【正文】 硬件工程師手冊 1 硬件工程師手冊目 錄第一章 概述 3第一節(jié) 硬件開發(fā)過程簡介 3167。 硬件開發(fā)的基本過程 4167。 硬件開發(fā)的規(guī)范化 4第二節(jié) 硬件工程師職責(zé)與基本技能 4167。 硬件工程師職責(zé) 4167。 硬件工程師基本素質(zhì)與技術(shù) 5第二章 硬件開發(fā)規(guī)范化管理 5第一節(jié) 硬件開發(fā)流程 5167。 硬件開發(fā)流程文件介紹 5167。 硬件開發(fā)流程詳解 6第二節(jié) 硬件開發(fā)文檔規(guī)范 9167。 硬件開發(fā)文檔規(guī)范文件介紹 9167。 硬件開發(fā)文檔編制規(guī)范詳解 10第三節(jié) 與硬件開發(fā)相關(guān)的流程文件介紹 11167。 項(xiàng)目立項(xiàng)流程： 11167。 項(xiàng)目實(shí)施管理流程： 12167。 軟件開發(fā)流程： 12167。 系統(tǒng)測試工作流程： 12167。 中試接口流程 12167。 內(nèi)部驗(yàn)收流程 13第三章 硬件 EMC 設(shè)計(jì)規(guī)范 13第一節(jié) CAD 輔助設(shè)計(jì) 14第二節(jié) 可編程器件的使用 19167。 FPGA 產(chǎn)品性能和技術(shù)參數(shù) 19167。 FPGA 的開發(fā)工具的使用： 22167。 EPLD 產(chǎn)品性能和技術(shù)參數(shù) 23167。 MAX + PLUS II 開發(fā)工具 26167。 VHDL 語音 33第三節(jié) 常用的接口及總線設(shè)計(jì) 42167。 接口標(biāo)準(zhǔn)： 42167。 串口設(shè)計(jì)： 43167。 并口設(shè)計(jì)及總線設(shè)計(jì)： 44167。 RS－232 接口總線 44167。 RS－422 和 RS－423 標(biāo)準(zhǔn)接口聯(lián)接方法 45167。 RS－485 標(biāo)準(zhǔn)接口與聯(lián)接方法 45167。 20mA 電流環(huán)路串行接口與聯(lián)接方法 47第四節(jié) 單板硬件設(shè)計(jì)指南 48167。 電源濾波： 48167。 帶電插拔座： 48167。 上下拉電阻： 49167。 ID 的標(biāo)準(zhǔn)電路 49硬件工程師手冊 2 167。 高速時(shí)鐘線設(shè)計(jì) 50167。 接口驅(qū)動(dòng)及支持芯片 51167。 復(fù)位電路 51167。 Watchdog 電路 52167。 單板調(diào)試端口設(shè)計(jì)及常用儀器 53第五節(jié) 邏輯電平設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)換 54167。 TTL、ECL、PECL、CMOS 標(biāo)準(zhǔn) 54167。 TTL、ECL、MOS 互連與電平轉(zhuǎn)換 66第六節(jié) 母板設(shè)計(jì)指南 67167。 公司常用母板簡介 67167。 高速傳線理論與設(shè)計(jì) 70167。 總線阻抗匹配、總線驅(qū)動(dòng)與端接 76167。 布線策略與電磁干擾 79第七節(jié) 單板軟件開發(fā) 81167。 常用 CPU 介紹 81167。 開發(fā)環(huán)境 82167。 單板軟件調(diào)試 82167。 編程規(guī)范 82第八節(jié) 硬件整體設(shè)計(jì) 88167。 接地設(shè)計(jì) 88167。 電源設(shè)計(jì) 91第九節(jié) 時(shí)鐘、同步與時(shí)鐘分配 95167。 時(shí)鐘信號(hào)的作用 95167。 時(shí)鐘原理、性能指標(biāo)、測試 102第十節(jié) DSP 技術(shù) 108167。 DSP 概述 108167。 DSP 的特點(diǎn)與應(yīng)用 109167。 TMS320 C54X DSP 硬件結(jié)構(gòu) 110167。 