淺談嵌入式產(chǎn)品設計的分工合作

一個(gè)完整的嵌入式產(chǎn)品設計一般需要涉及到很多方面的工作，包含硬件設計、系統BSP包移植、驅動(dòng)移植、中間協(xié)議層及組件、GUI圖形界面以及終端的應用程序。

如此多的環(huán)節如果全部由一家公司獨立完成，勢必在時(shí)間、研發(fā)團隊、費用上需要做出巨大的投入，這顯然已經(jīng)和市場(chǎng)對產(chǎn)品要求的快速上市以及高性?xún)r(jià)比相矛盾。

那么如何才能使整個(gè)產(chǎn)品符合市場(chǎng)的這兩點(diǎn)要求呢?資深嵌入式技術(shù)經(jīng)理陽(yáng)坤根據自己多年在嵌入式領(lǐng)域工作的經(jīng)驗提出了個(gè)人的看法，他認為社會(huì )的分工合作帶來(lái)了巨大的生產(chǎn)力，同樣嵌入式產(chǎn)品的設計不可能由一家公司獨立完成，而一款好的嵌入式產(chǎn)品需要生態(tài)鏈中其他經(jīng)驗豐富，專(zhuān)業(yè)的公司來(lái)分工合作共同完成。目前很多大公司的存在是因為他們在某一領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)而不是全能，所以目前來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的嵌入式產(chǎn)品的設計工作往往分成幾個(gè)部分來(lái)實(shí)現分工協(xié)作。

第一部分：用戶(hù)應用程序及GUI圖形界面

應用程序是一個(gè)范圍最廣、最為靈活的概念，各行各業(yè)有各自不同的特色和要求，這就需要應用程序的開(kāi)發(fā)者對相應的行業(yè)有深入的理解。這一部分的執行者往往是項目需求的發(fā)起方和產(chǎn)品的整合方。他們往往擁有某一應用的核心技術(shù)同時(shí)有自己的行業(yè)客戶(hù)群體，但是他們在硬件設計及平臺設計方面沒(méi)有相關(guān)的經(jīng)驗和能力或者因為其他原因不愿意在這方面做太多投入。多數嵌入式操作系統中GUI圖形界面都不是操作系統必須的組件而是作為上層應用圖形庫的方式由用戶(hù)來(lái)選擇和移植，如Linux操作系統的用戶(hù)可以選擇QT或GTK等作為其圖形庫。

第二部分：中間協(xié)議層及組件

這一部分一般包括一些系統基礎應用程序、協(xié)議棧以及如音視頻解碼器這樣的中間組件組成。這一類(lèi)的專(zhuān)業(yè)性往往比較強，其相關(guān)技術(shù)掌握在一些專(zhuān)業(yè)的商業(yè)公司手中或由開(kāi)源組織免費發(fā)布。對于商業(yè)公司提供的技術(shù)往往需要通過(guò)付費來(lái)獲取使用權，或者付費定制的方式獲取，這些商業(yè)公司及組織我們一般稱(chēng)其為第三方。

第三部分：硬件設計、系統BSP包移植、驅動(dòng)移植等

中央處理器(英文簡(jiǎn)稱(chēng)CPU)，是數字自動(dòng)化時(shí)代的核心，而嵌入式產(chǎn)品就是為了實(shí)現數字化和自動(dòng)化的設備，可見(jiàn)CPU對于嵌入式產(chǎn)品的重要性。項目需求的發(fā)起方和產(chǎn)品的整合方往往只懂得用戶(hù)應用程序的開(kāi)發(fā)，對于復雜的CPU如何支持他們的程序卻一竅不通，這就需要另外一些人——嵌入式硬件平臺供應商。

嵌入式硬件平臺供應商就是完成這第三部分工作的分工者，這一部分的工作是整個(gè)產(chǎn)品的基礎，是業(yè)界常說(shuō)的底層。如果底層沒(méi)有做到位，那么整個(gè)系統的可靠性將無(wú)從談起，現在我們就第三部分的兩個(gè)方面了解底層。

