【導讀】嵌入式設計是個龐大的工程，今天就說說硬件電路設計方面的幾個注意事項。本文分享的是一位工程師自己從底層一步步做嵌入式設計的心得和經(jīng)驗，希望能對新手有所借鑒。
我走的電子開發(fā)道路其實和大多數(shù)人說的一樣，基本的路線為模擬電子(熟練)→數(shù)字電路設計(掌握)→單片機(項目開發(fā))→ARM硬件設計(項目開發(fā))→linux學習→linux驅(qū)動學習→ARM&linux底層開發(fā)(項目開發(fā))→ARM&linux頂層開發(fā)(項目開發(fā))→項目經(jīng)理。我現(xiàn)在還在路上折騰，現(xiàn)在將我的教訓和心得拿來給大家分享，希望對于新手有借鑒。
嵌入式設計是個龐大的工程，今天就說說硬件電路設計方面的幾個注意事項，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計的一個特點硬件可剪裁。在做嵌入式硬件設計中，以下幾點需要關(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、二氧化碳和氮氣等但是含量穩(wěn)定，這就相當于電源系統(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)的正常運行不但需要穩(wěn)定足夠的電源，還要有足夠的電流(其實就是功率達到要求)，因此在選擇電源器件的時候需要考慮其負載，我設計時一般留有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
晶振相當于嵌入式系統(tǒng)的心臟，其穩(wěn)定與否直接關(guān)系其運行狀態(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。在單片機設計中，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節(jié)。
b、有源晶振
具有更好的更準確的時鐘信號，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計中需要關(guān)注的成本。
在做電路板設計時需要注意晶振走線盡量靠近芯片，關(guān)鍵信號遠離時鐘走線。在條件允許的情況下增加接地保護環(huán)。如果是多層板，也要講關(guān)鍵信號遠離晶振的走線。
第三、 預留測試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)運行過程中適當控制該IO接口，從而判斷系統(tǒng)是否正常運行。
第四、外擴存儲設備
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)需要運行大點的操作系統(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，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)多少來進行選擇，一般來說個數(shù)越多，布線越復雜，但是知道其關(guān)鍵點，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，達到設計者預設的目的。常用的接口有串口(可用來連接藍牙，wifi和3G等模塊)，USB接口、 網(wǎng)絡接口、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，做好電磁兼容設計是重要的一項工作。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備模塊，通過相關(guān)接口連接到電腦主機或者直接掛在網(wǎng)絡上，那么屏幕就不需要了。但是如果做出來的是一個消費類產(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計中的一些經(jīng)驗，有些經(jīng)驗是經(jīng)過沉痛教訓獲得的。希望對你有所啟發(fā)。
