深圳市組創(chuàng)微電子有限公司
咨詢電話
0755-8299 4126
-
07-05
2021
嵌入式系統(tǒng)軟硬件
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，大至航天飛機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，小至移動(dòng)電話、智能家用電器。嵌入式系統(tǒng)是一種典型的軟硬件混合系統(tǒng)，目前的產(chǎn)品一般包括嵌入式微處理器和相應(yīng)的控制軟件。一、嵌入式系統(tǒng)與軟硬件協(xié)同開發(fā)的簡介早期的微處理器都是4位和8位的。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，集成的8位微控制器開始出現(xiàn)，并且16位微處理器也開始用于更復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中，32位結(jié)構(gòu)的設(shè)備和高度集成的微控制器逐漸占領(lǐng)了高端應(yīng)用的市場。盡管如此，功能更強(qiáng)大的微處理器并沒有取代早期的微處理器，而只是給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供更大的選擇范圍，使其可以根據(jù)功能、特點(diǎn)、可用性和價(jià)格，選擇合適的微處理器產(chǎn)品。早期由于系統(tǒng)功能單一，嵌入的軟件部分都是由廠家自己單獨(dú)設(shè)計(jì)的代碼組成，所以非常簡單。但隨著應(yīng)用的擴(kuò)大，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，尤其是對于高檔嵌入式微處理器系統(tǒng)，多任務(wù)模型被廣泛應(yīng)用于軟件開發(fā)，并且許多廠家還選擇了第三方的商用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)產(chǎn)品(RTOS)。嵌入式系統(tǒng)中的硬件資源環(huán)境一般比較苛刻，內(nèi)存一般都不大，要在如此緊張的資源下完成復(fù)雜的功能，這就要求嵌入式系統(tǒng)的軟件部分必須盡量的小巧、穩(wěn)定和高效。二、軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)的一般方法軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法是在軟硬件混合數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，針對傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法割裂了軟件和硬件開發(fā)過程的缺陷而提出的，它是指軟件和硬件使用統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法及采用一致的設(shè)計(jì)工具來進(jìn)行綜合、驗(yàn)證、模擬的設(shè)計(jì)方法。軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)的主要步驟如下:(1)系統(tǒng)級建模描述:建立一個(gè)完整的系統(tǒng)描述，以便在不考慮實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的情況下驗(yàn)證系統(tǒng)的行為，驅(qū)動(dòng)功能驗(yàn)證和軟硬件劃分；(2)軟硬件聯(lián)合綜合:包括軟硬件劃分和調(diào)度、約束代碼生成、硬件及接口綜合。(3)軟硬件聯(lián)合模擬、調(diào)試和驗(yàn)證:在已知軟件和硬件部件行為的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)的行為進(jìn)行建模，并驗(yàn)證系統(tǒng)的功能和評價(jià)系統(tǒng)的性能。三、軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用與發(fā)展如前所述，嵌入式系統(tǒng)是一種典型的軟硬件混合系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)的開始，設(shè)計(jì)者要對系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件劃分。這里的軟件及硬件不僅可以是分離的部件，也可以是同一個(gè)物理部件的不同抽象層次。在這兩種情況下，軟硬件之間的相互依賴關(guān)系都會(huì)導(dǎo)致在它們各自實(shí)現(xiàn)方法上的折衷。同時(shí)，由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求變化大，對性能、實(shí)時(shí)性和靈活性的要求較強(qiáng)，最初的設(shè)計(jì)和劃分對于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量影響很大；又由于高端產(chǎn)品的復(fù)雜性使得許多問題在軟硬件集成過程中才會(huì)暴露出來。這些都對聯(lián)合綜合和聯(lián)合模擬提出了需求，因此，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有必要而且迫切需要引入軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法。從方法學(xué)的角度來看，嵌入式系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)遵循上述一般方法和規(guī)律。而隨著微電子技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)本身的發(fā)展，其設(shè)計(jì)方法還會(huì)呈現(xiàn)出一些新的特色。1、軟硬件劃分同其它軟硬件混合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一樣，軟硬件劃分是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵的一步。如何提高劃分算法的效率，降低時(shí)間復(fù)雜性，是研究的重點(diǎn)。已有的研究成果從多方面提高劃分的有效性，除了最基本的模擬退火算法，還提出了基于編譯器指導(dǎo)的方法、基于圖的最小代價(jià)算法、軟硬件流水線化、交互式劃分等方案。2、商用組件的標(biāo)準(zhǔn)化和高度集成化對軟硬件設(shè)計(jì)的影響隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，更多的標(biāo)準(zhǔn)商用組件投入市場，同時(shí)高度集成的設(shè)備減少了芯片的數(shù)量。許多設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在都非常樂意使用合并更多功能的微處理器和微控制器。相應(yīng)地，軟件的設(shè)計(jì)也出現(xiàn)了變化。軟件開發(fā)工作量急劇增長，經(jīng)常達(dá)到全部工作的70%～80%。為了縮短開發(fā)周期，伴隨著硬件標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢，軟件內(nèi)容也從自行設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向盡量采用具有知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。利用可移植代碼和標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，成為設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件的方向。當(dāng)然，對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員而言，涉及標(biāo)準(zhǔn)部件的集成和選擇知識產(chǎn)權(quán)的決策也是非常復(fù)雜的，現(xiàn)在和將來都必須面對。從上述的變化中，可以看出:隨著標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件組件的日益豐富，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中軟硬件劃分的粒度增大，從而系統(tǒng)描述相對明確化，軟硬件設(shè)計(jì)工作明顯簡化，更注重接口設(shè)計(jì)和整體性能，設(shè)計(jì)空間靈活性和多樣性大大增加。這些變化對現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法和相關(guān)技術(shù)提出了新的需求，比如如何精化劃分算法，使之無需考慮不必要的細(xì)節(jié)，又比如進(jìn)一步提高聯(lián)合模擬和驗(yàn)證的抽象層次，縮短開發(fā)周期等等問題。3、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的“聯(lián)合”與“分散”在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，軟件的設(shè)計(jì)往往滯后于硬件，而軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法中所采取的聯(lián)合模擬技術(shù)、虛擬原型技術(shù)正是要彌補(bǔ)這種差距，因此，軟件和硬件設(shè)計(jì)工程師一起工作成為一種發(fā)展潮流。通過聯(lián)合設(shè)計(jì)，特別是聯(lián)合驗(yàn)證技術(shù)，軟件工程師能夠盡早在真實(shí)硬件上測試，而硬件工程師能夠盡早在原型設(shè)計(jì)周期中驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)必須提供集成的開發(fā)環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中可以完成軟硬件建模、聯(lián)合模擬及評價(jià)。目前已有一些解決方案，如指令集仿真器和標(biāo)準(zhǔn)的低價(jià)格的商業(yè)評估版。另外，低成本的主-目標(biāo)機(jī)連接技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的另一特點(diǎn)是，需要的開發(fā)人員越來越多。為了有效管理開發(fā)隊(duì)伍，必須將一些專有技術(shù)封裝起來，以便使非專業(yè)人員可以安全、可靠和直接的方式使用。因而，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中還要引入面向?qū)ο蟮乃枷搿Ｔ谠S多大公司中，軟件開發(fā)隊(duì)伍不是簡單的增長，而是正在分散化，成員的工作地點(diǎn)可以分布于不同的地域或不同的國家。這種情況導(dǎo)致了“技術(shù)中心”的出現(xiàn)，因而使用“軟件部件”變得越來越現(xiàn)實(shí)。四、SOPC 嵌入式系統(tǒng)中軟硬件協(xié)同簡介隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路的規(guī)模不斷增大，以及大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷某霈F(xiàn)，使得整個(gè)系統(tǒng)集成在單個(gè)芯片上并實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程成為可能，這就是片上可編程系統(tǒng)SOPC(System on a Programmable Chip)。