详解流程：嵌入式产品开发的各个阶段

　　之前，我们详细讲述了嵌入式产品的研发流程，那么在这一节，我们具体以嵌入式产品的硬件部分为例，再次讲解其开发过程，希望通过这一节，大家能对嵌入式硬件开发流程有更深刻的认识，在以后的学习和工作中，更加规范化和标准化，提高开发技能。嵌入式硬件开发流程一般如下图，分为8个阶段：

　　嵌入式产品的硬件形态各异，CPU 从简单的4 位/8位单片机到32 位的ARM处理器，以及其他专用IC。另外，依据产品的不同需求，外围电路也各不相同。每一次硬件开发过程，都需要依据实际的需求，考虑多方面的因素，选择最合适的方案来。

　　硬件阶段1：硬件产品需求

　　和普通的嵌入式产品需求一样。阶段1：产品需求。

　　硬件阶段2：硬件总体设计方案

　　一个硬件开发项目，它的需求可能来自很多方面，比如市场产品的需要或性能提升的要求等，因此，作为一个硬件设计人员，我们需要主动去了解各个方面的需求并分析，根据系统所要完成的功能，选择最合适的硬件方案。

　　在这一阶段，我们需要分析整个系统设计的可行性，包括方案中主要器件的可采购性，产品开发投入，项目开发周期预计，开发风险评估等，并针对开发过程中可能遇到的问题，提前选择应对方案，保证硬件的顺利完成。

　　硬件阶段3：硬件电路原理图设计

　　在系统方案确定后，我们即可以开展相关的设计工作，原理设计主要包括系统总体设计和详细设计，最终产生详细的设计文档和硬件原理图。

　　原理设计和PCB设计是设计人员最主要的两个工作之一，在原理设计过程中，我们需要规划硬件内部资源，如系统存储空间，以及各个外围电路模块的实现。另外，对系统主要的外围电路，如电源、复位等也需要仔细的考虑，在一些高速设计或特殊应用场合，还需要考虑EMC/EMI等。

　　电源是保证硬件系统正常工作的基础，设计中要详细的分析：系统能够提供的电源输入;单板需要产生的电源输出;各个电源需要提供的电流大小;电源电路效率;各个电源能够允许的波动范围;整个电源系统需要的上电顺序等等。

　　为了系统稳定可靠的工作，复位电路的设计也非常重要，如何保证系统不会在外界干扰的情况下异常复位，如何保证在系统运行异常的时候能够及时复位，以及如何合理的复位，才能保证系统完整的复位后，这些也都是我们在原理设计的时候需要考虑的。

　　同样的，时钟电路的设计也是非常重要的一个方面，一个不好的时钟电路设计，可能会引起通信产品的数据丢包，产生大的EMI，甚至导致系统不稳定。

　　原理图设计中要有“拿来主义”!现在的芯片厂家一般都可以提供参考设计的原理图，所以要尽量的借助这些资源，在充分理解参考设计的基础上，做一些自己的发挥。

　　硬件阶段4：PCB图设计

　　PCB设计阶段，即是将原理图设计转化为实际的可加工的PCB 线路板，目前主流的PCB 设计软件有PADS，Candence 和Protel几种。

　　PCB设计，尤其是高速PCB，需要考虑EMC/EMI，阻抗控制，信号质量等，对PCB 设计人员的要求比较高。为了验证设计的PCB是否符合要求，有的还需要进行PCB 仿真。并依据仿真结果调整PCB 的布局布线，完成整个的设计。

　　硬件阶段5：PCB加工文件制作与PCB打样

　　PCB绘制完成以后，在这一阶段，我们需要生成加工厂可识别的加工文件，即常说的光绘文件，将其交给加工厂打样PCB 空板。一般1~4层板可以在一周内完成打样。

　　硬件阶段6：硬件产品的焊接与调试

　　在拿到加工厂打样会的 PCB空板以后，接下来我们，需要检查PCB空板是否和我们设计预期一样，是否存在明显的短路或断痕，检查通过后，则需要将前期采购的元器件和PCB空板交由生产厂家进行焊接(如果PCB 电路不复杂，为了加快速度，也可以直接手工焊接元器件)。

