干货（|_硬件开发流程详述）

1概述

1.1硬件开发流程介绍

1.1.1硬件开发基本流程

在硬件项目的开发中，首先要明确硬件的整体要求，如CPU处理能力、存储能力和速度、I/O口分配、接口要求、级别要求、专用电路(厚膜等。)要求等。其次，根据需求分析，制定总体硬件方案，寻求关键器件及其技术数据、技术途径和技术支持。应充分考虑技术可能性、可靠性和成本控制，对开发调试工具提出明确要求，对关键器件应取得样品。再次，总体方案确定并通过后，编写硬件和单板软件的详细设计，包括绘制硬件原理图、单板软件功能框图及编码、PCB布线，同时完成物料清单开发、新器件编码申请、物料申请等。第四，裸PCB板退货和材料采购到货后，用焊工焊接1 ~ 2块单板进行单板调试，调试原理设计中的功能，必要时修改原理图并记录。第五，软硬件系统调试，一般单板需要硬件人员和单板软件人员的配合，而特殊单板(如主板)需要开发更大的软件，更多的软件人员参与调试。一般单板调试后，有一些原理和PCB布线的调整，需要反复测试。第六，内部验收和试点测试，硬件项目完成开发过程。

1.1.2硬件开发标准化

上一节硬件开发的基本流程要遵循硬件开发流程的规范文档。不仅如此，硬件开发还涉及到技术的应用、器件的选择等。必须遵循相应的标准化措施，以满足质量保证的要求。这主要表现在：技术的采用要经过项目组的审查，器件和厂家的选择要参考材料合格证的相关要求和规范，在研制过程中要完成相应的规定文件。此外，常用的硬件电路应采用通用标准设计。

1.2硬件团队成员的职责和基本技能

1.2.1硬件组成员的职责

技术先进、运行可靠的硬件平台是公司的基础的产品质量。硬件工程师责任神圣，责任重大。1、硬件工程师要勇于尝试新的先进技术的应用，在产品硬件设计上大胆创新。2、坚持开放的硬件架构，把握硬件技术的主流和未来发展，在设计中考虑未来的技术升级。3、充分利用公司现有成熟技术，并保持产品技术的继承性。4、在设计中考虑成本，控制产品的性价比，做到最好。5、技术开放，资源共享，促进公司整体技术升级。

1.2.2硬件组成员的基本技能

硬件工程师应掌握以下基本技能一、号：具备创建需求分析、总体方案设计、详细设计的能力；二、号：熟练使用设计工具，如CadenceOrCAD/Allegro，Auto CAD等。以及设计原理图、EPLD、FPGA调试程序的能力；三、号：熟练使用信号发生器、示波器、逻辑分析仪等测试仪器。具有一定的硬件调试能力；四、期：掌握常用标准电路的设计能力；五、号硬件故障定位及解决问题能力；六、号各类技术文件的写作技巧；编号七、良好的职业素质和操守，能够联系外部合作伙伴并保守秘密。

2硬件开发流程和要求

2.1硬件开发流程

硬件开发流程科学地分解了硬件开发的全过程，规范了硬件开发的五项关键任务：

硬件需求分析和验证

硬件开发过程是指导硬件工程师以标准化的方式进行开发的准则，它不仅规范了硬件开发的整个过程，而且一般规定了硬件开发的每个阶段的任务。目的是规范硬件开发的过程控制，保证硬件开发的质量，保证硬件开发能够按照预定的目标完成。作为一名硬件工程师，深刻理解硬件开发过程中的所有内容，并在日常工作中自觉遵循流程是非常重要的。否则，一个大公司就会陷入混乱。所有硬件工程师都应该把学习工艺、按工艺办事、开发和完善工艺、监督工艺的实施作为自己的职责之一，为公司的标准化做出贡献的管理。

