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硬件工程师手册
硬件工程师手册
目 录
第一章 概述 ------------------------------------------------------------------------------- - 3 -
第一节 硬件开发过程简介 ------------------------------------------------------------- - 3 -
§1.1.1 硬件开发的基本过程------------------------------------------------------------- - 4 -
§1.1.2 硬件开发的规范化---------------------------------------------------------------- - 4 -
第二节 硬件工程师职责与基本技能 ----------------------------------------------- - 4 -
§1.2.1 硬件工程师职责------------------------------------------------------------------- - 4 -
§1.2.1 硬件工程师基本素质与技术---------------------------------------------------- - 5 -
第二章 硬件开发规范化管理 ---------------------------------------------------------- - 5 -
第一节 硬件开发流程 ----------------------------------------------------------------- - 5 -
§3.1.1 硬件开发流程文件介绍---------------------------------------------------------- - 5 -
§3.2.2 硬件开发流程详解---------------------------------------------------------------- - 6 -
第二节 硬件开发文档规范 ----------------------------------------------------------- - 9 -
§2.2.1 硬件开发文档规范文件介绍---------------------------------------------------- - 9 -
§2.2.2 硬件开发文档编制规范详解--------------------------------------------------- - 10 -
第三节 与硬件开发相关的流程文件介绍 ---------------------------------------- - 11 -
§3.3.1 项目立项流程:------------------------------------------------------------------ - 11 -
§3.3.2 项目实施管理流程:------------------------------------------------------------ - 12 -
§3.3.3 软件开发流程:------------------------------------------------------------------ - 12 -
§3.3.4 系统测试工作流程:------------------------------------------------------------ - 12 -
§3.3.5 中试接口流程--------------------------------------------------------------------- - 12 -
§3.3.6 内部验收流程--------------------------------------------------------------------- - 13 -
第三章 硬件 EMC 设计规范----------------------------------------------------------- 13 -
第一节 CAD 辅助设计 ----------------------------------------------------------------- - 14 -
第二节 可编程器件的使用 ---------------------------------------------------------- - 19 -
§3.2.1 FPGA 产品性能和技术参数 ------------------------------------------------------ 19 -
§3.2.2 FPGA 的开发工具的使用: ------------------------------------------------------ 22 -
§3.2.3 EPLD 产品性能和技术参数 ------------------------------------------------------ 23 -
§3.2.4 MAX + PLUS II 开发工具 ------------------------------------------------------ - 26 -
§3.2.5 VHDL 语音-------------------------------------------------------------------------- - 33 -
第三节 常用的接口及总线设计 ---------------------------------------------------- - 42 -
§3.3.1 接口标准:------------------------------------------------------------------------ - 42 -
§3.3.2 串口设计:------------------------------------------------------------------------ - 43 -
§3.3.3 并口设计及总线设计:--------------------------------------------------------- - 44 -
§3.3.4 RS-232 接口总线 --------------------------------------------------------------- - 44 -
§3.3.5 RS-422 和 RS-423 标准接口联接方法 ------------------------------------ - 45 -
§3.3.6 RS-485 标准接口与联接方法 ------------------------------------------------ - 45 -
§3.3.7 20mA 电流环路串行接口与联接方法 ----------------------------------------- - 47 -
第四节 单板硬件设计指南 ---------------------------------------------------------- - 48 -
- 1 -
硬件工程师手册