TMS320C54X 的軟件編程 114第四章 常用通信協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn) 120第一節(jié) 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 120167。 ISO120167。 CCITT 及 ITUT121167。 IEEE 121167。 ETSI 121167。 ANSI 122167。 TIA/EIA122167。 Bellcore 122第二節(jié) 硬件開發(fā)常用通信標(biāo)準(zhǔn) 122167。 ISO 開放系統(tǒng)互聯(lián)模型 122167。 CCITT G 系列建議 123167。 I 系列標(biāo)準(zhǔn) 125167。 V 系列標(biāo)準(zhǔn) 125167。 TIA/EIA 系列接口標(biāo)準(zhǔn) 128167。 CCITT X 系列建議 130參考文獻(xiàn) 132第五章 物料選型與申購 132硬件工程師手冊 3 第一節(jié) 物料選型的基本原則 132第二節(jié) IC 的選型 134第三節(jié) 阻容器件的選型 137第四節(jié) 光器件的選用 141第五節(jié) 物料申購流程 144第六節(jié) 接觸供應(yīng)商須知 145第七節(jié) MRPII 及 BOM 基礎(chǔ)和使用 146第一章 概述第一節(jié) 硬件開發(fā)過程簡介167。 硬件開發(fā)的基本過程產(chǎn)品硬件項(xiàng)目的開發(fā)，首先是要明確硬件總體需求情況，如 CPU 處理能力、存儲(chǔ)容量及速度，I/O 端口的分配、接口要求、電平要求、特殊電路（厚膜等）要求等等。其次，根據(jù)需求分析制定硬件總體方案，尋求關(guān)鍵器件及電咱的技術(shù)資料、技術(shù)途徑、技術(shù)支持，要比較充分地考慮技術(shù)可能性、可靠性以及成本控制，并對開發(fā)調(diào)試工具提出明確的要求。關(guān)鍵器件索取樣品。第三、總體硬件工程師手冊 4 方案確定后，作硬件和單板軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括繪制硬件原理圖、單板軟件功能框圖及編碼、PCB 布線，同時(shí)完成開發(fā)物料清單、新器件編碼申請、物料申領(lǐng)。第四，領(lǐng)回 PCB 板及物料后由焊工焊好 1～2 塊單板，作單板調(diào)試，對原理設(shè)計(jì)中的各功能進(jìn)行調(diào)測，必要時(shí)修改原理圖并作記錄。第五，軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，一般的單板需硬件人員、單板軟件人員的配合，特殊的單板（如主機(jī)板）需比較大型軟件的開發(fā)，參與聯(lián)調(diào)的軟件人員更多。一般地，經(jīng)過單板調(diào)試后在原理及 PCB 布線方面有些調(diào)整，需第二次投板。第六，內(nèi)部驗(yàn)收及轉(zhuǎn)中試，硬件項(xiàng)目完成開發(fā)過程。167。 硬件開發(fā)的規(guī)范化上節(jié)硬件開發(fā)的基本過程應(yīng)遵循硬件開發(fā)流程規(guī)范文件執(zhí)行，不僅如此，硬件開發(fā)涉及到技術(shù)的應(yīng)用、器件的選擇等，必須遵照相應(yīng)的規(guī)范化措施才能達(dá)到質(zhì)量保障的要求。這主要表現(xiàn)在，技術(shù)的采用要經(jīng)過總體組的評審，器件和廠家的選擇要參照物料認(rèn)證部的相關(guān)文件，開發(fā)過程完成相應(yīng)的規(guī)定文檔，另外，常用的硬件電路（如 ）要采用通用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。第二節(jié) 硬件工程師職責(zé)與基本技能167。 硬件工程師職責(zé)一個(gè)技術(shù)領(lǐng)先、運(yùn)行可靠的硬件平臺(tái)是公司產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，硬件工程師職責(zé)神圣，責(zé)任重大。