它支持并行SOPC技術(shù)具有靈活的設(shè)計(jì)方式:可裁減、可擴(kuò)充、可升級，并具有軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能?；贔PGA(Field－Programmable Gate Array，即現(xiàn)場可編程門陣列)的片上可編程系統(tǒng)SOPC設(shè)計(jì)近年來在半導(dǎo)體領(lǐng)域中呈現(xiàn)出高速增長態(tài)勢，成為系統(tǒng)級設(shè)計(jì)者的首選，但是隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得非常困難，系統(tǒng)開發(fā)周期越來越長，而現(xiàn)今的嵌入式電子產(chǎn)品對系統(tǒng)的開發(fā)周期是非常敏感的，因此快速、高效的設(shè)計(jì)方法是一個(gè)值得探討和研究的問題。對于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的這些問題，研究者提出了一種軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的新方法。SOPC系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，系統(tǒng)中許多功能模塊既可以由硬件來完成，也可以由軟件來實(shí)現(xiàn)。硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)是性能高、速度快，但是成本較高、靈活性差；而軟件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)是靈活性好、成本較低，但是性能差。因此，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中如何兼顧系統(tǒng)的功能和性能(如功耗、成本、面積等)需求，使它們達(dá)到一種最優(yōu)組合，這正是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法所要解決的主要問題。五、傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法目前，國內(nèi)外的企業(yè)普遍采用的是傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。這種方法的步驟是首先對系統(tǒng)的需求描述進(jìn)行定義，然后進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件劃分，劃分好以后就開始分別進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)，如果硬件和軟件設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤將直接返回到軟硬件的劃分。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。這種方法的缺點(diǎn)如下:1)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的并行性低，設(shè)計(jì)周期較長。這種設(shè)計(jì)流程采用先對硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后是軟件設(shè)計(jì)。即硬件設(shè)計(jì)好之后，在此硬件基礎(chǔ)之上進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。此串行化的設(shè)計(jì)方法當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成再進(jìn)行軟件的調(diào)試時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，糾正錯(cuò)誤就要付出高昂的人力、物力代價(jià)。不能對系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行協(xié)同驗(yàn)證，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)重復(fù)性工作的次數(shù)大幅度增多，加大了設(shè)計(jì)成本。2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)層次低，系統(tǒng)級設(shè)計(jì)依賴于手工，設(shè)計(jì)的大規(guī)模超出了設(shè)計(jì)人員的能力，系統(tǒng)的軟硬件的開發(fā)流程缺少溝通與協(xié)調(diào)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率的降低。3)對于定制的嵌入式處理器不支持，嵌入式處理器為固定的模塊，不支持設(shè)計(jì)的可重用。六、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)因?yàn)閭鹘y(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的這些缺點(diǎn)，人們開始探索新的設(shè)計(jì)方法來適應(yīng)高速發(fā)展的嵌入式系統(tǒng)，這種方法就是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法。它早在1993年就已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)中系統(tǒng)級設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究方向和熱點(diǎn)。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)如下:1)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)采用并行設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)的思想，使得設(shè)計(jì)開發(fā)周期縮短，設(shè)計(jì)效率大大提高。2)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)采用了統(tǒng)一工具和表示方法，對軟硬件合理進(jìn)行劃分，合理分配系統(tǒng)功能，對成本、性能、功耗等各個(gè)方面進(jìn)行權(quán)衡，盡可能得到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。3)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)采用軟硬件協(xié)同仿真的方法，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全局的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)對于設(shè)計(jì)的抽象層次有了很大的提高，而且拓寬了設(shè)計(jì)的覆蓋范圍，它可以使嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率更高，速度更快。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)是一種新的設(shè)計(jì)方法和思想，它不僅僅是一種設(shè)計(jì)技術(shù)，它是要把軟件和硬件的設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，以免這兩部分設(shè)計(jì)過早的獨(dú)立起來。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)現(xiàn)在正處于發(fā)展階段，有很多理論還不成熟，然而這種技術(shù)極大地提高了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，有很大的研究價(jià)值和社會(huì)意義。七、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括:系統(tǒng)任務(wù)描述，系統(tǒng)建模，用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能需求；對系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)能浻布澐?，用以滿足性能要求、降低成本和功耗；系統(tǒng)的協(xié)同綜合和對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及規(guī)范性進(jìn)行仿真。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的目的是使系統(tǒng)的各影響因素之間可以相互協(xié)調(diào)地完成系統(tǒng)功能。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)基本流程如圖2所示。1、系統(tǒng)任務(wù)描述要想設(shè)計(jì)一個(gè)SOPC系統(tǒng)，第一步是要明確系統(tǒng)的需求，也就是系統(tǒng)的性能和要實(shí)現(xiàn)的功能，接下來是對系統(tǒng)進(jìn)行建模。SOPC系統(tǒng)的模型主要有有限狀態(tài)機(jī)模型、數(shù)據(jù)流圖模型、任務(wù)流圖模型、離散事件模型、Petri網(wǎng)模型等。建立一個(gè)對軟硬件通用的系統(tǒng)功能描述方法，來解決系統(tǒng)的統(tǒng)一描述問題，目前通常情況下是采用系統(tǒng)描述語言的方式。這樣在軟硬件劃分后，才能編譯并映射成硬件描述語言和軟件實(shí)現(xiàn)語言，為系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同工作提供有力的保證。2、系統(tǒng)軟硬件劃分在傳統(tǒng)的嵌入式設(shè)計(jì)方法中，軟件和硬件的開發(fā)過程是割裂開的，它們之間缺乏溝通。這樣就使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率很低。針對這一缺點(diǎn)，提出軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的方法，這種方法中軟硬件系統(tǒng)的劃分是軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的步驟之一。系統(tǒng)中硬件實(shí)現(xiàn)部分對系統(tǒng)的性能有決定作用，通常硬件實(shí)現(xiàn)部分速度較快，但是成本控制在這部分也起著決定性的作用。系統(tǒng)中軟件實(shí)現(xiàn)部分通常具有很大的靈活性，決定著系統(tǒng)配置的靈活性，但是要占用一定的FPGA邏輯單元和耗費(fèi)一定的時(shí)間。如表1所示。