　　当PCB 已经焊接完成后，在调试PCB之前，一定要先认真检查是否有可见的短路和管脚搭锡等故障，检查是否有元器件型号放置错误，第一脚放置错误，漏装配等问题，然后用万用表测量各个电源到地的电阻，以检查是否有短路，这样可以避免贸然上电后损坏单板。调试的过程中要有平和的心态，遇见问题是非常正常的，要做的就是多做比较和分析，逐步的排除可能的原因，直致最终调试成功。

　　在硬件调试过程中，需要经常使用到的调试工具有万用表和示波器，逻辑分析仪等，用于测试和观察板内信号电压和信号质量，信号时序是否满足要求。

　　硬件阶段7：硬件产品测试

　　当硬件产品调试通过以后，我们需要对照产品产品的需求说明，一项一项进行测试，确认是否符合预期的要求，如果达不到要求，则需要对硬件产品进行调试和修改，直到符合产品需求文明(一般都以需求说明文档作为评判的一句，当然明显的需求说明错误除外)。

　　硬件阶段8：硬件产品

　　我们最终开发的硬件成功。一个完整的，完成符合产品需求的硬件产品还不能说明一个成功的产品开发过程，我们还需要按照预定计划，准时高质量的完成。才是一个成功的产品开发过程。 　　在PIC的单片机中有多种型号有内部RC振荡器的功能，从而省去了晶振，不但节省了成本，并且我们还多了两个IO端口可以使用。

　　但是，由于RC振荡器中电阻、电容的离散性很大，因此，在有内部RC振荡器的单片机中，它的内部RAM中都会有一个名为OSCCAL的校准寄存器，通过置入不同的数值来微调RC振荡器的振荡频率。并且，单片机的程序存储器中，也会有一个特殊的字来储存工厂生产时测得的校准值。下面我以常用的12C508A和12F629为例加以说明。

　　PIC单片机RC振荡器的使用及校准方法

　　12C508A的复位矢量是程序的最高字0x1FF，这个字节生产商已经固定的烧写为MOVLW 0xXX，指令执行后，W寄存器中即为校准值XX，当我们需要校准时，那么，在紧接着的地址0x0应该是一条这样的指令：MOVWF OSCCAL。接下去RC振荡器就会以标准的振荡频率运行了。

　　12F629的校准值也存放在最高字--0x3FF中，内容是RETLW 0xXX，但它的复位矢量却是0x0。这样，在我们需要校准RC振荡器时，在初始化过程中要加上下面两句：

　　CALL 0x3ff

　　MOVWF OSCCAL

　　当然，你还要注意寄存器的块选择位。

　　以前，我在做项目时，没太注意这个问题，这是因为在使用12C508A时，HI-TECH在进行编译时已经偷偷地替我们做了这项工作。它会在程序的0x0处自动加一条MOVWF OSCCAL。用12F629做接收解码代替2272时也没发生什么问题，但是在用被它作滚动码解码器时却发现接收距离的离散性很大。经多次试验终于找出是没对振荡器的振荡频率进行校正所至。

　　因此，需要另外编写用于校正的语句，我用了两种方法来实现这个目的：

　　1、用内嵌汇编的形式

　　#asm //此段汇编程序用于将位于程序段3FFH的call 3ffh //内部RC振荡器的校准值放入校准寄存器，bsf _STATUS，5 //在进行C语言调试时应屏蔽这段程序movwf _OSCCAL#endasm

　　2、用C语言标准形式

　　const unsigned char cs @ 0x3ff; //在函数体外。..