硬件工程師應(yīng)勇于嘗試新的先進(jìn)技術(shù)之應(yīng)用，在產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)中大膽創(chuàng)新。堅(jiān)持采用開放式的硬件架構(gòu)，把握硬件技術(shù)的主流和未來發(fā)展，在設(shè)計(jì)中考慮將來的技術(shù)升級。充分利用公司現(xiàn)有的成熟技術(shù)，保持產(chǎn)品技術(shù)上的繼承性。在設(shè)計(jì)中考慮成本，控制產(chǎn)品的性能價(jià)格比達(dá)至最優(yōu)。技術(shù)開放，資源共享，促進(jìn)公司整體的技術(shù)提升。硬件工程師手冊 5 167。 硬件工程師基本素質(zhì)與技術(shù)硬件工程師應(yīng)掌握如下基本技能：第一、由需求分析至總體方案、詳細(xì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)創(chuàng)造能力；第二、熟練運(yùn)用設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)原理圖、EPLD、FPGA 調(diào)試程序的能力；第三、運(yùn)用仿真設(shè)備、示波器、邏輯分析儀調(diào)測硬件的能力；第四、掌握常用的標(biāo)準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)能力，如 ID 電路、WDT 電路、π 型濾波電路、高速信號(hào)傳輸線的匹配電路等；第五、故障定位、解決問題的能力；第六、文檔的寫作技能；第七、接觸供應(yīng)商、保守公司機(jī)密的技能。第二章 硬件開發(fā)規(guī)范化管理第一節(jié) 硬件開發(fā)流程167。 硬件開發(fā)流程文件介紹在公司的規(guī)范化管理中，硬件開發(fā)的規(guī)范化是一項(xiàng)重要內(nèi)容。硬件開發(fā)規(guī)范化管理是在公司的《硬件開發(fā)流程》及相關(guān)的《硬件開發(fā)文檔規(guī)范》 、 《PCB投板流程》等文件中規(guī)劃的。硬件開發(fā)流程是指導(dǎo)硬件工程師按規(guī)范化方式進(jìn)硬件工程師手冊 6 行開發(fā)的準(zhǔn)則，規(guī)范了硬件開發(fā)的全過程。硬件開發(fā)流程制定的目的是規(guī)范硬件開發(fā)過程控制，硬件開發(fā)質(zhì)量，確保硬件開發(fā)能按預(yù)定目的完成。公司硬件開發(fā)流程的文件編號(hào)為 4/QMRSD009，生效時(shí)間為 1997 年？月21 日。硬件開發(fā)流程不但規(guī)范化了硬件開發(fā)的全過程，同時(shí)也從總體上，規(guī)定了硬件開發(fā)所應(yīng)完成的任務(wù)。做為一名硬件工程師深刻領(lǐng)會(huì)硬件開發(fā)流程中各項(xiàng)內(nèi)容，在日常工作中自覺按流程辦事，是非常重要的，否則若大一個(gè)公司就會(huì)走向混亂。所有硬件工程師應(yīng)把學(xué)流程、按流程辦事、發(fā)展完善流程、監(jiān)督流程的執(zhí)行作為自己的一項(xiàng)職責(zé)，為公司的管理規(guī)范化做出的貢獻(xiàn)。167。 硬件開發(fā)流程詳解硬件開發(fā)流程對硬件開發(fā)的全過程進(jìn)行了科學(xué)分解，規(guī)范了硬件開發(fā)的五大任務(wù)。? 硬件需求分析? 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)? 硬件開發(fā)及過程控制? 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)? 文檔歸檔及驗(yàn)收申請。硬件開發(fā)真正起始應(yīng)在立項(xiàng)后，即接到立項(xiàng)任務(wù)書后，但在實(shí)際工作中，許多項(xiàng)目在立項(xiàng)前已做了大量硬件設(shè)計(jì)工作。立項(xiàng)完成后，項(xiàng)目組就已有了產(chǎn)品規(guī)格說明書，系統(tǒng)需求說明書及項(xiàng)目總體方案書，這些文件都已進(jìn)行過評審。項(xiàng)目組接到任務(wù)后，首先要做的硬件開發(fā)工作就是要進(jìn)行硬件需求分析，撰寫硬件需求規(guī)格說明書。