表1指出了系統(tǒng)是由硬件實(shí)現(xiàn)還是軟件實(shí)現(xiàn)對芯片面積、功耗、性能和人力與時(shí)間資源需求的影響，合理的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方案，對嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很重要的作用。軟硬件的合理劃分，在滿足系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，能夠充分發(fā)揮硬件處理的快速和軟件控制靈活的特點(diǎn)。軟硬件劃分的結(jié)果追求的是提高系統(tǒng)運(yùn)行速度、減小面積、降低成本、減少功耗。但軟硬件劃分通常是一個(gè)傳統(tǒng)的難題，由于劃分問題本身就具有很大的難度，而且SOPC具有巨大的搜索空間，所以情況更加嚴(yán)峻?，F(xiàn)如今自動(dòng)劃分算法仍然不能取代有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者。劃分的方法基本上從兩個(gè)方面入手:一是面向軟件，從軟件到硬件要求滿足時(shí)序的特點(diǎn)；二是面向硬件，從硬件到軟件要求降低成本。在進(jìn)行劃分時(shí)，要考慮整個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、粒度、軟硬件實(shí)現(xiàn)的成本等各個(gè)因素。劃分完成后，產(chǎn)生軟硬件系統(tǒng)的分割的界面，提供給軟硬件進(jìn)行溝通、驗(yàn)證和測試使用。常用的軟硬件協(xié)同劃分算法有模擬退火算法、遺傳算法等。遺傳算法和模擬退火算法的互補(bǔ)性比較好，將這兩種算法相結(jié)合而形成的遺傳退火算法將繼承這兩者的優(yōu)點(diǎn)，在軟硬件劃分上的效能很好，現(xiàn)在這種智能算法是軟硬件劃分算法領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。3、軟硬件協(xié)同綜合步驟軟硬件劃分完成以后，分別進(jìn)行軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。對劃分完成的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的階段叫做綜合。這個(gè)步驟的主要任務(wù)是將劃分完成的系統(tǒng)的描述轉(zhuǎn)換成為可以綜合的硬件描述和可以編譯的軟件程序。構(gòu)建包含軟件和硬件的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)描述的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換過程。比如說劃分后的描述可以翻譯成為Verilog HDL(硬件模塊)和C(軟件模塊)。軟硬件協(xié)同綜合包含以下三個(gè)步驟:1)處理單元分配，決定嵌入式系統(tǒng)由哪些處理器、DSP及專用硬件等體系結(jié)構(gòu)級別的單元組成；2)任務(wù)指派，決定系統(tǒng)當(dāng)中哪些功能由硬件處理單元實(shí)現(xiàn)，哪些功能由處理器用軟件來實(shí)現(xiàn)；3)任務(wù)調(diào)度，決定分配給每個(gè)處理單元上任務(wù)的開始時(shí)間和執(zhí)行順序。4、軟硬件協(xié)同仿真軟硬件協(xié)同仿真驗(yàn)證是對整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和性能指標(biāo)確定的一個(gè)評估階段。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，可以把仿真驗(yàn)證分為系統(tǒng)級仿真、行為級仿真、寄存器傳輸級(RTL級)仿真和門級仿真。系統(tǒng)級仿真一般情況下用來評估系統(tǒng)的整體功能和對算法的正確性的驗(yàn)證；行為級仿真可以對所設(shè)計(jì)的邏輯進(jìn)行仿真，但不會(huì)考慮目標(biāo)器件的特性，比如容量，延遲等，行為級仿真可以使用高級的語句，比如報(bào)錯(cuò)語句、文件讀寫語句、浮點(diǎn)格式等，但這些語句通常都是不能在目標(biāo)器件中實(shí)現(xiàn)的；寄存器傳輸級仿真檢查各模塊的邏輯功能是否正確，然后，將通過仿真的各模塊集成在一起，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真，這一階段的仿真沒有包括硬件電路的時(shí)間信息，因此，只能從邏輯功能方面對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證；門級仿真是將使用綜合軟件綜合后生成的門級網(wǎng)表或者是實(shí)現(xiàn)后生成的門級模型進(jìn)行仿真，不加入時(shí)延文件的仿真。典型的軟硬件協(xié)同仿真一般是在CPLD或FPGA的開發(fā)環(huán)境下，在Quartus II下運(yùn)行。系統(tǒng)如果采用的IP核等一些資源已經(jīng)進(jìn)行了單獨(dú)的驗(yàn)證，則對它的門級或者RTL級的仿真驗(yàn)證可以省略。八、嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)總結(jié)基于SOPC的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法能夠在宏觀上把握復(fù)雜系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在的缺點(diǎn)，能夠充分挖掘軟件和硬件之間的協(xié)同性，對系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行正確劃分，并能夠選取合適的IP，建立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)平臺(tái)和驗(yàn)證平臺(tái)，推動(dòng)軟件和硬件的并行研發(fā)，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開發(fā)周期，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用。隨著邏輯設(shè)計(jì)和EDA工具的支持，基于SOPC的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越重要的作用，將是今后IP－SOPC設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的最核心技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)具有強(qiáng)大的生命力，廣闊的市場和深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景使它的發(fā)展日新月異。為了更快捷、更有效地開發(fā)各種嵌入式應(yīng)用，研究軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法具有很重要的學(xué)術(shù)和商業(yè)價(jià)值。系統(tǒng)建模、軟硬件劃分、虛擬原型等技術(shù)仍然是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，并隨著微電子技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展不斷地補(bǔ)充和發(fā)展。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的嵌入式系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)方法。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)、語音識別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
-
07-04
2021
電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)
電子產(chǎn)品已經(jīng)深入人們的生活并成為不可取代的重要的生活工具，而基于時(shí)代的需求，對于電子產(chǎn)品的要求越來越高，如何加快提升電子產(chǎn)品的實(shí)用性，如何提升其在市場中的核心競爭力，已成為當(dāng)下電子產(chǎn)品行業(yè)從業(yè)人員需要迫切解決的重要問題。但與此同時(shí)，電子產(chǎn)品的實(shí)用性與其硬件設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系在一起，因此，對電子產(chǎn)品實(shí)用性問題的探究還需要從電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)入手進(jìn)行深入分析。一、對于電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的分析電子產(chǎn)品對于市場及用戶而言，其競爭條件可以粗略劃分為硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容和外在設(shè)計(jì)形象?；谝欢ㄇ疤幔布O(shè)計(jì)條件往往直接決定了電子產(chǎn)品的實(shí)用價(jià)值，而用戶在對于電子產(chǎn)品進(jìn)行選擇時(shí)，也是基于個(gè)人需求在不同硬件設(shè)計(jì)中選擇性價(jià)比較高的產(chǎn)品，由此可見硬件設(shè)計(jì)對于電子產(chǎn)品的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。而在我國，電子產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)往往能夠直接與企業(yè)的生產(chǎn)成本掛鉤，換言之，高性能的硬件設(shè)計(jì)能夠?yàn)槠髽I(yè)有效降低生產(chǎn)成本并為企業(yè)帶來更多的利潤增值，進(jìn)而能夠更好地應(yīng)對市場競爭變化所帶來的沖擊。以手機(jī)為例，當(dāng)兩款手機(jī)在外在條件方面不相上下時(shí)，用戶往往會(huì)根據(jù)手機(jī)的性能來做出購買決定，而優(yōu)質(zhì)的性能就是高銷量的保障，優(yōu)質(zhì)的性能又能夠推動(dòng)其他生產(chǎn)廠家提高自身的設(shè)計(jì)來爭取占有更多市場份額，從而形成良性競爭環(huán)境。二、硬件設(shè)計(jì)的流程結(jié)合上文對于電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的重要性的分析，我們需要了解的另外一些問題是，硬件設(shè)計(jì)的具體流程是什么？哪些因素又構(gòu)成了硬件設(shè)計(jì)，使其成為如此重要的一環(huán)呢？針對以上問題，本文將通過介紹前期準(zhǔn)備工作、原理圖繪制以及PCB圖的繪制及相關(guān)元件安裝三個(gè)方面進(jìn)行深入探析。1、關(guān)于硬件設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作如果說硬件設(shè)計(jì)的好壞是電子產(chǎn)品在市場中形成核心競爭力的關(guān)鍵，那么電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作對于硬件設(shè)計(jì)而言就是工作開展的重要基礎(chǔ)。