硬件設計

由于現在CPU運行主頻越來(lái)越高，內存也從頻率較低的SDRAM一直上升到高速的DDR3。這就使得設計不能再以單片機年代的集總參數的電路方式來(lái)實(shí)現，很多時(shí)候必須要以分布參數的方式來(lái)設計。我們需要重點(diǎn)考慮的因素包括：電源的完整性、信號的完整性以及EMC，以確保設計出來(lái)的硬件能夠穩定地高負荷運行。電源方面從器件選型、濾波方式到PCB電源層的分布都要做認真的分析和規劃。信號方面我們通過(guò)信號上升沿與信號頻率的關(guān)系來(lái)判斷該信號是否屬于高速信號。在處理高速信號的時(shí)候我們要注意信號回路的參考平面，保證其有完整地回路。比如時(shí)下火熱的社區板：基于飛思卡爾i.MX 6 系列處理器的評估板，以及基于TI AM335X的評估板等等。這類(lèi)板采用了如Cortex-A8 或Cortex-A9這樣的高端處理器，在CPU性能提升的同時(shí)，為了滿(mǎn)足更高的吞吐率也升級到了DDR3內存，硬件升級也給我們的設計帶來(lái)了前所未有的挑戰。設計這一部分的時(shí)候我們需要從系統平均、滿(mǎn)載及峰值耗電量等方面來(lái)充分考慮電源供電負載能力，并從參考電壓的選取以及DDR信號在PCB走線(xiàn)時(shí)關(guān)鍵信號線(xiàn)的阻抗、以及關(guān)鍵信號組的走線(xiàn)長(cháng)度處理等方面來(lái)確保系統不會(huì )在長(cháng)時(shí)間的大負荷數據吞吐運算時(shí)因為某些信號質(zhì)量或時(shí)序上余量不足造成系統不穩定。誠然這些設計經(jīng)驗不是一蹴而就的，是需要通過(guò)長(cháng)時(shí)間的項目實(shí)踐和理論知識的結合而積累起來(lái)的，這也是評判一個(gè)公司的這方面的開(kāi)發(fā)能力的標準之一。

系統BSP包及驅動(dòng)的移植

方面首先需要工程師對操作系統的架構要非常了解，操作系統下對硬件的操作相對于單片機上俗稱(chēng)的裸機代碼有幾個(gè)明顯的區別。第一、操作系統會(huì )將對硬件的操作抽象成具體的驅動(dòng)層和應用層而不是裸機的直接操作寄存器的方式。第二、操作系統在驅動(dòng)層面上往往會(huì )把一類(lèi)驅動(dòng)按分層的思想細分為“針對某一類(lèi)子系統的核心代碼、控制器代碼和設備代碼”，使驅動(dòng)能夠在不同的控制器和設備間靈活的擴展。第三、由于多任務(wù)的存在所以又必須要考慮并發(fā)和互斥等等因素。這些特點(diǎn)使得驅動(dòng)的控制方式不再直觀(guān)易懂。

在嵌入式產(chǎn)品設計的分工合作中，項目需求的發(fā)起方和產(chǎn)品的整合方往往會(huì )完成用戶(hù)應用程序部分，他們是各個(gè)行業(yè)中的資深專(zhuān)家，但是在硬件設計及平臺設計方面沒(méi)有相關(guān)的經(jīng)驗和能力或者因為其他原因不愿意在這方面做太多投入，往往他們都會(huì )找硬件平臺供應商提供這方面的技術(shù)支持。硬件平臺供應商完成分工中的硬件設計、系統BSP包移植、驅動(dòng)移植，由于硬件設計、系統BSP包移植、驅動(dòng)移植有密切聯(lián)系，需要同一個(gè)廠(chǎng)商完成，這就需要廠(chǎng)商有強大的研發(fā)技術(shù)團隊，另外產(chǎn)品的整合方常常對他們需求的硬件平臺有尺寸功能等特殊要求，這還要求嵌入式硬件平臺供應商有專(zhuān)門(mén)的定制服務(wù)技術(shù)團隊支持。在國內基于A(yíng)RM的硬件平臺廠(chǎng)商中，很少有滿(mǎn)足上面要求的同時(shí)，又能供應種類(lèi)眾多功能多樣的處理器硬件平臺，其中，英蓓特在此方面已有14年以上的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，并與Freescale、TI、Atmel、ARM、ST等世界知名芯片廠(chǎng)商達成戰略合作伙伴，為眾多嵌入式產(chǎn)品廠(chǎng)商提供硬件平臺和定制服務(wù)解決方案。另外，如果產(chǎn)品的整合方有對像音視頻解碼器等專(zhuān)業(yè)性往往比較強的需求時(shí)，還需要尋求第三方的幫助。