硬件开发的基本过程

对于产品硬件的开发，分为以下五大关键任务

• 硬件需求分析

• 总体方案制定

• 单板设计方案及单板详细设计

• 原理图设计及PCB设计

• 调试及验收

• 开发文档规范及归档要求

1、硬件需求分析：接到项目立项任务书后，硬件开发工作就是要进行硬件需求分析，根据项目组产品需求说明书及项目总体方案书撰写《硬件需求说明书》，如CPU处理能力、存储容量及速度、LCD、屏幕分辨率、I/O端口的分配、接口要求、电平要求及一些特殊电路设计要求等等，硬件需求分析在整个产品开发过程中是非常重要的一环，需重视此过程；

《硬件需求说明书》主要有下列内容：

• 系统工程组网及使用说明
• 基本配置及其互连方法
• 运行环境
• 硬件整体系统的基本功能和主要性能指标
• 硬件分系统的基本功能和主要功能指标
• 功能模块的划分
• 关键技术的攻关
• 外购硬件的名称型号、生产单位、主要技术指标
• 主要仪器设备
• 内部合作，对外合作，国内外同类产品硬件技术介绍
• 可靠性、稳定性、电磁兼容讨论
• 电源、工艺结构设计
• 硬件测试方案

2、总体方案制定：硬件总体设计的主要任务就是从总体上进一步划分各单板的功能以及硬件的总体结构描述，规定各单板间的接口及有关的技术指标。不但给出项目硬件开发总的任务框架，也引导项目组对开发任务有更深入和具体的分析，更好地来制定开发计划。硬件开发总体方案可以把整个系统进一步具体化，硬件开发总体设计是最重要的环节之一，总体设计做不好，可能出现致命的问题，造成的损失多数是无法挽回的，主要有下列内容：

• 系统功能及功能指标
• 系统总体结构图及功能划分
• 单板命名
• 系统逻辑框图
• 组成系统各功能块的逻辑框图，电路结构图及单板组成
• 单板逻辑框图和电路结构图
• 关键技术讨论
• 关键器件

3、单板设计方案及单板详细设计：对于复杂的系统将硬件总体设计方案和单板设计方案分两次进行评审，而简单的项目（如一块功能单板）可以将硬件总体方案和单板设计方案合并为一个文档进行评审，主要包含下列内容：

• 单板在整机中的的位置：单板功能描述
• 单板尺寸
• 单板逻辑图及各功能模块说明
• 单板软件功能描述
• 单板软件功能模块划分
• 接口定义及与相关板的关系
• 重要性能指标、功耗及采用标准
• 开发用仪器仪表等
• 单板详细设计及评审
• 单板硬件详细设计
• 单板软件详细设计
• 原理图设计及PCB设计

4、原理图设计及PCB设计：

原理图设计开始于硬件详细设计评审通过，原理图设计是硬件设计的首要步骤。原理图设计之前，首先要对元器件建库，参照“3.2中心库设计规范”，还应根据任务需求对一些关键信号进行布线前仿真，以确定是否需要对这些信号进行特殊处理，如增加匹配电阻或者电容等；

在开始PCB物理实现（布线）之前，首先需要对PCB进行方案设计。PCB设计方案主要考虑其结构特点，电磁兼容性、信号完整性、电源完整性、热设计、可制造性、可调试性等特点，完成PCB的布局。其中部分工作如信号完整性、电源完整性及热设计可与硬件详细设计交叉进行。PCB设计方案应对原理图中关键指标（阻抗、时延、抗干扰等）是如何实现的提出具体措施。

PCB设计须按照PCB设计规范进行，PCB布局确定之后，总的布局规划禁止改动，功能模块内可以进行位置调整，如功能模块进行较大调整，须向组里提出申请组织讨论，讨论通过后方可进行布线工作。

在PCB投产前设计者要向项目组提出投板申请。首先由硬件组负责PCB设计规范的检查，并给出规范完成情况表与PCB图一并交予室里，由设计组组织人员对关键部分的设计要求进行评审检查。PCB投板申请需由项目负责人签字批准。

5、软硬件系统联调及验收：

硬件调试过程中，每次所投PCB板，工程师应提交一份过程文档，以便管理阶层了解进度，进行考评，另外也给其他相关工程师留下一份有参考价值的技术文档。每次所投PCB板时应制作此文档。这份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法，原始数据记录、系统方案修改说明、单板方案修改说明、器件改换说明、原理图、PCB图修改说明、可编程器件修改说明、调试工作阶段总结、调试进展说明、下阶段调试计划以及测试方案的修改等。

软件调试过程中，每月收集一次单板软件过程调试文档，或调试完毕（指不满一月）收集，尽可能清楚，完整列出软件调试修改过程。单板软件过程调试文档应当包括以下内容：单板软件功能模块划分及各功能模块调试进度、单板软件调试出现问题及解决、下阶段的调试计划、测试方案修改。

系统联调过程中，应出单板系统联调报告。单板系统联调报告包括这些内容：系统功能模块划分、系统功能模块调试进展、系统接口信号的测试原始记录及分析、系统联调中出现问题及解决、调试技巧集锦、整机性能评估等。

在单板调试完之后，申请内部验收之前，应先进行自测以确保每个功能都能实现，每项指标都能满足。自测完毕应出单板硬件测试文档，单板硬件测试文档包括以下内容：单板功能模块划分、各功能模块设计输入输出信号及性能参数、各功能模块测试点确定、各测试参考点实测原始记录及分析、板内高速信号线测试原始记录及分析、系统I/O口信号线测试原始记录及分析，整板性能测试结果分析。

由于现在软硬件联系密切，无法简单的区别硬件与软件的工作，因此硬件验收的界定较为复杂。一般来说硬件调试需要完成的工作有如下几方面内容：电源调试、时钟源调试、各功能电路工作正常、可编程器件可正常工作、CPU工作自启动正常以及输入输出指标正常（需要编写接口控制程序）等。硬件验收即需要硬件设计人员提供上述各方面的调试（测试）记录，记录数据和实际测试数据达到任务要求方可通过硬件验收。

6、开发文档规范及归档要求：

为规范硬件开发过程中文档的编写，明确文档的格式和内容，规定硬件开发过程中所需文档清单，与《硬件开发流程》对应制定了《硬件开发文档编制规范》。开发人员在写文档时往往会漏掉一些该写的内容，编制规范在开发人员写文档时也有一定的提示作用。《硬件开发文档编制规范》适用于硬件相关项目的开发阶段及测试阶段的文档编制。

规范中共列出以下文档的规范：

• 硬件需求说明书
• 硬件总体设计方案
• 单板设计方案
• 单板硬件详细设计
• 单板软件详细设计
• 单板硬件过程调试文档
• 单板软件过程调试文档
• 单板系统联调报告
• 单板硬件测试文档
• 单板硬件归档详细文档
• 单板软件归档详细文档
• 硬件总体方案归档详细文档
• 硬件单板方案归档详细文档
• 硬件信息库