硬件設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作主要是相關(guān)的項(xiàng)目規(guī)劃和相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，即將項(xiàng)目根據(jù)不同類別劃分為若干區(qū)域，不同區(qū)域依照模塊進(jìn)行搭設(shè)。值得注意的是，模塊搭設(shè)中所選用的元件或其他器件要依據(jù)圖紙，盡可能使用壽命及使用周期較長的主流元件，并根據(jù)圖紙搭設(shè)完成后進(jìn)行測試，確保運(yùn)行正常，并做好相關(guān)的記錄工作，以便日后審核或回執(zhí)使用。前期的準(zhǔn)備工作的重要性不僅體現(xiàn)在它的基礎(chǔ)性，還體現(xiàn)在它需要為后續(xù)的工作做好服務(wù)，前期準(zhǔn)備工作直接決定了后期工作能否正常開展，因此極為重要。2、關(guān)于原理圖的繪制工作元件的封裝基于原理圖的繪制，而原理圖的繪制則需要依賴前期的準(zhǔn)備工作，環(huán)環(huán)相扣。在繪制原理圖時(shí)，首先要根據(jù)不同區(qū)域間的不同電路與元件，來畫出功能塊的原理圖，然后進(jìn)行標(biāo)記，確認(rèn)無誤后開始封裝。原理圖的繪制工作是電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的核心工作，也起到了承上啟下的作用，基于原理圖的繪制，能夠?qū)φ麎K設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，及時(shí)找到問題與紕漏并進(jìn)行修改，可以說原理圖的繪制直接反映著電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的功能性良好與否，需要引起高度重視。3、關(guān)于繪制PCB圖PCB圖的繪制是硬件設(shè)計(jì)流程中的最后一步，也是基于前期工作完善后的最終步驟，在完成原理圖繪制工作的基礎(chǔ)上，將原理圖中的元件封裝導(dǎo)入PCB圖中，然后放置元件。在這個(gè)過程中，要格外注意元件的放置順序、元件之間的聯(lián)系性以及實(shí)際的相關(guān)布局等問題，確保從繪制尺寸到位置都精準(zhǔn)無誤后，完成硬件的設(shè)計(jì)工作。值得一提的是，要盡量避免在連接關(guān)系中出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象，會(huì)直接影響硬件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)需求，不同的電子產(chǎn)品需求不同，而作為最后步驟，應(yīng)當(dāng)整體進(jìn)行翻查，避免出現(xiàn)疏漏。三、電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用手機(jī)、電腦、相機(jī)等電子產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)下人們生活中不可分割的一部分，電子產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用與其實(shí)用性能夠帶給用戶最直觀的感受，不難推斷，其對產(chǎn)品本身的銷售也會(huì)造成影響，因此，如何基于硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用提升產(chǎn)品的實(shí)用性就成為了關(guān)鍵問題。1、微型電子器件關(guān)于微型電子器件的探討，筆者以集成電路為例來進(jìn)行。集成電路相對而言體積小、重量輕，且成本不高，結(jié)構(gòu)簡單，符合當(dāng)下電子產(chǎn)品的低能耗高可靠性要求，是基于時(shí)代發(fā)展的電子產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。就集成電路而言，不僅能夠在民用電子產(chǎn)品設(shè)備中看到它的身影，諸如計(jì)算機(jī)、電視等等，其在軍事領(lǐng)域、通訊領(lǐng)域也同樣活躍，由于集成電路的優(yōu)勢及配密度，使得設(shè)備的穩(wěn)定性得到了長足的進(jìn)步，因此其不論是在推動(dòng)電子元件發(fā)展方面還是在提高產(chǎn)品的實(shí)用性方面，都表現(xiàn)突出。2、記憶設(shè)備的應(yīng)用記憶設(shè)備的應(yīng)用其實(shí)就是指存儲(chǔ)器的應(yīng)用，存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的重要組成部分，通過存儲(chǔ)器能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和提取，進(jìn)而對數(shù)據(jù)進(jìn)行利用。存儲(chǔ)器不僅僅在計(jì)算機(jī)中被應(yīng)用，基于當(dāng)下時(shí)代的發(fā)展需求，幾乎所有的電子產(chǎn)品都會(huì)運(yùn)用到存儲(chǔ)器，目前為止的記憶設(shè)備大致分為兩大類，一類是基于ROM類的存儲(chǔ)器，即對于系統(tǒng)程序進(jìn)行存儲(chǔ)功能，另一類是基于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。四、對于電子產(chǎn)品實(shí)用性提升的設(shè)計(jì)在對電子產(chǎn)品中硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用做簡單介紹后，就需要對其如何提高產(chǎn)品實(shí)用性進(jìn)行探究，以手機(jī)為例，手機(jī)在使用過程中，其實(shí)用性的體現(xiàn)與手機(jī)硬件設(shè)計(jì)有著直接聯(lián)系，如：產(chǎn)品的耗損，即使用年限和使用年限中的流暢性問題，以及功能性耗損，即在使用過程中，保障其在產(chǎn)品元件出現(xiàn)問題時(shí)的及時(shí)維修性能。基于這兩點(diǎn)，才能充分保障電子產(chǎn)品實(shí)用性不斷提高。1、元件的耗損與流暢性在電子產(chǎn)品的使用過程中，不可避免的由于使用年限、使用次數(shù)、使用環(huán)境或其他因素，使電子產(chǎn)品元件產(chǎn)生耗損，元件的耗損可能會(huì)直接損害電子產(chǎn)品使用的流暢性或加大其出現(xiàn)故障的概率，進(jìn)而降低產(chǎn)品實(shí)用性。因此在電子產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，首先基于實(shí)用性要考慮的就是關(guān)于電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的耗損問題，通過已出現(xiàn)的耗損值來評價(jià)當(dāng)下元件的耗損問題，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整，設(shè)計(jì)出能夠代替現(xiàn)有元件并降低耗損值的元件，在提升實(shí)用性的基礎(chǔ)上，為用戶帶來良好的體驗(yàn)。以手機(jī)為例，手機(jī)在經(jīng)過一到兩年的使用，會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)擊軟件啟動(dòng)緩慢、切屏緩慢或其他操作流程不流暢的問題，一些企業(yè)為了成本及利益，不考慮該因素，一味生產(chǎn)，反而導(dǎo)致手機(jī)的更新?lián)Q代速度加快，在過快淘汰過程中，最終損失的是企業(yè)自身，良好的用戶體驗(yàn)才能長久地留住用戶，耗損不可避免，降低耗損值，讓耗損出現(xiàn)得更晚或零件可更換才是關(guān)鍵，只有從根本上滿足用戶對產(chǎn)品的實(shí)用性需求，才能促使企業(yè)贏得市場口碑，進(jìn)而獲得長遠(yuǎn)發(fā)展。2、基于耗損的元件的可維修性可維修性簡單來講就是當(dāng)電子產(chǎn)品中的元件出現(xiàn)耗損可及時(shí)維修和更換，以延續(xù)電子產(chǎn)品的使用，進(jìn)而提高產(chǎn)品的實(shí)用性。在企業(yè)進(jìn)行電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮到這一點(diǎn)，對于硬件設(shè)計(jì)元件盡可能選擇具有輕便性或者能夠整合的元件組合，并提升硬件設(shè)計(jì)下電子產(chǎn)品功能的便捷性。在電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)、外觀美觀以及流暢性都達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)后，對于電子產(chǎn)品長期使用產(chǎn)生的元件耗損提供維修服務(wù)。以電腦為例，電腦在逐年累月的使用過程中，難免會(huì)出現(xiàn)硬件元件損耗的問題，當(dāng)問題出現(xiàn)后，用戶基于電腦存儲(chǔ)器中的文件的重要性，不能夠更換或使用其他電腦，需要對于電腦進(jìn)行維修以使電腦繼續(xù)提供服務(wù)，而元件損耗一般情況下是元件的老化造成的，在維修過程中，要注意選擇適當(dāng)?shù)哪軌蜻M(jìn)行替換的電子元件，既要符合最初電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念，也要滿足當(dāng)下電子產(chǎn)品繼續(xù)使用的需求，并避免更換電子元件后可能會(huì)出現(xiàn)的問題，如機(jī)身長期過熱、產(chǎn)品流暢性嚴(yán)重下降等。五、電子產(chǎn)品硬件開發(fā)技術(shù)總結(jié)不論技術(shù)的發(fā)展多么便捷與迅速，電子產(chǎn)品的實(shí)用性始終是電子產(chǎn)品的核心競爭力，只有提高產(chǎn)品的實(shí)用性，多方面滿足用戶的需求，才能在電子產(chǎn)品的市場中占據(jù)一席之地。作為企業(yè)，不能只看到眼前的蠅頭小利，要著手于從元件耗損、維修等多個(gè)方面提供售后來保障電子產(chǎn)品的實(shí)用性，同時(shí)在原有電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)中，充分考慮到各方面的因素，從根本上提高其實(shí)用性。望廣大相關(guān)工作者能夠在此基礎(chǔ)上繼續(xù)深入探究，為提升電子產(chǎn)品的實(shí)用性提出更多具有建設(shè)性的建議與意見。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的電子產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)技術(shù)詳情。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)、語音識別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
-
07-03
2021
英特爾硬件設(shè)計(jì)流程