2.2硬件需求分析和总体方案制定

硬件要求分析

真正开始硬件开发应该是在项目立项之后，也就是接到项目的任务书之后。但在实际工作中，在项目立项前，硬件工程师会协助进行前期调研，以便尽快了解整体需求，如系统功能、性能指标、工作原理、环境指标、结构状况、价格、设计时间、产品寿命等。项目立项后，项目组有产品需求说明书和整体项目建议书，这些文档都经过评审。项目组接到任务后，硬件开发第一件事就是分析硬件需求，写《硬件需求说明书》。硬件需求分析是整个产品开发过程中非常重要的一部分，硬件开发人员必须重视这个过程。一个产品的功能/性能往往是由软件和硬件共同完成的，有硬件完成的，也有软件完成的。项目团队必须在需求分析期间仔细考虑它。硬件需求分析还可以明确硬件开发的任务，并大致展示当前的硬件水平，包括公司是否的硬件技术水平能够满足要求。硬件需求说明书主要包括以下内容：

系统联网和使用说明

基本配置和互连方法

运行时环境

整个硬件系统的基本功能和主要性能指标

硬件子系统的基本功能和主要功能指标

职能分工

关键技术攻关

采购硬件的名称、型号、生产单位和主要技术指标

主要仪器设备

内外合作，引进国内外同类产品的硬件技术

可靠性、稳定性和电磁兼容性的探讨

电源和工艺结构设计

硬件测试方案

硬件需求分析完成后，项目组可以进行整体硬件设计，写《硬件总体设计方案》。总体硬件设计的主要任务是进一步划分各单板的功能，描述硬件的总体结构，规定各单板之间的接口及相关技术指标。它不仅给出了项目硬件开发的总体任务框架，还指导项目团队对开发任务进行更深入、更具体的分析，从而做出更好的开发计划。总体硬件设计方案主要包括以下内容：

系统功能和功能索引

系统总体结构图和功能划分

单板命名

系统逻辑框图

系统各功能块的逻辑框图、电路结构图和单板组成。

单板逻辑框图和电路结构图

关键技术讨论

关键设备

综上所述，硬件开发的总体方案进一步具体化了整个系统，硬件开发的总体设计是其中最重要的一个环节。如果整体设计做得不好，可能会出现致命的问题，造成的损失大多是不可挽回的。此外，总体方案设计进一步明确了各单板的任务和相关关系，单板的设计要以总体方案为基础。产品的质量，尤其是系统设计的合理性、科学性、可靠性和稳定性与总体设计密切相关。硬件需求分析和总体硬件设计完成后，项目组应组织相关人员分别进行评审。对于一个好的产品，尤其是大型复杂的产品，反复论证整体方案是必不可少的。只有经过反复论证的方案才能成为好方案。整个计划评审包括两个部分。一是审查相关文件的格式、科学内容、描述的准确性和细节。是审查总体方案设计的技术合理性和可行性。如果评估失败，项目团队必须修改自己的计划。整体硬件设计方案通过后，就可以开始关键部件的采购了。主要工作由项目团队完成，关键部件往往是一个项目顺利实施的重要目标。

2.3单板设计方案和单板详细设计

2.3.1饰面设计方案及评审

对于复杂的系统，需要对整体硬件设计方案和单板设计方案进行两次审核，而简单的项目(比如一个功能单板)可以将整体硬件设计方案和单板设计方案合并成一个文档进行审核。单板设计方案主要包括以下内容：

单板在整机中的位置：单板功能描述

单板尺寸

单板逻辑图和各功能模块描述

单板软件功能描述

单板软件功能模块划分

接口的定义及其与相关板的关系

重要性能指标、功耗和采用标准

开发仪器仪表等。

完成方案设计后，需要申请方案评审。单板设计方案批准后，才能进行详细的单板设计。

2.3.2单板的详细设计和评审

单板设计方案审核通过后，硬件工程师需要根据子系统指标和硬件工作原理完成详细的实施方案设计，详细说明硬件功能模块的划分、各功能模块的指标、功能模块的详细设计、元器件的选择和性能、设计依据和工作原理，并明确说明子系统如何满足子系统设计指标。详细的方案设计还需要对一些关键技术进行论证，以确定其可行性。单板的详细设计包括两个部分：

