需要投幾次PCB版才把產(chǎn)品穩定下來(lái)）的開(kāi)銷(xiāo)

　　3）開(kāi)發(fā)系統和開(kāi)發(fā)工具軟件的開(kāi)銷(xiāo)

　　4）硬件工具的開(kāi)銷(xiāo)（例如示波器、仿真器等）

　　對于整個(gè)項目來(lái)說(shuō)，上述的開(kāi)銷(xiāo)將直接可能導致產(chǎn)品成本增加，其中人力成本最為關(guān)鍵，尤其是在中國。

　　4.產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設計文檔（需要包括硬件和軟件兩個(gè)方面）

4.1 硬件文檔撰寫(xiě)思路

　　1）首先是需求定義或產(chǎn)品規格：

　　如果這些是產(chǎn)品最終目標的話(huà)，那么產(chǎn)品對硬件和軟件的要求就是技術(shù)方案的最終目標；對硬件和軟件的要求是從定義用戶(hù)界面和系統功能開(kāi)始的。

　　2）其次，根據需求，系統整體定義文檔中給出硬件接口的具體定義：

　　定義硬件最有效的方法是從需求開(kāi)始描述，由于硬件必須支持系統定義的所有功能，因此硬件定義是與系統說(shuō)明不可分割的；

　　例如，我們設計一個(gè)定時(shí)器（事先需求說(shuō)明定時(shí)器不能與個(gè)人電腦連接，故無(wú)法使用CRT顯示時(shí)間），我們只有兩種選擇：一種是使用發(fā)光二極管（LED），另一種是使用液晶顯示器件（LCD）；盡管LCD的顯示效果比較好，但考慮到定時(shí)器要常年位于戶(hù)外，并且早期LCD顯示器不能在低溫下工作，最終還是選擇 LED設備（這整個(gè)過(guò)程描述了我們硬件選型時(shí)的一個(gè)思路，這個(gè)是密切跟需求掛鉤的）

　　3）一旦完成了系統整體說(shuō)明文檔，就開(kāi)始進(jìn)行系統設計：

　　首先要對硬件說(shuō)明的內容進(jìn)行細化，包括添加能讓工程師理解的設計意圖，以及軟件工程師圍繞硬件進(jìn)行程序設計時(shí)需要使用的硬件信息等。

　　完成硬件電路板說(shuō)明文檔后，我們還要在該文檔中增加一個(gè)用來(lái)描述系統的原始要求的前言部分，包括說(shuō)明方案的設計思路和方法，除此之外，還要附上軟件工程師用來(lái)對硬件進(jìn)行控制所需的各類(lèi)信息，這類(lèi)信息主要包括如下內容（軟件工程所需信息）：

　　-----內存和I/O端口地址（如果需要，還可以提供內存映射圖）

　　-----可用內存容量

　　-----狀態(tài)寄存器每一位的定義

　　-----每個(gè)端口管腳的用途

　　-----外部設備的驅動(dòng)方法（例如，說(shuō)明輸入定時(shí)器電路的時(shí)鐘頻率等）

　　-----其他有管軟件人員設計程序需要了解的信息

　　對于比較復雜的系統來(lái)說(shuō)，硬件文檔中經(jīng)常使用兩個(gè)獨立的部分來(lái)進(jìn)行說(shuō)明；其第一部分用來(lái)描述硬件指標和工作原理，第二部分則主要為軟件人員提供程序設計需要的信息。

　　4.2 軟件文檔撰寫(xiě)思路

　　1） 軟件文檔與硬件文檔的組織方法類(lèi)似，軟件要求文檔的主要內容則是定義軟件要實(shí)現的功能；一種是在簡(jiǎn)單項目設計過(guò)程中，軟件定義也可以只對一種電路板使用的軟件給予描述；對較復雜的項目來(lái)說(shuō)，由于參與這種項目的軟件人員分別負責設計驅動(dòng)不同硬件部分的代碼（同一電路板），因此每個(gè)軟件人員可能會(huì )為自己的設計代碼指定不同的定義，這類(lèi)軟件說(shuō)明需要提供下列的內容：

　　-----論述包括需求定義、工程指標、硬件參數等實(shí)施項目需要的內容

　　-----說(shuō)明軟件之間、處理器之間或處理器與其內部器件之間使用的通信協(xié)議：其內容應包括對緩沖區接口機制、命令/應答協(xié)議、信號控制等協(xié)議的具體說(shuō)明。

　　-----借助流程圖、偽代碼或者其他可能的方法來(lái)描述軟件的實(shí)現方法和過(guò)程

　　2） 軟件與硬件所考慮的不同之處（此經(jīng)驗方便技術(shù)總監或其他相關(guān)管理者參考，因為無(wú)論是多高深的技術(shù)管理者，要么是硬件出身，要么是軟件出身，要么就是非技術(shù)出身，armjishu.com里面有少數軟硬件都精通的高手）

　　a. 軟件的靈活性遠遠大于硬件，要讓軟件人員搞清楚某個(gè)軟件的內部格式是非常困難的任務(wù)，解決的辦法：詳細定義其他程序員需要了解的編程接口具體內容，以及其他工程人員在實(shí)施開(kāi)發(fā)項目過(guò)程中需要使用的技術(shù)細節信息。

　　b. 軟件工程師只有在收到硬件說(shuō)明文檔后，才有可能知道如何對系統硬件進(jìn)行操作；而硬件人員一般不需要了解軟件程序的技術(shù)細節。

　　c. 由于軟件易于更改，因此程序內容經(jīng)常會(huì )按銷(xiāo)售人員提供的要求發(fā)生變更，在某些情況下，軟件文檔的內容無(wú)法及時(shí)反映程序的最新變化。