§3.4.1 电源滤波:------------------------------------------------------------------------ - 48 -
§3.4.2 带电插拔座:--------------------------------------------------------------------- - 48 -
§3.4.3 上下拉电阻:--------------------------------------------------------------------- - 49 -
§3.4.4 ID 的标准电路 -------------------------------------------------------------------- - 49 -
§3.4.5 高速时钟线设计------------------------------------------------------------------ - 50 -
§3.4.6 接口驱动及支持芯片------------------------------------------------------------ - 51 -
§3.4.7 复位电路--------------------------------------------------------------------------- - 51 -
§3.4.8 Watchdog 电路 -------------------------------------------------------------------- - 52 -
§3.4.9 单板调试端口设计及常用仪器------------------------------------------------ - 53 -
第五节 逻辑电平设计与转换 ------------------------------------------------------- - 54 -
§3.5.1 TTL、ECL、PECL、CMOS 标准-------------------------------------------------- - 54 -
§3.5.2 TTL、ECL、MOS 互连与电平转换 --------------------------------------------- - 66 -
第六节 母板设计指南 ---------------------------------------------------------------- - 67 -
§3.6.1 公司常用母板简介--------------------------------------------------------------- - 67 -
§3.6.2 高速传线理论与设计------------------------------------------------------------ - 70 -
§3.6.3 总线阻抗匹配、总线驱动与端接--------------------------------------------- - 76 -
§3.6.4 布线策略与电磁干扰------------------------------------------------------------ - 79 -
第七节 单板软件开发 ---------------------------------------------------------------- - 81 -
§3.7.1 常用 CPU 介绍 ---------------------------------------------------------------------- - 81 -
§3.7.2 开发环境 ---------------------------------------------------------------------------- - 82 -
§3.7.3 单板软件调试 ---------------------------------------------------------------------- - 82 -
§3.7.4 编程规范 ---------------------------------------------------------------------------- - 82 -
第八节 硬件整体设计 ---------------------------------------------------------------- - 88 -
§3.8.1 接地设计--------------------------------------------------------------------------- - 88 -
§3.8.2 电源设计--------------------------------------------------------------------------- - 91 -
第九节 时钟、同步与时钟分配 ---------------------------------------------------- - 95 -
§3.9.1 时钟信号的作用------------------------------------------------------------------ - 95 -
§3.9.2 时钟原理、性能指标、测试------------------------------------------------- - 102 -
第十节 DSP 技术 --------------------------------------------------------------------- - 108 -
§3.10.1 DSP 概述------------------------------------------------------------------------ - 108 -
§3.10.2 DSP 的特点与应用 ------------------------------------------------------------ - 109 -
§3.10.3 TMS320 C54X DSP 硬件结构 ------------------------------------------------ 110 -
§3.10.4 TMS320C54X 的软件编程 ------------------------------------------------------ 114 -
第四章 常用通信协议及标准 ------------------------------------------------------- - 120 -
第一节 国际标准化组织---------------------------------------------------------------- - 120 -
§4.1.1 ISO ---------------------------------------------------------------------------- - 120 -
§4.1.2 CCITT 及 ITU-T ------------------------------------------------------------- - 121 -