硬件详细设计

当单板硬件进入详细设计阶段时，应提交单板硬件详细设计报告。在单板硬件的详细设计中，应重点介绍单板的逻辑框图及各功能模块的详细描述、实现方式、地址分配、控制方式、接口方式、存储空间、中断方式、接口引脚信号的详细定义、时序描述、性能指标、指示灯描述、外部接线定义、可编程器件图、功能模块描述、原理图、详细的物料清单和单板测试调试计划。有时候一个单板的硬件和软件是由两个开发人员开发的，所以单板硬件的详细设计为软件设计人员提供了详细的指导，所以单板硬件的详细设计报告非常重要。特别是地址分配、控制方式、接口方式、中断方式是编译单板软件的基础，必须要写的很详细。

单板详细设计

单板软件设计完成后，应相应地完成单板软件的详细设计报告，报告中应列出完成的单板软件的编程语言、编译器的调试环境、硬件描述、功能要求和数据结构。需要强调的是，要详细列出详细的设计细节，包括中断、主程序、子程序的功能、入口参数、出口参数、局部变量、函数调用和流程图。在通信协议的描述中，应该说明哪些文档定义了物理层、链路层和高层通信协议。单板软硬件的详细设计应遵循公司硬件设计的技术规格，并应注意材料选择和成本控制。竣工标志：《单板硬件详细设计》、《单板软件详细设计》和关键(主要)设备的订货清单。详细的设计报告必须经过审查和批准。在申请评审前，项目组应首先完成文件规范的自检，并将规范完成表、评审文件和主要部件的订货清单提交项目组评审。如果评估通过，可以设计PCB如果没有，将返回硬件需求分析，并重复整个过程。这样做的目的是让项目组重新审视单板详细设计的失败是否会引起项目整体设计的改变。

2.4原理图设计和PCB设计

2.4.1原理图设计和审核

原理图设计从详细的硬件设计评审开始，原理图设计是硬件设计的第一步。在设计原理图之前，我们应该先建立一个组件库，参考3.2中央图书馆设计规范，并且还要根据任务要求在接线前模拟一些关键信号，以确定这些信号是否需要特殊处理，比如添加匹配电阻或电容。原理图完成后，硬件组应组织项目组相关人员进行审核。评审时，需要评审设计中的关键点，如时钟单元、电源单元、DSP或FPGA等关键器件的配置等。原理图审核通过后，项目负责人签字认可后才能开始PCB设计。

2.4.2PCB方案设计和评审

在开始PCB的物理实现(布线)之前，有必要首先设计PCB。PCB设计方案主要考虑其结构特性，如电磁兼容性、信号完整性、电源完整性、热设计、可制造性、调试等，完成PCB的布局。信号完整性、电源完整性、热设计等部分工作可以和详细的硬件设计交叉进行。PCB设计方案应就如何实现关键指标(阻抗、延时、抗干扰等)提出具体措施。)在示意图中。竣工标志：《PCB设计方案》，《硬件测试方案》，《信号完整性仿真报告》。完成PCB方案设计并反馈原理图后，即可申请方案评审。申请评审前，应先完成文档规范的自检，并将规范完成表和评审文档提交给项目组进行评审。所有文件都需要项目恶棍的签字和批准。方案通过后才能进行PCB布线。

2.4.3PCB设计和电路板应用

PCB设计必须根据PCB设计规范进行。PCB布局确定后，禁止改变总布局图，可以调整功能模块的位置。如功能模块有较大调整，须向小组提交申请组织讨论，讨论通过后方可进行布线。PCB投产前，设计师应向项目组申请提交板件。首先硬件团队负责PCB设计规格的检查，将规格完成表和PCB图纸交给房间。设计小组组织人员审查和检查关键部件的设计要求。PCB投资申请应由项目负责人签字批准。