英特爾嵌入式平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)流程指導(dǎo)技術(shù)發(fā)展日新月異，如何能夠快速提供完整的解決方案，正成為現(xiàn)代高新技術(shù)企業(yè)的主要挑戰(zhàn)。這就要求開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行詳細(xì)的研究并深刻理解實(shí)際需求，進(jìn)行需求分析，比如產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)、產(chǎn)品功能要求、測試認(rèn)證需求、項(xiàng)目成本目標(biāo)等，進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)任務(wù)。英特爾產(chǎn)品線比較廣泛，針對設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，學(xué)習(xí)平臺(tái)資料進(jìn)行評估，設(shè)計(jì)可靠合理、經(jīng)濟(jì)可行的方案時(shí)需要特別注意Intel平臺(tái)各項(xiàng)功能參數(shù)與實(shí)際需求相符合，具體需要參考英特爾產(chǎn)品文檔資料。一、英特爾平臺(tái)文檔資料名詞術(shù)語1.1外部設(shè)計(jì)規(guī)范EDS(External Design Specification)這份設(shè)計(jì)文檔包含了該平臺(tái)支持參考設(shè)計(jì)中的使用和實(shí)現(xiàn)的資料，幫助客戶設(shè)計(jì)使用英特爾的產(chǎn)品。還包含了使用特定的Intel組件的性能指標(biāo)或系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)信息，以及Intel處理器核心、圖形、內(nèi)存控制器、總線信號描述、系統(tǒng)內(nèi)存匹配、總線接口數(shù)量、電氣特性、封裝信息、時(shí)鐘分配、芯片對電壓的要求、以及上電順序和輸入/輸出接口等具體信息。1.2平臺(tái)設(shè)計(jì)指南PDG(P1atformDeSignGuide)設(shè)計(jì)指南包含的信息支持參考設(shè)計(jì)的使用和實(shí)現(xiàn)的信息，幫助客戶設(shè)計(jì)使用英特爾的產(chǎn)品。還包含了使用特定的Intel組件的PCB板布局和板級系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)信息與設(shè)計(jì)建議，具體到CPU和芯片的每一種接口的接線與布線建議，如DDR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIe、USB等；Design Guide中也會(huì)有平臺(tái)中電源分配與上電順序設(shè)計(jì)指導(dǎo)等以及對PCB疊層、走線、接口、等長、過孔等做出詳細(xì)的規(guī)范和要求。1.3客戶參考設(shè)計(jì)原理圖CRB(Customer Reference Board Schematic)客戶參考板原理圖描述了一個(gè)Intel完整產(chǎn)品的特性，包含了特定產(chǎn)品客戶參考板的原理圖設(shè)計(jì)，會(huì)把Intel對應(yīng)平臺(tái)的各個(gè)總線接口連接出來，通過調(diào)試即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，包括系統(tǒng)框架圖、電源方案、時(shí)鐘、平臺(tái)上電順序、電源管理、詳細(xì)原理圖實(shí)現(xiàn)到具體的元器件連接等。1.4客戶參考設(shè)計(jì)布局文檔(Customer Reference Board fi1e)客戶參考板布局文件是針對目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)布局文件。與客戶參考設(shè)計(jì)原理圖相一一對應(yīng)的，使用參考客戶參考板用戶指南、客戶參考測試計(jì)劃和客戶參考系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.5平臺(tái)布局檢查表(Layout check 1ist)布局檢查表是審查設(shè)計(jì)指南并實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)，由大局到細(xì)節(jié)的與相關(guān)的平臺(tái)設(shè)計(jì)指南一起配合使用的，具體的每個(gè)總線接口都有詳細(xì)的要求和說明，比如說高速總線布線、過孔數(shù)量、時(shí)鐘分配、特性阻抗、長度限制等檢查可能發(fā)生的問題點(diǎn)，增強(qiáng)主板的穩(wěn)定性能。1.6原理圖檢查表(Schematic design check list)原理圖檢查表是一份產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理圖需要審查的項(xiàng)目清單和列表，原理圖推薦設(shè)計(jì)與指導(dǎo)，可自查與CRB原理圖的接線區(qū)別與問題。檢查有關(guān)芯片周邊信號的連接、高速信號的連接、電源狀態(tài)、時(shí)鐘分配，未使用總線接口屏蔽注意事項(xiàng)，在原理圖設(shè)計(jì)中常常與外部設(shè)計(jì)規(guī)范EDS配合使用。二、Intel項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程2.1英特爾項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期，要進(jìn)行需求分析和明確開發(fā)任務(wù)。設(shè)計(jì)人員需要及時(shí)聯(lián)系Intel的技術(shù)支持工程師了解產(chǎn)品路線圖，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，一起討論平臺(tái)的芯片方案；開發(fā)調(diào)試階段的調(diào)試工具種類和使用文檔，明確項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃及時(shí)間表；同步申請Intel CRB參考設(shè)計(jì)板進(jìn)行先期調(diào)試與評估，以縮短產(chǎn)口開發(fā)周期，提前獲得Intel的技術(shù)支持和設(shè)計(jì)資源。當(dāng)然，參考EDS及其他文檔的特性指標(biāo)過程中，也需要進(jìn)行初期產(chǎn)品軟件實(shí)現(xiàn)可行性研宄，如與BIOS/OSV廠家討論SW開發(fā)與設(shè)計(jì)，MCU的實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)配合，OS與driver的功能實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)散熱方案的選擇等。結(jié)合項(xiàng)目需求，開始準(zhǔn)備設(shè)計(jì)文檔和設(shè)計(jì)方案，需要先進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出系統(tǒng)框圖與相關(guān)設(shè)計(jì)部門討論實(shí)現(xiàn)，整理出電源分配、時(shí)鐘、上電時(shí)序及復(fù)位、中斷、調(diào)試等單元構(gòu)思框圖，結(jié)合Intel平臺(tái)客戶參考設(shè)計(jì)原理圖CRB，進(jìn)行器件選型和單元方案實(shí)現(xiàn)到整體方案的制定。需要參考PDG，EDS，CRB等文檔，特別注意芯片的工作電壓、工作頻率、系統(tǒng)時(shí)序和整體功耗等，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。2.2英特爾硬件原理圖繪制階段在原理圖繪制階段，首先參考Intel芯片庫文件，做到原理圖排版清晰合理，版面排列均勻，學(xué)習(xí)EDS文檔中各組信號描述：系統(tǒng)內(nèi)存、總線接口、電氣特性以及上電順序(此為平臺(tái)上電設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ))，從EDS中查閱相關(guān)信息，并參考CRB根據(jù)平臺(tái)各主要功能模塊對時(shí)序的要求匯整后進(jìn)行定義項(xiàng)目平臺(tái)的上電時(shí)序；其次，結(jié)合項(xiàng)目功能需求，參考intel CRB原理圖設(shè)計(jì)，特別注意電源分配、時(shí)針安排、高速信號的連接等，原理圖初稿繪制后需要認(rèn)真與intel的原理圖檢查表(schematic design check list)結(jié)合排查容易出錯(cuò)的地方，特別是DDR、PCIe、USB、DDI等高速信號；然后，硬件開發(fā)人員需要及時(shí)與SW同事一起討論和準(zhǔn)備BIOS/Boot loader程序，為第一版打樣試產(chǎn)開機(jī)作好充分的準(zhǔn)備。當(dāng)然，選擇與繪制其他元器件也是一個(gè)重要組成部分，需要充分考慮后期的加工以及生產(chǎn)流程的方便性和元器的替代性。可以同步申請Intel技術(shù)支持人員進(jìn)行項(xiàng)目原理圖的審查，結(jié)合檢查結(jié)果，召開原理圖設(shè)計(jì)小組進(jìn)行最終討論和修改，對功能、性能、冗余設(shè)計(jì)等客戶功能要求規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)與Intel平臺(tái)各項(xiàng)指標(biāo)相符合，以及工廠的可生產(chǎn)性、可調(diào)試性、可測試性進(jìn)行等，最終修改確定。2.3英特爾PCB布局設(shè)計(jì)階段布局和PCB設(shè)計(jì)階段，需要及時(shí)與機(jī)構(gòu)/ID/EMI/RF/Power/thermal team合作，討論主要芯片的位置擺放問題，以滿足項(xiàng)目整體方案的設(shè)計(jì)需求。首先結(jié)合PCB疊層結(jié)構(gòu)，計(jì)算各組高速信號的PCB走線的寬度能否順暢，討論電源器件位置以及敏感元器件位置擺放，產(chǎn)生正式設(shè)計(jì)文檔：注意把I/0接口、溫度、時(shí)鐘元器件位置以及限高區(qū)域重點(diǎn)討論其次，繪制PCB布局時(shí)需要選擇合理的疊層設(shè)計(jì)、把主要元器件排列均勻，做到高速信號布線順暢；要特別注意干擾源及敏感信號的屏蔽，各種不同功能模塊的供電要做到相對隔離；注意高速信號與電源的走線分配，避免相互干涉；合理規(guī)劃電源模塊布局與電源分配路徑，根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。高速信號走線長度需要符合Intel規(guī)范，需要填寫PCB板上實(shí)際長度在等長表中檢查走線長度。合理規(guī)劃高速信號的參考平面及電源平面，特別注意DDR、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIE、USB等高速信號的布線，以避免信號干擾和竄擾效應(yīng)；拉大高速信號和模擬信號之間的距離，盡可能地增大信號線間的距離，可以有效的減少容性串?dāng)_；應(yīng)盡量減小環(huán)路面積減小感性串?dāng)_。地線設(shè)計(jì)中，注意數(shù)字地對模擬地的噪聲干擾，可將數(shù)字地與模擬地分開、接地線應(yīng)盡量加粗、數(shù)字電路系統(tǒng)的接地線構(gòu)成閉環(huán)路，能提高抗噪聲能力。關(guān)注信號完整性的信號阻抗匹配、線寬走線均勻、線距保持合理；避免傳輸線的阻抗不連續(xù)性，減少使用樁線等。模擬信號，時(shí)鐘信號和溫度信號等敏感信號走線盡量短，并遠(yuǎn)離電源等干擾源。過孔數(shù)量及分布合理，尤其是高速信號的過孔數(shù)量不超過要求，可以參考CRB layout file，layout check list和PDG。