　　OSCCAL=cs; //仿真时屏蔽此句

　　用这两种方法都有一个小缺陷--仿真时，程序无法运行，这是由于C编译器并没有为我们在0x3FF放置一条RETLW 0xXX的语句。因此，程序运行到这里之后，并没有把一个常数(校准值)放入W寄存器然后返回，而是继续执行这条语句的下一句--0x0及其之后的程序，也就是说程序到此就乱了。因此如程序后面注释所示，在仿真时，应先屏蔽这几句程序。在程序调试完成后，需要烧写时，把注释符去掉，再编译一次就可以了。

　　我还有一种想法，不用屏蔽语句，那就是用函数来实现，就是在0x3FF起建立一个函数，函数体内只有一条语句，如下：

　　char jz()

　　{

　　return 0;

　　}

　　当然，还要考虑C函数返回时，一定会选择寄存器0，实际上这个函数的起始地址应小于0x3FF。但是我找了我所能找到的参考资料，并上网找了多次，也没找到为函数绝对定位的方法，希望有知道的朋友指点一下。

　　还有，12C508A是一次性编程的，并且0x1FF处的内容，我们是无法改变的，也就是说你在此处编写任何指令，编程器都不会为你烧写，或者说即使烧写了也不会改变其中的内容。

　　可12F629是FLASH器件，可多次编程，如果你没有故意选择，正品的编程器(如Microchip的PICSTART PLUS)是不会对存有校准值的程序空间进行编程的。即使你无意中对这个程序空间进行了编程，你也可以用一条RETLW 0xXX放在0x3FF处再编程一次就可以了，但这个XX值可能是不正确的，需经实验确定(请参考后面说明)。

　　为了检验OSCCAL的值对振荡器频率的影响，特编写了下面一个小程序进行验证：

　　#include

　　//*********************************************************__CONFIG(INTIO & WDTDIS & PWRTEN & MCLRDIS & BOREN & PROTECT & CPD);//内部RC振荡器普通IO口;无效看门狗;上电延时;内部复位;掉电复位;代码保护;数据保护//*********************************************************#define out GPIO0 //定义输出端#define jc GPIO3 //定义检测端

　　//*********************************************************void interrupt zd(); //声明中断函数//主函数***************************************************void main(){

　　CMCON=7;

　　OPTION=0B00000011; //分频比为1：16，

　　TRISIO=0B11111110;

　　GPIO=0B00000000;

　　WPU=0;

　　T0IF=0;

　　GIE=1;

　　T0IE=1;

　　while(1){

　　if(jc)OSCCAL=0xFF;

　　else OSCCAL=0;

　　}

　　}

　　//中断函数*************************************************void interrupt zd(){

　　T0IF=0;

　　out=!out;

　　}

　　程序其实很简单，就是在中断中让out脚的电平翻转，翻转的时间为4096个指令周期，电平周期为8192个指令周期。而指令的周期又决定于RC时钟频率。在主程序中，不断的检测JC端口的电平，然后根据此端口电平的值修改OSCCAL寄存器的值。当然，最后从OUT脚的波形周期上反映出了OSCCAL寄存器的值改变。

　　经用示波器测量(抱歉，手边没有频率计)，JC端接地时，OUT端的电平周期为9.5毫秒左右;而JC端接正电源时，OUT端的电平周期为6毫秒左右。也就是说OSCCAL的值越大，单片机的时钟频率越高。并且，这个变化范围是很大的，因此，如果使用PIC单片机的内部RC振荡器时，对其振荡频率进行校正是十分必要的。这也是我在做滚动码接收解码器时，产品离散性很大的原因。望大家以后使用内部RC振荡器时能够注意到此点。

　　但还有一点要注意，即使你对RC振荡器进行了校正，你也别指望这个4MHz的RC振荡器肯定会很标准，实际上它还是一个RC振荡器，它的振荡频率是电压、温度的函数，也就是说这个振荡频率会随着电压和温度的变化而变化，只是经校正后的值更接近4MHz罢了，这在产品开发的一开始就要注意的。