硬件需求分析在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中是非常重要的一環(huán)，硬件工程師更應(yīng)對這一項(xiàng)內(nèi)容加以重視。一項(xiàng)產(chǎn)品的性能往往是由軟件和硬件共同完成的，哪些是由硬件完成，哪些是由軟件完成，項(xiàng)目組必須在需求時(shí)加以細(xì)致考慮。硬件需求分析還可以明確硬件開發(fā)任務(wù)。并從總體上論證現(xiàn)在的硬件水平，包括公司的硬件技術(shù)水平是否能滿足需求。硬件需求分析主要有下列內(nèi)容。? 系統(tǒng)工程組網(wǎng)及使用說明? 基本配置及其互連方法? 運(yùn)行環(huán)境? 硬件整體系統(tǒng)的基本功能和主要性能指標(biāo)? 硬件分系統(tǒng)的基本功能和主要功能指標(biāo)硬件工程師手冊 7 ? 功能模塊的劃分? 關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)? 外購硬件的名稱型號(hào)、生產(chǎn)單位、主要技術(shù)指標(biāo)? 主要儀器設(shè)備? 內(nèi)部合作，對外合作，國內(nèi)外同類產(chǎn)品硬件技術(shù)介紹? 可靠性、穩(wěn)定性、電磁兼容討論? 電源、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? 硬件測試方案從上可見，硬件開發(fā)總體方案，把整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)一步具體化。硬件開發(fā)總體設(shè)計(jì)是最重要的環(huán)節(jié)之一。總體設(shè)計(jì)不好，可能出現(xiàn)致命的問題，造成的損失有許多是無法挽回的。另外，總體方案設(shè)計(jì)對各個(gè)單板的任務(wù)以及相關(guān)的關(guān)系進(jìn)一步明確，單板的設(shè)計(jì)要以總體設(shè)計(jì)方案為依據(jù)。而產(chǎn)品的好壞特別是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性、科學(xué)性、可靠性、穩(wěn)定性與總體設(shè)計(jì)關(guān)系密切。硬件需求分析和硬件總體設(shè)計(jì)完成后，總體辦和管理辦要對其進(jìn)行評審。一個(gè)好的產(chǎn)品，特別是大型復(fù)雜產(chǎn)品，總體方案進(jìn)行反復(fù)論證是不可缺少的。只有經(jīng)過多次反復(fù)論證的方案，才可能成為好方案。進(jìn)行完硬件需求分析后，撰寫的硬件需求分析書，不但給出項(xiàng)目硬件開發(fā)總的任務(wù)框架，也引導(dǎo)項(xiàng)目組對開發(fā)任務(wù)有更深入的和具體的分析，更好地來制定開發(fā)計(jì)劃。硬件需求分析完成后，項(xiàng)目組即可進(jìn)行硬件總體設(shè)計(jì)，并撰寫硬件總體方案書。硬件總體設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是從總體上進(jìn)一步劃分各單板的功能以及硬件的總體結(jié)構(gòu)描述，規(guī)定各單板間的接口及有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。硬件總體設(shè)計(jì)主要有下列內(nèi)容：? 系統(tǒng)功能及功能指標(biāo)? 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖及功能劃分? 單板命名? 系統(tǒng)邏輯框圖? 組成系統(tǒng)各功能塊的邏輯框圖，電路結(jié)構(gòu)圖及單板組成? 單板邏輯框圖和電路結(jié)構(gòu)圖? 關(guān)鍵技術(shù)討論? 關(guān)鍵器件總體審查包括兩部分，一是對有關(guān)文檔的格式，內(nèi)容的科學(xué)性，描述的準(zhǔn)確性以及詳簡情況進(jìn)行審查。再就是對總體設(shè)計(jì)中技術(shù)合理性、可行性等進(jìn)行審查。