§4.1.3 IEEE --------------------------------------------------------------------------- - 121 -
§4.1.4 ETSI --------------------------------------------------------------------------- - 121 -
§4.1.5 ANSI --------------------------------------------------------------------------- - 122 -
§4.1.6 TIA/EIA ---------------------------------------------------------------------- - 122 -
§4.1.7 Bellcore --------------------------------------------------------------------- - 122 -
第二节 硬件开发常用通信标准------------------------------------------------------- - 122 -
§4.2.1 ISO 开放系统互联模型---------------------------------------------------- - 122 -
§4.2.2 CCITT G 系列建议 -------------------------------------------------------- - 123 -
§4.2.3 I 系列标准 ---------------------------------------------------------------------- - 125 -
§4.2.4 V 系列标准 -------------------------------------------------------------------- - 125 -
- 2 -
硬件工程师手册
§4.2.5 TIA/EIA 系列接口标准 --------------------------------------------------- - 128 -
§4.2.5 CCITT X 系列建议 -------------------------------------------------------- - 130 -
参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------- - 132 -
第五章 物料选型与申购 ------------------------------------------------------------- - 132 -
第一节 物料选型的基本原则------------------------------------------------------------- - 132 -
第二节 IC 的选型 --------------------------------------------------------------------------- - 134 -
第三节 阻容器件的选型------------------------------------------------------------------- - 137 -
第四节 光器件的选用---------------------------------------------------------------------- - 141 -
第五节 物料申购流程---------------------------------------------------------------------- - 144 -
第六节 接触供应商须知------------------------------------------------------------------- - 145 -
第七节 MRPII 及 BOM 基础和使用 ------------------------------------------------------- - 146 -
第一章 概述
第一节 硬件开发过程简介
- 3 -
硬件工程师手册
§1.1.1 硬件开发的基本过程
产品硬件项目的开发,首先是要明确硬件总体需求情况,如 CPU 处理能力、
存储容量及速度,I/O 端口的分配、接口要求、电平要求、特殊电路(厚膜等)
要求等等。其次,根据需求分析制定硬件总体方案,寻求关键器件及电咱的技术
资料、技术途径、技术支持,要比较充分地考虑技术可能性、可靠性以及成本控
制,并对开发调试工具提出明确的要求。关键器件索取样品。第三、总体方案确
定后,作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,同时完成开发物料清单、新器件编码申请、物料申领。第
四,领回 PCB 板及物料后由焊工焊好 1~2 块单板,作单板调试,对原理设计中
的各功能进行调测,必要时修改原理图并作记录。第五,软硬件系统联调,一般
的单板需硬件人员、单板软件人员的配合,特殊的单板(如主机板)需比较大型
软件的开发,参与联调的软件人员更多。一般地,经过单板调试后在原理及 PCB
布线方面有些调整,需第二次投板。第六,内部验收及转中试,硬件项目完成开
发过程。
§1.1.2 硬件开发的规范化
上节硬件开发的基本过程应遵循硬件开发流程规范文件执行,不仅如此,硬
件开发涉及到技术的应用、器件的选择等,必须遵照相应的规范化措施才能达到
质量保障的要求。这主要表现在,技术的采用要经过总体组的评审,器件和厂家
的选择要参照物料认证部的相关文件,开发过程完成相应的规定文档,另外,常
用的硬件电路(如 ID.WDT)要采用通用的标准设计。
第二节 硬件工程师职责与基本技能
§1.2.1 硬件工程师职责
一个技术领先、运行可靠的硬件平台是公司产品质量的基础,硬件工程师职
责神圣,责任重大。
1、硬件工程师应勇于尝试新的先进技术之应用,在产品硬件设计中大胆创
- 4 -
硬件工程师手册
新。
2、坚持采用开放式的硬件架构,把握硬件技术的主流和未来发展,在设计
中考虑将来的技术升级。
3、充分利用公司现有的成熟技术,保持产品技术上的继承性。
4、在设计中考虑成本,控制产品的性能价格比达至最优。
5、技术开放,资源共享,促进公司整体的技术提升。
§1.2.1 硬件工程师基本素质与技术
硬件工程师应掌握如下基本技能:
第一、由需求分析至总体方案、详细设计的设计创造能力;
第二、熟练运用设计工具,设计原理图、EPLD、FPGA 调试程序的能力;
第三、运用仿真设备、示波器、逻辑分析仪调测硬件的能力;
第四、掌握常用的标准电路的设计能力,如 ID 电路、WDT 电路、π型滤波
电路、高速信号传输线的匹配电路等;
第五、故障定位、解决问题的能力;
第六、文档的写作技能;
第七、接触供应商、保守公司机密的技能。
第二章 硬件开发规范化管理
第一节 硬件开发流程
§3.1.1 硬件开发流程文件介绍
在公司的规范化管理中,硬件开发的规范化是一项重要内容。硬件开发规范
化管理是在公司的《硬件开发流程》及相关的《硬件开发文档规范》、《PCB 投
板流程》等文件中规划的。硬件开发流程是指导硬件工程师按规范化方式进行开
发的准则,规范了硬件开发的全过程。硬件开发流程制定的目的是规范硬件开发
- 5 -
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