嵌入式硬件设计需要关注的几点

shuszhao

嵌入式设计是个庞大的工程，今天就说说硬件电路设计方面的几个注意事项，首先，咱们了解下嵌入式的硬件构架。
: _3 S6 w& w( U# ~* H
我们知道，CPU是整个系统的灵魂，所有的外围配置都与其相关联，这也突出了嵌入式设计的一个特点硬件可剪裁。在做嵌入式硬件设计中，以下几点需要关注。
( O# m) ?. i; ?+ X
第一、电源确定

- i8 o/ l0 c, z电源对于嵌入式系统中的作用可以看做是空气对人体的作用，甚至更重要：人呼吸的空气中有氧气、二氧化碳和氮气等但是含量稳定，这就相当于电源系统中各种杂波，我们希望得到纯净和稳定符合要求的电源，但由于各种因素制约，只是我们的梦想。这个要关注两个方面：

# l2 K% K, d8 O* ]a、电压
+ y0 W1 W/ W  v* h: o, J/ O5 k( j
: V' ^" I+ `" \+ P嵌入式系统需要各种量级的电源比如常见的5v、3．3v、1.8v等，为尽量减小电源的纹波，在嵌入式系统中使用LDO器件。如果采用DCDC不仅个头大，其纹波也是一个很头疼的问题。
. W; x% Y2 I3 @+ z6 B5 V& N
3 u& L9 ]6 b: cb、电流
; k9 c) k' B# T# ~6 m
嵌入式系统的正常运行不但需要稳定足够的电源，还要有足够的电流，因此在选择电源器件的时候需要考虑其负载，我设计时一般留有30％的余量。

- ^- }; H8 ~, G- T1 Q  z如果是多层板，电源部分在layout的时候需电源分割，这时需要注意分割路径，尽量将一定量的电源放置在一起。如果是双面板，则走线宽度需要注意，在板子允许的情况下尽量加宽。合适的退耦电容尽量靠近电源管脚。

% m9 n/ k% D. ?7 @  Y$ x第二、晶振确定

: B. P, s1 |' H2 |& G0 R6 e, {晶振相当于嵌入式系统的心脏，其稳定与否直接关系其运行状态和通讯性能。常见的振有无源晶振，有源晶振，首先要确定其振荡频率，其次要确定晶振类型。

: a( N2 P6 U1 j* Oa、无源晶振

# }( J6 d, G; K( v% g  o其匹配电容和匹配电阻的选择，这部分一般依据参考手册。在单片机设计中，经常使用插件晶振配合瓷片电容。在ARM中，为了减少空间和便于布线，经常使用四角无源晶振配合贴片电容。虽然我们对于固定晶振的匹配电路比较熟悉，但是为了达到万无一失，还是要看参考手册确定电容大小，是否需要匹配电阻等细节。

  c/ v( Y) P0 G. b8 K. V' \5 z" O; B/ ob、有源晶振
' X& v; a; T: v; q' S
/ ?/ V) O% d( |/ F& b# K/ Q+ i2 m具有更好的更准确的时钟信号，但是相比之下，比无缘晶振价格高，因此这也是在硬件电路设计中需要关注的成本。
* v. g' I- ~: x) k1 c; ?' ?& I
在做电路板设计时需要注意晶振走线尽量靠近芯片，关键信号远离时钟走线。在条件允许的情况下增加接地保护环。如果是多层板，也要讲关键信号远离晶振的走线。
/ g& _' H( M: N* A" p
第三、预留测试IO口

在嵌入式调试阶段，在管脚资源丰富的情况下，我通常预留一个IO口连接led或者喇叭，为下一步软件的编写做铺垫。在嵌入式系统运行过程中适当控制该IO接口，从而判断系统是否正常运行。
- p2 R' t2 }+ y1 k5 k
第四、外扩存储设备
" z/ ]' _: t! z. t& Q# k5 s* w) I
( t% f" D0 f/ G$ t& H, q: @一个嵌入式系统如果有电源、晶振和CPU，那么这就是我们熟悉的最小系统。如果该嵌入式系统需要运行大点的操作系统，那么不但需要CPU具有MMU，CPU还需要外接SDRAM和NANDFLASH。如果该cpu具有SDRAM和NANDFLASH控制器，那么在硬件设计上不用过多的考虑地址线的使用。如果没有相关的控制器，那么需要注意地址线的使用。
. H5 G* F( Y, T5 v6 a9 a, r- @1 I
这部分在LAYOUT的时候是一个重点，究其原因就是要使相关信号线等长以确保信号的延时相等，时钟和DQS的差分信号线走线。在布线的时候各种布线技巧需要综合使用，例如与cpu对称分布，菊花链布线、T型布线，这都需要依据内存的个数多少来进行选择，一般来说个数越多，布线越复杂，但是知道其关键点，一切迎刃而解。

第五、功能接口
9 C# x5 s6 O5 s% A  Z! K+ |
一个嵌入式系统最重要的就是通过各种接口来控制外围模块，达到设计者预设的目的。常用的接口有串口（可用来连接蓝牙，wifi和3G等模块），USB接口、网络接口、JTAG接口、音视频接口、HDMI接口等等。由于这些接口与外部模块连接，做好电磁兼容设计是重要的一项工作。除此之外，在LAYOUT的时候注意差分线的使用。

( J8 }  x7 |6 s8 v0 k; u& @- n& A第六、屏幕

7 }5 y+ L. J1 H; J这个功能之所以单独列出来，是由于其可有可无。如果一个嵌入式系统只是作为一个连接器连接外围设备模块，通过相关接口连接到电脑主机或者直接挂在网络上，那么屏幕就不需要了。但是如果做出来的是一个消费类产品，与用户交互频繁，这就不得不唠叨几句。

电容屏幕是嵌入式屏幕的主要部件，在电路设计中需要注意触屏连接线和显示屏连接线的布局。在走线的过程中尽量短的靠近主控cpu，同时注意配对信号走差分线，RGB控制信号走等长。各种信号走线间距遵循3W规则，避免相互干扰。在屏幕的设计中，一定要确保功率和防止干扰，以防屏幕闪屏和花屏现象的出现。

行者～ABC

就空i很重要