如果評審不能通過，項(xiàng)目組必須對自己的方案重新進(jìn)行修訂。硬件工程師手冊 8 硬件總體設(shè)計(jì)方案通過后，即可著手關(guān)鍵器件的申購，主要工作由項(xiàng)目組來完成，計(jì)劃處總體辦進(jìn)行把關(guān)。關(guān)鍵元器件往往是一個(gè)項(xiàng)目能否順利實(shí)施的重要目標(biāo)。關(guān)鍵器件落實(shí)后，即要進(jìn)行結(jié)構(gòu)電源設(shè)計(jì)、單板總體設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)電源設(shè)計(jì)由結(jié)構(gòu)室、MBC 等單位協(xié)作完成，項(xiàng)目組必須準(zhǔn)確地把自己的需求寫成任務(wù)書，經(jīng)批準(zhǔn)后送達(dá)相關(guān)單位。單板總體設(shè)計(jì)需要項(xiàng)目與 CAD 配合完成。單板總體設(shè)計(jì)過程中，對電路板的布局、走線的速率、線間干擾以及 EMI 等的設(shè)計(jì)應(yīng)與 CAD 室合作。CAD 室可利用相應(yīng)分析軟件進(jìn)行輔助分析。單板總體設(shè)計(jì)完成后，出單板總體設(shè)計(jì)方案書?？傮w設(shè)計(jì)主要包括下列內(nèi)容：? 單板在整機(jī)中的的位置：單板功能描述? 單板尺寸? 單板邏輯圖及各功能模塊說明? 單板軟件功能描述? 單板軟件功能模塊劃分? 接口定義及與相關(guān)板的關(guān)系? 重要性能指標(biāo)、功耗及采用標(biāo)準(zhǔn)? 開發(fā)用儀器儀表等每個(gè)單板都要有總體設(shè)計(jì)方案，且要經(jīng)過總體辦和管理辦的聯(lián)系評審。否則要重新設(shè)計(jì)。只有單板總體方案通過后，才可以進(jìn)行單板詳細(xì)設(shè)計(jì)。單板詳細(xì)設(shè)計(jì)包括兩大部分：? 單板軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)? 單板硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)單板軟、硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)，要遵守公司的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范，必須對物料選用，以及成本控制等上加以注意。本書其他章節(jié)的大部分內(nèi)容都是與該部分有關(guān)的，希望大家在工作中不斷應(yīng)用，不斷充實(shí)和修正，使本書內(nèi)容更加豐富和實(shí)用。 。不同的單板，硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)差別很大。但應(yīng)包括下列部分： 單板整體功能的準(zhǔn)確描述和模塊的精心劃分。 接口的詳細(xì)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵元器件的功能描述及評審，元器件的選擇。 符合規(guī)范的原理圖及 PCB 圖。 對 PCB 板的測試及調(diào)試計(jì)劃。 硬件工程師手冊 9 單板詳細(xì)設(shè)計(jì)要撰寫單板詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告。詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告必須經(jīng)過審核通過。單板軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告由管理辦組織審查，而單板硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告，則要由總體辦、管理辦、CAD 室聯(lián)合進(jìn)行審查，如果審查通過，方可進(jìn)行 PCB 板設(shè)計(jì)，如果通不過，則返回硬件需求分析處，重新進(jìn)行整個(gè)過程。這樣做的目的在于讓項(xiàng)目組重新審查一下，某個(gè)單