遵守英特爾參考設(shè)計(jì)文檔PDG，做到電源分配合理，時(shí)鐘走線得當(dāng)，DDR等高速信號沒有影響和被影響；后期，認(rèn)真與layout對照檢查表一項(xiàng)一項(xiàng)的仔細(xì)排查，尤其是高速信號、等長、電源、EMI對策等部分。接近發(fā)板前期，可以邀請英特爾專業(yè)工程師同步進(jìn)行檢查，收到反饋結(jié)果后及時(shí)召開layout布局檢查會(huì)議，討論并修改后產(chǎn)生正式設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行發(fā)版制作。2.4英特爾PCB制作階段PCB制作期間需要同步檢查物料表，協(xié)調(diào)試生產(chǎn)排程，準(zhǔn)備首件測試計(jì)劃和調(diào)試工具軟件、調(diào)試設(shè)備。當(dāng)收到首片PCB時(shí)，首先進(jìn)行電源相關(guān)的開短路測試，確認(rèn)無誤后進(jìn)行上電測試，重點(diǎn)檢查電源時(shí)序、時(shí)鐘、reset等信號，對照英特爾平臺(tái)EDS中的上電時(shí)序要求，軟件硬件開發(fā)人員及時(shí)調(diào)整和解決不符合spec.要求的設(shè)計(jì)；接著power on完成后，需要完成功能測試報(bào)告和信號完整性測試報(bào)告，然后進(jìn)行系統(tǒng)功耗與電源品質(zhì)測試、主要器件的兼容性和系統(tǒng)穩(wěn)定性測試；生成正式的測試報(bào)告和變更文檔以便后續(xù)相關(guān)問題的追溯。必要時(shí)可以尋求英特爾平臺(tái)應(yīng)用工程師在主板調(diào)試驗(yàn)證方面的幫助。2.5英特爾硬件平臺(tái)調(diào)試階段根據(jù)首次試產(chǎn)后的測試結(jié)果，修改原理圖和布局設(shè)計(jì)，進(jìn)一步檢查物料上件的準(zhǔn)確性，同步解決工廠生產(chǎn)與功能測試相關(guān)的問題，形成設(shè)計(jì)文檔：在第二次試生產(chǎn)后，進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性，比如說高低溫，老化，跑長時(shí)間多次開關(guān)機(jī)等測試；及時(shí)解決相關(guān)測試部門發(fā)現(xiàn)的集中性問題。第三次打板后足夠臺(tái)數(shù)、次數(shù)的多次驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，也需要在產(chǎn)品最終量產(chǎn)前，改善生產(chǎn)良率，比如說簡化設(shè)計(jì)，使用排組減少零件數(shù)量等，對工廠生產(chǎn)和測試過程中，遇到的集中性問題進(jìn)行解決直到開始量產(chǎn)出貨。總結(jié)英特爾嵌入式平臺(tái)設(shè)計(jì)的目的是為了讓系統(tǒng)設(shè)備達(dá)到預(yù)期的功能，系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行，本文重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的Intel各個(gè)主要設(shè)計(jì)文檔的功能與內(nèi)涵，解決了X86開發(fā)工程師在設(shè)計(jì)嵌入式平臺(tái)過程中遇到的種種困惑以及給出了指導(dǎo)方案，在大部分的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用可取得較好的項(xiàng)目成果，能夠縮短產(chǎn)品上市時(shí)間與開發(fā)資源。當(dāng)然，現(xiàn)代快節(jié)奏的產(chǎn)品開發(fā)周期，各種項(xiàng)目的要求也千差萬別，可以結(jié)合具體實(shí)際情況，有針對的選擇重點(diǎn)的開發(fā)方向。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的英特爾嵌入式平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)流程指導(dǎo)。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)、語音識別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
-
07-02
2021
電路板診斷維修
本文的研究對象主要是電路板，通過對電路板常見問題的細(xì)致診斷可知其具體的維修措施。不同的故障問題相應(yīng)地應(yīng)采取不同的維修策略。實(shí)際上，通過對電子設(shè)備電路板故障問題的全方面分析，我們可以清楚地了解到及時(shí)對設(shè)備實(shí)施運(yùn)維是非常有必要的。借助以下幾點(diǎn)措施，可有效提升電路板工作的質(zhì)量，同時(shí)還可將其安全性、可靠性得以穩(wěn)步提升。首先，就電路板故障情形下的診斷方法進(jìn)行歸納，包括測量法、排除法以及替換法。其次，將具體的維修策略進(jìn)行歸納、總結(jié)，包括清潔除銹措施、檢測熔斷絲、檢測元件以及查找腐蝕點(diǎn)等。電子設(shè)備的革新離不開先進(jìn)科學(xué)技木的發(fā)展，在技木的支持下現(xiàn)在的電子設(shè)備電路板形式多種多樣，不僅有雙面板形式還有多層板的形式。實(shí)際上，用電器械布局的科學(xué)整合以及固定電路的批量生產(chǎn)均會(huì)受到其不同形式的影響，具有非常特殊的實(shí)用性價(jià)值。如今的電路系統(tǒng)建設(shè)越來越多元化且智能化，可想而知隨之而來的便會(huì)是電路板故障問題的逐漸増多。為確保相關(guān)設(shè)備能夠更加高效的服務(wù)于企業(yè)或者個(gè)人，就必須及時(shí)加強(qiáng)運(yùn)維效車，且將現(xiàn)有的故障問題及時(shí)解決。一、概述常見的電路板故障診斷手段無論是對電子設(shè)備電路板實(shí)施更換，還是對其進(jìn)行專業(yè)性的維修，在采取具體的措施之前首先需要及時(shí)判斷結(jié)構(gòu)的芫整性，準(zhǔn)確評判與設(shè)備相關(guān)的故障要素。故而本又現(xiàn)就三種常見且高效的診斷故障的萬式進(jìn)行總結(jié)歸納，將其工作原理及時(shí)呈現(xiàn)出來。1、關(guān)于測量法的工作原理在開展測量法的時(shí)候，首先需要將萬用表裝置來測定相關(guān)裝置的輸出電壓參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，便可對其故障進(jìn)行評估與測定。當(dāng)然，故障診斷工作者必須對機(jī)器設(shè)備有非常深入的了解，能夠掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)知識，尤其是對裝置輸出電壓參數(shù)的取值范圍有非常明確的認(rèn)知。經(jīng)過對實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們可以知曉兩種不同的取值萬式：首先，根據(jù)生產(chǎn)廠冢所提供的＃細(xì)數(shù)據(jù)來明確取值范圍。其次，是在第一次使用電路板的時(shí)候?qū)嵤┚珳?zhǔn)的測定，繼而把它視為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。2、關(guān)于排除法的工作原理現(xiàn)將排除法的基本原理歸納如下：相關(guān)工作者可依據(jù)電路板裝置的運(yùn)行原理，來進(jìn)一步判定故障現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因，隨即便可采取從簡單到復(fù)雜的工作理含逐一排除故障問題。通常清況下，往往電路板的故障問題會(huì)出現(xiàn)在最后檢測的部件中。實(shí)際上，具體的故障診斷手段是基于電路板連接機(jī)械故障至電路板附件裝置機(jī)械故障的途徑。實(shí)踐證明，這一種故障排除的萬式具有非常高效的作用。相比較而言，排除法具有非常多的優(yōu)勢，例如具有極強(qiáng)的可控性以及操作性等。3、關(guān)于替換法的工作原理所謂的替換法，就是將處于同等狀態(tài)的電路板實(shí)施替換，從而對比檢測出故障所在。為了達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)性效果，常見的診斷作業(yè)如下：假設(shè)型號相同的機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的時(shí)候，若需診斷某一機(jī)械設(shè)備的電路板問題，就需要把這一個(gè)電路板與正常運(yùn)行清形下的機(jī)械設(shè)備實(shí)施調(diào)換。在這一操作清形下，假設(shè)實(shí)施替換操作之后依舊存在故障問題，此時(shí)就可斷定該電路板具有故障問題。二、高效維修電路板故障事宜的重要舉措1、及時(shí)落實(shí)凊潔除銹的工作內(nèi)容實(shí)際上，電路板裝置中出現(xiàn)部分物質(zhì)或者吸附性的雜質(zhì)是在所難免的，然而當(dāng)這些吸附性物質(zhì)出現(xiàn)在電路板裝置中時(shí)，故而就會(huì)使得相關(guān)元件的散熱受限，甚至?xí)沟秒娐钒宄霈F(xiàn)癱瘓狀況。若是電路板受到了嚴(yán)重的損毀，設(shè)備就很難繼續(xù)運(yùn)行。尤其是當(dāng)附著性灰塵出現(xiàn)在芯片接角的時(shí)候，繼而會(huì)使得芯片元件ｆｔ定性不高，甚至?xí)l(fā)電路板短路的問題出現(xiàn)。由此可見，及時(shí)對電路板實(shí)施凊潔除銹的維修事亙是非常有必要的，及時(shí)減少附著性灰塵對設(shè)備的干擾。2、科學(xué)檢測熔斷絲裝置為了保險(xiǎn)起見，電路板裝置中均安裝有熔斷絲部件。如此一來，即便是電路板經(jīng)過高電流的時(shí)候仍舊可起到保護(hù)元件的作用，防止元件被損壞。也就是說，在檢測的時(shí)候還需要及時(shí)對電路板裝置中的熔斷絲實(shí)施檢測，掌握熔斷絲的損毀狀況。當(dāng)出現(xiàn)熔斷絲損毀的問題時(shí)，必須及時(shí)將其進(jìn)行更換，即采用同一型號的熔斷絲。3、關(guān)于元件損壞問題的探究在進(jìn)行電路板維修工作之前，必須先對不同的部件進(jìn)行仔細(xì)的觀察，同時(shí)依據(jù)觀察來進(jìn)行評估。通常其故障形式是如下三種類型：第一種是裂縫問題，即電路板元件電容出現(xiàn)面積變大的問題，同時(shí)存在裂縫等現(xiàn)象；第二種是三極管被燒毀，呈現(xiàn)為貫穿性的狀態(tài)。第三種是電阻元件被燒斷，無法達(dá)到及時(shí)的保護(hù)作用。針對這一現(xiàn)象，必須及時(shí)將相同型號的裝置進(jìn)行替換，借此處理電路板故障問題。4、對腐蝕點(diǎn)與虛焊問題進(jìn)行檢測由于制作工藝因素的存在，故而會(huì)對部分機(jī)械設(shè)備內(nèi)部電路板裝置產(chǎn)生極大的影響。當(dāng)一段時(shí)間的運(yùn)行之后，部分元件接角的位置就會(huì)出現(xiàn)一定程度的虛焊問題。除此之外，在潮濕環(huán)境的影響下電路板裝置也同樣會(huì)出現(xiàn)腐蝕問題。實(shí)際上，潮濕的環(huán)境是不利于電子設(shè)備的電路板裝置正常運(yùn)行的，故而其部分元件的運(yùn)行效車會(huì)受到極大的影響。針對以上問題，需在故障所在之處實(shí)施假焊舉措。同時(shí)，還可依據(jù)現(xiàn)實(shí)條件采取二次連接的維修手段?，F(xiàn)如今，我國的科學(xué)技木水平己經(jīng)有了明顯的提升，并且擁有先進(jìn)技木的人才也越來越多?？梢?，我國現(xiàn)代化發(fā)展速度會(huì)有非?？上驳母倪M(jìn)。由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果與人們的日常生活關(guān)，故而相關(guān)部門需及時(shí)加強(qiáng)電子設(shè)備的管控，充分發(fā)揮先進(jìn)人才的技木與理含，提升電路板維修效果。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的電路板的診斷與維修技術(shù)。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)、語音識別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
