嵌入式硬件電路設(shè)計基本功

我走的電子開發(fā)道路其實(shí)和大多數(shù)人說的一樣，基本的路線為模擬電子(熟練)→數(shù)字電路設(shè)計(掌握)→單片機(jī)(項(xiàng)目開發(fā))→ARM硬件設(shè)計(項(xiàng)目開發(fā))→linux學(xué)習(xí)→linux驅(qū)動學(xué)習(xí)→ARM&linux底層開發(fā)(項(xiàng)目開發(fā))→ARM&linux頂層開發(fā)(項(xiàng)目開發(fā))→項(xiàng)目經(jīng)理。我現(xiàn)在還在路上折騰，現(xiàn)在將我的教訓(xùn)和心得拿來給大家分享，希望對于新手有借鑒。

嵌入式設(shè)計是個龐大的工程，今天就說說硬件電路設(shè)計方面的幾個注意事項(xiàng)，首先，咱們了解下嵌入式的硬件構(gòu)架。

我們知道，CPU是這個系統(tǒng)的靈魂，所有的外圍配置都與其相關(guān)聯(lián)，這也突出了嵌入式設(shè)計的一個特點(diǎn)硬件可剪裁。在做嵌入式硬件設(shè)計中，以下幾點(diǎn)需要關(guān)注。

第一、電源確定

電源對于嵌入式系統(tǒng)中的作用可以看做是空氣對人體的作用，甚至更重要：人呼吸的空氣中有氧氣、二氧化碳和氮?dú)獾鹊呛糠€(wěn)定，這就相當(dāng)于電源系統(tǒng)中各種雜波，我們希望得到純凈和穩(wěn)定符合要求的電源，但由于各種因素制約，只是我們的夢想。這個要關(guān)注兩個方面：

a、電壓

嵌入式系統(tǒng)需要各種量級的電源比如常見的5v、3.3v、1.8v等，為盡量減小電源的紋波，在嵌入式系統(tǒng)中使用LDO器件。如果采用DCDC不僅個頭大，其紋波也是一個很頭疼的問題。

b、電流

嵌入式系統(tǒng)的正常運(yùn)行不但需要穩(wěn)定足夠的電源，還要有足夠的電流(其實(shí)就是功率達(dá)到要求)，因此在選擇電源器件的時候需要考慮其負(fù)載，我設(shè)計時一般留有30%的余量。

如果是多層板，電源部分在layout的時候需電源分割，這時需要注意分割路徑，盡量將一定量的電源放置在一起。如果是雙面板，則走線寬度需要注意，在板子允許的情況下盡量加寬。合適的退耦電容盡量靠近電源管腳。

第二、 晶振確定

晶振相當(dāng)于嵌入式系統(tǒng)的心臟，其穩(wěn)定與否直接關(guān)系其運(yùn)行狀態(tài)和通訊性能。常見的振有無源晶振，有源晶振，首先要確定其振蕩頻率，其次要確定晶振類型。

a、無源晶振

其匹配電容和匹配電阻的選擇，這部分一般依據(jù)參考手冊。在單片機(jī)設(shè)計中，經(jīng)常使用插件晶振配合瓷片電容。在ARM中，為了減少空間和便于布線，經(jīng)常使用四角無源晶振配合貼片電容。雖然我們對于固定晶振的匹配電路比較熟悉，但是為了達(dá)到萬無一失，還是要看參考手冊確定電容大小，是否需要匹配電阻等細(xì)節(jié)。

b、有源晶振

具有更好的更準(zhǔn)確的時鐘信號，但是相比之下，比無緣晶振價格高，因此這也是在硬件電路設(shè)計中需要關(guān)注的成本。

在做電路板設(shè)計時需要注意晶振走線盡量靠近芯片，關(guān)鍵信號遠(yuǎn)離時鐘走線。在條件允許的情況下增加接地保護(hù)環(huán)。如果是多層板，也要講關(guān)鍵信號遠(yuǎn)離晶振的走線。

第三、 預(yù)留測試IO口

在嵌入式調(diào)試階段，在管腳資源豐富的情況下，我通常預(yù)留一個IO口連接led或者喇叭，為下一步軟件的編寫做鋪墊。在嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行過程中適當(dāng)控制該IO接口，從而判斷系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。

第四、外擴(kuò)存儲設(shè)備

一個嵌入式系統(tǒng)如果有電源、晶振和CPU，那么這就是我們熟悉的最小系統(tǒng)。如果該嵌入式系統(tǒng)需要運(yùn)行大點(diǎn)的操作系統(tǒng)，那么不但需要CPU具有MMU，CPU還需要外接SDRAM和NANDFLASH。如果該cpu具有SDRAM和NANDFLASH控制器，那么在硬件設(shè)計上不用過多的考慮地址線的使用。如果沒有相關(guān)的控制器，那么需要注意地址線的使用。

這部分在LAYOUT的時候是一個重點(diǎn)，究其原因就是要使相關(guān)信號線等長以確保信號的延時相等，時鐘和DQS的差分信號線走線。在布線的時候各種布線技巧需要綜合使用，例如與cpu對稱分布，菊花鏈布線、T型布線，這都需要依據(jù)內(nèi)存的個數(shù)多少來進(jìn)行選擇，一般來說個數(shù)越多，布線越復(fù)雜，但是知道其關(guān)鍵點(diǎn)，一切迎刃而解。

第五、功能接口

一個嵌入式系統(tǒng)最重要的就是通過各種接口來控制外圍模塊，達(dá)到設(shè)計者預(yù)設(shè)的目的。常用的接口有串口(可用來連接藍(lán)牙，wifi和3G等模塊)，USB接口、 網(wǎng)絡(luò)接口、JTAG接口、音視頻接口、HDMI接口等等。由于這些接口與外部模塊連接，做好電磁兼容設(shè)計是重要的一項(xiàng)工作。除此之外，在LAYOUT的時候注意差分線的使用。

第六、屏幕

這個功能之所以單獨(dú)列出來，是由于其可有可無。如果一個嵌入式系統(tǒng)只是作為一個連接器連接外圍設(shè)備模塊，通過相關(guān)接口連接到電腦主機(jī)或者直接掛在網(wǎng)絡(luò)上，那么屏幕就不需要了。但是如果做出來的是一個消費(fèi)類產(chǎn)品，與用戶交互頻繁，這就不得不嘮叨幾句。

電容屏幕是嵌入式屏幕的首選，在電路設(shè)計中需要注意觸屏連接線和顯示屏連接線的布局。在走線的過程中盡量短的靠近主控cpu，同時注意配對信號走差分線，RGB控制信號走等長。各種信號走線間距遵循3W規(guī)則，避免相互干擾。 在屏幕的設(shè)計中，一定要確保功率和防止干擾，以防屏幕閃屏和花屏現(xiàn)象的出現(xiàn)。

以上就是我做嵌入式板子設(shè)計中的一些經(jīng)驗(yàn)，有些經(jīng)驗(yàn)是經(jīng)過沉痛教訓(xùn)獲得的。希望對你有所啟發(fā)。

linux操作系統(tǒng)文章專題：linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）

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