2.5调试和验收

2.5.1调试方案和审查

硬件调试就是验证硬件的功能和性能，以保证其设计的正确性。认真调试可以发现单板和整体设计的不足，也是验证是否达到设计目标的唯一途径。在设计PCB方案时，需要设计硬件调试(测试)方案。需要根据《硬件需求说明书》和《硬件总体设计方案》中的指标要求制定调试(测试)方案，同时制定详细的调试(测试)记录表，实时记录整个调试过程。PCB正式调试前，需要对硬件调试(测试)方案进行评审，也可以与PCB方案设计评审同时进行。比如简单的PCB设计，调试(测试)方案可以和PCB设计方案合并成一个文件。

2.5.2硬件调试、软件调试和系统调试。

在硬件调试过程中，工程师每放入一块PCB板都要提交一份工艺文档，以便管理层了解进度并进行评估，同时也给其他相关工程师留下一份有参考价值的技术文档。每次放入PCB板时，都应制作此文件。该文档应包括以下内容：单板硬件功能模块划分、单板硬件各模块调试进度、调试中出现的问题及解决方案、原始数据记录、系统方案修改指令、单板方案修改指令、器件替换指令、原理图、PCB图修改指令、可编程器件修改指令、调试阶段总结、调试进度指令、下一阶段调试计划、测试计划修改等。在软件调试过程中，每月收集一次单板软件过程调试文档，或者在调试结束后(一个月以内)收集，尽可能清晰完整地列出软件调试和修改过程。单板软件过程调试文档应包括以下内容：单板软件功能模块的划分、各功能模块的调试进度、单板软件调试的问题及解决方案、下一阶段的调试计划、测试方案的修改。系统调试过程中，应出具单板系统调试报告。单板调试报告包括以下内容：系统功能模块划分、系统功能模块调试进度、系统接口信号原始测试记录及分析、系统调试中的问题及解决方案、调试技巧集锦、整机性能评估等。单板调试完成后，在申请内部验收前，要进行自检，确保每一项功能都能实现，每一项指标都能达到。自检结束后，应编制单板硬件测试文档，包括以下内容：单板功能模块的划分，各功能模块的设计输入输出信号和性能参数，各功能模块测试点的确定，各测试参考点实测的原始记录和分析，板内高速信号线测试的原始记录和分析，系统I/O口信号线测试的原始记录和分析，整板性能测试结果分析。

验收

现在由于硬件和软件是紧密联系在一起的，无法简单区分硬件和软件的工作，所以硬件验收的定义更加复杂。硬件调试一般需要做以下几个方面的工作：电源调试、时钟源调试、各种功能电路正常工作、可编程器件正常工作、CPU正常自启动、输入输出指示正常(需要编写接口控制程序)。硬件验收需要硬件设计人员提供上述方面的调试(测试)记录，记录数据和实际测试数据能够满足任务要求，才能通过硬件验收。对于一些需要和系统一起调试以验证功能和性能的硬件，硬件设计师要和整体系统协调。

2.6开发文件规范和归档要求

制定文件规范

《硬件开发流程》对应《硬件开发文档编制规范》制定，以规范硬件开发过程中文件的编写，定义文件的格式和内容，规定硬件开发过程中所需文件的清单

单板系统联合调试报告

单板硬件测试文档

单板硬件存档详细文档

单板软件存档详细文件

归档总体硬件方案的详细文档

硬件方案存档的详细文档

硬件信息库

这些规范的具体内容可以在项目共享数据库中找到，每一个文档规范都有对应的对应模板，供开发人员编写文档时参考。

硬件信息库

为了共享技术数据，我们希望建立一个共享数据库，每个单板都可以把最有价值、最有特色的数据放在里面。

硬件信息库包括以下内容：典型应用电路、特色电路、特色芯片技术介绍、特色芯片操作说明、驱动程序流程图、源程序、相关硬件电路描述、PCB布局注意事项、单板调试中的典型案例及解决方案、软硬件设计及调试技巧。

编辑：李倩