-
07-01
2021
電路仿真軟件選用
電路級仿真分析由電子元器件構(gòu)成的電路的性能，包括數(shù)字電路的邏輯仿真和模擬電路的交直流分析、時(shí)域和頻域分析等。電路級仿真必須有包含PSPICE參數(shù)的元器件模型庫的支持，仿真信號和輸出數(shù)據(jù)代替了實(shí)際電路調(diào)試中的信號源和示波器。電路仿真主要是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在功能方面的正確性。電路仿真技術(shù)使工程師在實(shí)際電子系統(tǒng)產(chǎn)生之前，就有可能全面地了解電路的各種特性。現(xiàn)在電路仿真也廣泛用于各類學(xué)校的電子專業(yè)教學(xué)。商品化的電路仿真軟件種類比較多，軟件性能特點(diǎn)各不相同，應(yīng)用的便利性也有差別。根據(jù)工程和教學(xué)的需要選擇合適的電路仿真軟件可大大提高工作效率和教學(xué)效果。一、電路仿真技術(shù)的功能特點(diǎn)電路仿真是經(jīng)過廣泛實(shí)踐，被證明是相當(dāng)有效的分析技術(shù)，被越來越多的電子設(shè)計(jì)者采用。電路仿真技術(shù)可以在下面幾個(gè)方面發(fā)揮作用。1.驗(yàn)證電子電路設(shè)計(jì)采用電路仿真技術(shù)對不同的電路設(shè)計(jì)方案快速地進(jìn)行模擬分析，保證設(shè)計(jì)思想正確。在電路形式確定以后，對電路的元件參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析和容差分析，優(yōu)化電路參數(shù)，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。電路設(shè)計(jì)采用仿真技術(shù)，能極大的減少人工勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。如濾波器設(shè)計(jì)中有大量的復(fù)雜分析。用人工計(jì)算全部數(shù)據(jù)的話，要耗費(fèi)大量的時(shí)間。采用電路仿真軟件可以在幾分鐘內(nèi)得到結(jié)果，而且誤差可保持在工程規(guī)范的范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)的電路測量方法相比，計(jì)算機(jī)仿真可預(yù)測某特定電路參數(shù)的變化過程和最終結(jié)果，使人們對電路性能的變化規(guī)律有深入的了解。例如，元件參數(shù)的誤差會(huì)給產(chǎn)品性能帶來多大的影響？哪個(gè)元件的誤差會(huì)給電路性能產(chǎn)生最大的作用？采用電路仿真技術(shù)中的蒙特卡洛分析能快速得出結(jié)論。應(yīng)用最壞情況分析，設(shè)計(jì)人員可方便地測試各種極端情況，觀察極限條件下電路的反應(yīng)。靈敏性分析使用戶能夠確定由于設(shè)計(jì)或元器件參數(shù)更改引起的電路性能參數(shù)（諸如周期、增益或上升時(shí)間）的變化比例。在常規(guī)測量有困難，特別是在實(shí)際系統(tǒng)中具有破壞性的實(shí)驗(yàn)研究中，電路仿真技術(shù)尤其有優(yōu)勢。如某些電子設(shè)計(jì)涉及高電壓和大電流，不正確的設(shè)計(jì)參數(shù)可能造成電子元件損壞，使設(shè)計(jì)進(jìn)程受阻。電路仿真用于數(shù)字電路同樣具有高效率、高精度的特點(diǎn)。在搭建電路之前使用仿真技術(shù)，可避免各種致命的損壞，增加成功率。作為一種模擬技術(shù)，仿真雖然還不能完全取代真實(shí)電路的實(shí)際測量。但由仿真產(chǎn)生的各種參數(shù)在設(shè)計(jì)中有決定性的意義，也為實(shí)物試驗(yàn)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2.電子專業(yè)的輔助教學(xué)電子學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，電子學(xué)原理的學(xué)習(xí)最好和實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行，以加深感性認(rèn)識。實(shí)驗(yàn)需要測量儀器和電子元件。受到客觀條件限制時(shí)，用電路仿真驗(yàn)證理論分析結(jié)論不失為一個(gè)有效的方法。電路仿真能記錄分析中的全部數(shù)據(jù)，可以方便地重現(xiàn)各種電學(xué)過程，特別是一些瞬息即逝的現(xiàn)象。如振蕩電路的起振過程，一般只有1毫秒左右。在沒有存儲(chǔ)功能的示波器上無法觀察到這一過程。而使用仿真可記錄電路起振的全過程；再如用電路仿真軟件可構(gòu)建各種運(yùn)算電路，隨時(shí)驗(yàn)證運(yùn)算放大器的電路理論，比搭建實(shí)驗(yàn)電路更為簡便快捷。繪制的電路圖和產(chǎn)生的仿真曲線可被復(fù)制到文檔中，使你的實(shí)驗(yàn)報(bào)告看起來更有說服力。學(xué)習(xí)電子電路，不僅要掌握基本原理和計(jì)算方法，還要注重電路的設(shè)計(jì)、分析和研發(fā)能力的培養(yǎng)。通常實(shí)驗(yàn)室不可能提供世界上各廠家的最新器件。而電路仿真可以采用新器件的模型加以模擬和分析。應(yīng)用電路仿真技術(shù)還可設(shè)計(jì)驗(yàn)證、測試、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新等不同形式的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力。3.學(xué)習(xí)電子工程測量技術(shù)測量是電子技術(shù)的基本技能之一。電子測量有兩個(gè)方面的要求：掌握電子儀器的操作方法和數(shù)據(jù)的采集分析。在電子測量中，要用到多種信號發(fā)生器：如高頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器等。這些儀器產(chǎn)生的信號在電路仿真軟件中都能實(shí)現(xiàn)：如瞬態(tài)源可產(chǎn)生函數(shù)發(fā)生器的各種信號，非線性受控源可產(chǎn)生調(diào)幅波等。通過設(shè)置仿真源的信號參數(shù)，能深入理解各種波形的電學(xué)意義。在仿真軟件的圖線界面中，根據(jù)對測量結(jié)果的期待，選擇波形的顯示參數(shù)，相當(dāng)于調(diào)節(jié)電子儀器的各個(gè)旋鈕。電路仿真產(chǎn)生的波形圖線比示波器熒屏有更大的幅面和更精確的坐標(biāo)。軟件的圖線測量工具可對信號曲線實(shí)施多種測量，如周期信號的幅值、頻率、周期、相位及脈沖信號的上升時(shí)間，信號的過沖幅度等。測量工具是完全圖形化的，具有很強(qiáng)的交互性，能自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)。波形計(jì)算器對波形進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。波形計(jì)算器使用各種數(shù)學(xué)符號及函數(shù)，計(jì)算信號的如平均值，微分積分等數(shù)據(jù)。在大多數(shù)軟件中，利用波形計(jì)算器，可以交互地構(gòu)建復(fù)雜的函數(shù)表達(dá)式，產(chǎn)生新的波形。部分仿真軟件的測量結(jié)果可以被直接標(biāo)注到圖表中。運(yùn)用某些軟件(如Multisim)中的虛擬儀器，對掌握真實(shí)儀器的性能和操作很有幫助。二、電路仿真軟件的基本性能隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于Windows的EDA軟件水平不斷提高，現(xiàn)在有很多不同軟件公司生產(chǎn)PC版的電路仿真產(chǎn)品。這些產(chǎn)品有不同技術(shù)檔次和應(yīng)用定位。一些以印制電路板設(shè)計(jì)為主要應(yīng)用的軟件也有內(nèi)嵌仿真組件，如ORCAD的PSPICE、Protel的Simulate等。專門用于電路仿真產(chǎn)品品牌比較多，如Multisim、TINA、ICAP/4、Circuitmaker和Micro-CAP等。通常這些軟件都是基于電路仿真語言PSPICE。各種電路仿真軟件的界面和功能各有特點(diǎn)，數(shù)據(jù)的顯示和處理方式也不盡相同。可以從下列四個(gè)方面來評價(jià)電路仿真軟件的實(shí)用價(jià)值。1.仿真項(xiàng)目的數(shù)量和性能仿真項(xiàng)目的多少是電路仿真軟件的主要指標(biāo)。各種電路仿真軟件基本的分析功能包括靜態(tài)工作點(diǎn)分析、瞬態(tài)分析、直流掃描和交流小信號分析等4項(xiàng)。還可能有的分析功能有：傅里葉分析、參數(shù)分析、溫度分析、蒙特卡羅分析、噪聲分析、傳輸函數(shù)分析、直流和交流靈敏度分析、失真度分析、極點(diǎn)和零點(diǎn)分析等。仿真功能比較少的軟件如SIMextrix只有6項(xiàng)，而TINA有多達(dá)20項(xiàng)。Protel、Orcad、P-CAD等軟件的仿真功能在10項(xiàng)左右。專業(yè)化的電路仿真軟件有更多的仿真功能，對電子設(shè)計(jì)和教學(xué)的各種需求考慮得比較周到。如TINA的符號分析、Pspice和ICAP/4的元件參數(shù)變量和最優(yōu)化分析、Multisim的網(wǎng)絡(luò)分析和數(shù)字電路仿真、CircuitMaker的錯(cuò)誤設(shè)置等都是比較有特色的功能。PSPICE語言長于分析模擬電路，對數(shù)字電路的處理不很理想。各種軟件的解決方法也不一樣：如Protel對數(shù)字元件采用Digital SimCode描述，并用喬治亞大學(xué)的XSPICE處理數(shù)字仿真。Multisim采用基于VHDL、Verilog或C代碼描述的模擬和數(shù)字器件協(xié)同模型。對于純數(shù)字電路的分析和仿真，最好采用基于VHDL等硬件描述語言的仿真軟件，如Altera公司的可編程邏輯器件開發(fā)軟件MAX+plus II等。2.仿真元器件的數(shù)量和精度軟件元件庫中仿真元件的數(shù)量和精度決定了仿真的適用性和精確度。電路仿真軟件的元件庫有數(shù)千到1、2萬個(gè)不等的仿真元件，但軟件內(nèi)含的元件模型總是落后于器件的開發(fā)和應(yīng)用。因此，除了軟件本身的器件庫之外，器件制造商的網(wǎng)站是元器件模型的重要來源。設(shè)計(jì)者可根據(jù)最新器件的外部參數(shù)自定義元件模型，構(gòu)建自己的元件庫。