　　d. 軟件經(jīng)常是工程項目最后完成的部分，因此其文檔也經(jīng)常因時(shí)間不夠而欠缺完整。實(shí)際上，軟件文檔是否詳細、完整，在某種程度上是與公司或客戶(hù)的要求有關(guān)的。例如，軍事或國家工程一般要求開(kāi)發(fā)商就其所有軟件實(shí)現的功能提供全面詳細的文檔

　　e. 有個(gè)潛規則，對軟件的要求越復雜，則需求的正確可能性就越小，這個(gè)是經(jīng)驗之談了，我們需要把準需求這個(gè)準繩來(lái)做文章，而不是陷入個(gè)人主義以及對軟件要求而憑空發(fā)揮自己不切實(shí)際的想象。

　　f. 我們可以先硬件設計，接著(zhù)圍繞該硬件編制軟件。雖然實(shí)際系統的實(shí)現過(guò)程可能是軟硬件并行開(kāi)發(fā)，但軟件人員基本上也是圍繞著(zhù)已經(jīng)實(shí)現的硬件來(lái)進(jìn)行程序設計的；對于更為復雜的系統來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)過(guò)程可能會(huì )出現重復。

　　例如，某個(gè)項目的硬件工程師和軟件工程師可能會(huì )坐下來(lái)開(kāi)會(huì )，共同決定使用哪種硬件來(lái)實(shí)現某種功能；軟件人員可能提出需要為數據緩沖區口沖內存容量，也可能要求提供某種外部設備接口，以便充分利用現成接口程序提供的各種驅動(dòng)代碼。

　　總的來(lái)說(shuō)，必須在提高軟件開(kāi)發(fā)效率與硬件系統的復雜性與成本之間進(jìn)行權衡。

5.嵌入式高手對技術(shù)的理解（含辛茹苦這么多年的精華體驗）

　　有很多人認為：嵌入式系統性能的核心因素是軟件功能，其實(shí)，如果按照這種邏輯，系統設計中存在的問(wèn)題就應由軟件人員來(lái)負責；其實(shí)這個(gè)觀(guān)點(diǎn)實(shí)際上反映了設計嵌入式產(chǎn)品時(shí)如何考慮劃分硬件和軟件各自應實(shí)現的功能，也就是這個(gè)功能是軟件實(shí)現，還是考慮用硬件來(lái)實(shí)現（硬件實(shí)現：需要購買(mǎi)處理該功能的硬件芯片，從而增加成本；軟件實(shí)現：無(wú)需增加硬件成本，但會(huì )占用處理器以及內存的資源，這是armjishu.com的專(zhuān)家們體會(huì )到的）。

　　例如：我們在這里設計的基于STM32的神舟II號開(kāi)發(fā)板產(chǎn)品，我們可以使用專(zhuān)業(yè)的解碼芯片來(lái)負責mp3音樂(lè )文件的解碼和播放功能，也可以使用另一種方法來(lái)解碼mp3語(yǔ)音文件，讓ARM處理器利用軟件控制寄存器來(lái)驅動(dòng)耳機或音響，處理器通過(guò)對mp3語(yǔ)音文件解碼之后再將解碼后的數據流按照一定協(xié)議格式送給音頻輸出的硬件接口進(jìn)行播放。

　　優(yōu)點(diǎn)：這種方案在硬件方面節省了一個(gè)器件，降低了成本，并且該功能還方便調試（因為是軟件實(shí)現的）。

　　缺點(diǎn)：從另一個(gè)角度來(lái)看，雖然節省了一塊語(yǔ)音解碼芯片，但同時(shí)要在三個(gè)方面增加成本。

　　首先，要在程序中增加語(yǔ)音協(xié)議解碼的代碼；

　　其次，可能要把增加ROM來(lái)存放語(yǔ)音解碼的協(xié)議，這樣可以增加速度；

　　最后，運行該程序將占用處理器的時(shí)間和資源。

　　其實(shí)，話(huà)又說(shuō)回來(lái)，對于本案例來(lái)說(shuō)，上述成本的節約并不會(huì )引發(fā)任何問(wèn)題，包括驅動(dòng)程序增加也只需少量的，我們討論這個(gè)mp3產(chǎn)品的案例的目的在于說(shuō)明如何對軟件硬件的功能進(jìn)行合理劃分。

　　總的來(lái)說(shuō)，交給軟件實(shí)現的功能越多，則產(chǎn)品的成本就越低，當然這就要處理器必須有足夠的處理速度和內存空間來(lái)實(shí)現設計指定的功能；常言說(shuō)得好，天下沒(méi)有免費的午餐；把功能分配給軟件來(lái)實(shí)現，會(huì )增加軟件的復雜性、開(kāi)發(fā)時(shí)間、以及程序的調試時(shí)間；然而，隨著(zhù)處理器的處理能力的不斷提高，可以預見(jiàn)，越來(lái)越多的功能將會(huì )由軟件來(lái)實(shí)現。

　　雖然在軟件中實(shí)現各種功能會(huì )增加開(kāi)發(fā)成本，但如果把功能移植到硬件中實(shí)現，則會(huì )增加產(chǎn)品的成本，這類(lèi)開(kāi)銷(xiāo)是在構造每個(gè)系統組件時(shí)不可避免的。在低成本設計方案中，增加任何額外的硬件都會(huì )對產(chǎn)品成本產(chǎn)生顯著(zhù)的影響，因此軟硬件功能劃分就是一個(gè)決定產(chǎn)品成本的大問(wèn)題。在諸如大眾消費產(chǎn)品這一類(lèi)對成本非常敏感的設計方案中，一般都會(huì )把無(wú)法通過(guò)軟件實(shí)現的功能排除在外的。