對于教學(xué)工作者來說，軟件的元件模型庫完全可以滿足常規(guī)教學(xué)所需。電路仿真軟件的元件分類方式有兩種：按元器件類型如電源、二極管、74系列等分成若干個(gè)大類；或按元件制造廠商分類。大多數(shù)仿真軟件有電路圖形符號的預(yù)覽，便于取用。各電路仿真軟件對元件的PSPICE模型都作了簡化。如PSPICE的電阻模型有一階、二階和指數(shù)等三個(gè)溫度系數(shù)。多數(shù)軟件只定義了前兩個(gè)溫度參數(shù)，只有TINA定義了電阻的三個(gè)溫度參數(shù)，而Protel的電阻未定義溫度系數(shù)；又如雙極型晶體管有40個(gè)PSPICE模型參數(shù)，Multisim規(guī)定了全部的參數(shù)、TINA也有32個(gè)，Protel只有22個(gè)。所以對仿真精度要求比較高的設(shè)計(jì)要采用高精度的元件模型，或根據(jù)實(shí)際元件修正模型參數(shù)。查閱和修改組件模型的方法各個(gè)軟件的處理各有不同。有的在元件屬性框中即可修改元件模型參數(shù)，而有的要打開專門的模型參數(shù)文件或界面才能修改。3.數(shù)據(jù)顯示和處理能力運(yùn)行仿真后會(huì)得到大量的電路數(shù)據(jù)。仿真數(shù)據(jù)的顯示方式有列表和圖線兩種。如計(jì)算直流靜態(tài)工作點(diǎn)后，Protel將節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流、元件消耗功能和電源端等效電阻等數(shù)據(jù)以列表顯示；Pspice和MicroCAP可將電壓、電流和功率標(biāo)示在電路圖中。瞬態(tài)分析、直流掃描、交流小信號分析一般以圖線顯示結(jié)果。圖線可以被打印或保存為特定格式的文件；部分軟件可將波形保存為通用的PWL（以時(shí)間—電學(xué)量數(shù)對組表示的）格式文件，或?qū)С龅紼xcel中。也可以復(fù)制圖線，把它粘貼到Windows的“畫圖”中，處理后保存為圖片文件；或直接把圖線粘貼到Word、PowerPoint、Autherware等軟件的文檔中。各電路仿真軟件對波形圖線的處理能力不同。但一般都有如下數(shù)據(jù)處理功能：(1)波形測量：顯示為不同類型的坐標(biāo)刻度(線性、對數(shù)、幅度、分貝等)；測出圖線的有效值、方均根值、峰峰值、平均值、最大值、最小值、周期等。(2)圖線計(jì)算：對圖線進(jìn)行加、減、乘、除、微分、積分等運(yùn)算?；?qū)D線變量作為數(shù)學(xué)函數(shù)的自變量，得到新的數(shù)學(xué)變量。(3)修飾圖線：使圖線更美觀、更容易被理解?？筛膱D線的粗細(xì)、顏色、式樣和標(biāo)記；添加測量數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)志和數(shù)據(jù)標(biāo)簽；改變圖線的背景色、坐標(biāo)的式樣和顏色等。有些軟件允許在圖線畫面中輸入說明性的文字，甚至可以是中文文本。4.虛擬儀器和教育功能形象化的虛擬儀器是電路仿真軟件的一個(gè)特色。最典型的例子是Multisim，該軟件的虛擬儀器無論界面的外觀還是內(nèi)在的功能，都達(dá)到了同類軟件的最高水平。其它備有虛擬儀器的軟件有TINA和EDISON等。虛擬儀器可以幫助學(xué)習(xí)者了解電子儀器的作用，深入理解電子測量的方法和技術(shù)要領(lǐng)。掌握電子儀器的各種操作方法，特別是各種控制按鈕、旋鈕的功能。Multisim和TINA虛擬儀器的功能實(shí)際上已超過了PSPICE本身，比較典型的是網(wǎng)絡(luò)分析儀和邏輯分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀是分析射頻組件和射頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的專用儀器；而Multisim的邏輯分析儀具有真正的數(shù)字電路分析能力，符合實(shí)際數(shù)字系統(tǒng)分析的技術(shù)要求。部分軟件還有虛擬的機(jī)電元件，如燈泡、按鈕、繼電器、接觸器等電氣元件，調(diào)用這些元件可構(gòu)建機(jī)電控制電路。軟件元件庫中的數(shù)學(xué)和模擬控制器件可用以分析自動(dòng)控制原理。為適應(yīng)教育單位對電路原理教學(xué)的需求，有的軟件設(shè)置了教育功能。主要是允許使用者對元器件設(shè)置一些隱藏的錯(cuò)誤，以提高訓(xùn)練學(xué)生提高分析問題和解決問題的能力。如Mulisim和TINA可對組件設(shè)置開路、短路和漏電阻三項(xiàng)參數(shù)；而Altium公司的另一個(gè)電路仿真產(chǎn)品CircuitMaker可以對組件和電路做更多的教學(xué)設(shè)置，并且可加上密碼，以防止應(yīng)用者修改組件屬性。三、怎樣選擇電路仿真軟件？在電子工程的生產(chǎn)設(shè)計(jì)或電子學(xué)專業(yè)教學(xué)中，對電路仿真軟件可能有不同的要求，應(yīng)從軟件功能特點(diǎn)和工作實(shí)際需要兩個(gè)方面來考慮。1.考慮生產(chǎn)和教學(xué)對電路仿真軟件的需求。首先要考慮軟件的實(shí)際生產(chǎn)能力，用此軟件能完成什么樣的工作？該軟件的模型庫能否滿足設(shè)計(jì)需要；軟件有哪些電路仿真功能；電路圖有哪些輸出格式，是否和企業(yè)現(xiàn)有的PCB設(shè)計(jì)軟件兼容；軟件的價(jià)格及提供哪些售后服務(wù)等等。如果本單位的產(chǎn)品比較復(fù)雜，就要考慮從電路設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化，系統(tǒng)仿真、甚至機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)在內(nèi)的全面解決方案。2.評估電路仿真軟件的性能各公司的軟件產(chǎn)品有不同的銷售定位，電路仿真軟件的功能、擴(kuò)展性和價(jià)格相差很大。同一軟件有不同的版本，以不同的功能和價(jià)格適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)需求。一般的教學(xué)單位只要學(xué)習(xí)電路仿真的相關(guān)原理，不必強(qiáng)求軟件的高性能。使用學(xué)生版或教育版的軟件完全可以應(yīng)對日常教學(xué)所需。而作為電子生產(chǎn)企業(yè)，則要采用企業(yè)版或加強(qiáng)版的軟件，還要考慮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理等一系列問題，對軟件的維護(hù)和技術(shù)支持也有一定的要求。所以應(yīng)盡量采用大公司的產(chǎn)品。如ICAP/4、Orcad等；如果對電路設(shè)計(jì)和仿真有更高的綜合性要求，可以考慮美國Synopsys公司的Saber。Saber適用領(lǐng)域廣泛，包括電子學(xué)、電力電子學(xué)、電機(jī)工程、機(jī)械工程、電光學(xué)、光學(xué)、控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)等等。3.根據(jù)教學(xué)需要選擇適用的軟件在教學(xué)中，要求電路仿真軟件能清晰地展示電路圖、信號圖線和各種電路數(shù)據(jù)。Multisim在所有電路仿真軟件中，它的仿真元器件、仿真分析類型和虛擬儀器都是最全的，是各級學(xué)校電路教學(xué)的理想仿真工具。Multisim的缺點(diǎn)是電路圖畫面只能放大到200%，電路線條比較細(xì)，投影到大屏幕上不太清晰。比較適合于職業(yè)技術(shù)學(xué)校的電路仿真軟件是TINA 6.0簡體中文版，該軟件不但菜單和對話框是簡體中文，所有的幫助也都是用中文寫成，學(xué)生比較容易理解和接受。Altium的電路圖和仿真圖線界面的顯示質(zhì)量比較好，適合教師用于教學(xué)幻燈演示和制作各種文檔中的插圖。Altium也很適合用于印制電路板設(shè)計(jì)的教學(xué)。ICAP/4的優(yōu)點(diǎn)是可以把仿真得到的電路波形插入電路圖中，即可以顯示電路中任何一點(diǎn)的波形。Orcad的Pspice在電路中顯示仿真得到的節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流和元件消耗功率等數(shù)據(jù)，非常直觀；MicroCAP有最強(qiáng)大的參數(shù)掃描功能，可時(shí)設(shè)置多達(dá)20個(gè)參數(shù)進(jìn)行掃描分析。如果是電子學(xué)的初學(xué)者，則可以用有3D界面的電路仿真軟件Edison，該軟件界面生動(dòng)直觀，和實(shí)物形象相當(dāng)接近，有助于認(rèn)識和理解電路。4.專用電路仿真軟件除了通常的電路仿真軟件外，還有一些專門針對某一類設(shè)計(jì)應(yīng)用的軟件如：Intusoft公司的電源仿真設(shè)計(jì)軟件PowerSupply Designer和磁性元件(設(shè)計(jì)分析變壓器和電感器)的設(shè)計(jì)軟件MagneticsDesigner；芬蘭APLAC公司用于射頻電路設(shè)計(jì)和仿真的軟件APLAC；以及美國Ansoft公司的系列產(chǎn)品等。很多的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)商為了推廣它們的產(chǎn)品，也開發(fā)了專門的電路設(shè)計(jì)和仿真軟件。如Altera公司的可編程邏輯器件設(shè)計(jì)軟件Max+PlusI I；T I公司的開關(guān)電源專用設(shè)計(jì)軟件SWIFT Designer；Linear公司的電路仿真和開關(guān)電源設(shè)計(jì)軟件SwicherCAD等?？偨Y(jié)最后要說明的是，現(xiàn)在電路仿真軟件的發(fā)展方向已不再局限在電子學(xué)范圍內(nèi)。電路仿真技術(shù)在增強(qiáng)數(shù)?；旌闲盘柕姆抡婺芰Φ耐瑫r(shí)，正在向電力電子、電光學(xué)、甚至是電機(jī)工程、機(jī)電工程等領(lǐng)域擴(kuò)展，為工程實(shí)際和教學(xué)帶來更多的方便。電路仿真技術(shù)有強(qiáng)大的電路分析功能，基本包括了電子測試分析的全部項(xiàng)目。不同廠商的電路仿真軟件所提供的電子仿真元件數(shù)量、電路分析功能和數(shù)據(jù)處理能力有較大的差別。應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)和專業(yè)教學(xué)需要選擇合適的電路仿真軟件。以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的電路仿真軟件的特點(diǎn)和選用建議。如果您有智能電子產(chǎn)品的軟硬件功能開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的擁有硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)能力。涵蓋了電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)、語音識別技術(shù)、藍(lán)牙wifi開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS方案開發(fā)、藍(lán)牙音頻開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
- 返回頂部