嵌入式开发各阶段详解

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嵌入式开发各阶段详解[color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]

本文由【玩点嵌入式】公众号提供~

嵌入式产品的开发过程需要遵循一些基本的流程，都是一个从需求分析到总体设计，详细设计到最后产品完成的过程。

但是，与普通电子产品相比，嵌入式产品的开发流程又有其特殊之处。它包含嵌入式软件和嵌入式硬件两大部分。
嵌入式产品的研发流程具体如下图：

下面，针对嵌入式产品的开发过程中的各个阶段，我们进行详细探讨。

阶段1：产品需求

在这一个阶段，我们需要弄清楚的是产品的需求从何而来，一个成功的产品，我们需要满足哪些需求。只有需求明确了，我们的产品开发目标才能明确。在产品需求分析阶段，我们可以通过以下这些途径获取产品需求：

• 市场分析与调研，主要是看市场有什么需求,还有就是前沿的技术是什么(站在做一款产品的角度);
• 客户调研和用户定位，从市场广大客户那获取最准确的产品需求(要注意分析市场，产品生命周期，升级是否方便);
• 利润导向(成本预算);
• 如果是外包项目，则需要我们的客户提供产品的需求(直接从客户那获取，让客户签协议);
  
  

当一个项目做完的时候，如果客户突然又增加需求，增加功能，将导致你的项目周期严重拖延，成本剧烈上升，并且测试好的产品可能要全部重新测试，原本的设计可能将不会满足当前的要求。
所以做项目之前，最好要跟客户把需求确定下来，并且签定一份协议，否则，你辛苦多少个日日夜夜，得到的将是一个无法收拾的烂摊子!

阶段2：产品规格说明

在前一个阶段，我们搜集了产品的所有需求。那么在产品规格说明阶段，我们的任务是将所有的需求，细化成产品的具体的规格，就比如一个简单的USB转串口线，我们需要确定产品的规格，包括：

• 产品的外观;
• 产品支持的操作系统;
• 产品的接口形式和支持的规范;
  
  

等等诸如此类，切记，在形成了产品的规格说明后，在后续的开发过程中，我们必须严格的遵守，没有200%的理由，不能随意更改产品的需求。否则，产品的开发过程必将是一个反复无期的过程。

《产品规格说明》主要从以下方面进行考虑：

• 考虑该产品需要哪些硬件接口;
• 产品用在哪些环境下，要做多大，耗电量如何。如果是消费类产品，还跟设计美观，产品是否便于携带，以确定板子大小的需求，是否防水;
• 产品成本要求;
• 产品性能参数的说明(例如交换机，如果是百兆的速率，用于家庭和一般公司;如果是用于整个省的交换，那设计的速率肯定数十万兆以上了)所以说，产品性能参数的不同，就会影响到我们设计考虑的不同，那么产品的规格自然就不同了;
• 需要适应和符合的国家标准，国际标准，或行业标准;
  

阶段3：产品总体设计方案

在完成了产品规格说明以后，我们需要针对这一产品，了解当前有哪些可行的方案，通过几个方案进行对比，包括从成本、性能、开发周期、开发难度等多方面进行考虑，最终选择一个最适合自己的产品总体设计方案。

在这一阶段，我们除了确定具体实现的方案外，我们还需要综合考虑，产品开发周期，多少人月的工作量，需要哪些资源或者外部协助，以及开发过程中可能遇到的风险及应对措施，形成整个项目的项目计划，指导我们的整个开发过程。

阶段4：产品概要设计

产品概要设计主要是在总体设计方案的基础上进一步的细化，具体从硬件和软件两方面入手：

硬件模块概要设计
硬件模块概要设计，主要从硬件的角度出发，确认整个系统的架构，并按功能来划分各个模块，确定各个模块的的大概实现。首先要依据我们到底要哪些外围功能以及产品要完成的工作，来进行CPU选型(注意：CPU一旦确定，那么你的周围硬件电路，就要参考该CPU厂家提供的方案电路来设计)。
然后再根据产品的功能需求选芯片，比如是外接AD还是用片内AD，采用什么样的通讯方式，有什么外部接口，还有最重要的是要考虑电磁兼容。

一般一款CPU 的生存周期是5-8年，你考虑选型的时候要注意，不要选用快停产的CPU，以免出现这样的结局：产品辛辛苦苦开发了1到2 年，刚开发出来，还没赚钱，CPU又停产了，又得要重新开发。很多公司就死在这个上面。

软件模块概要设计
软件模块概要设计阶段，主要是依据系统的要求，将整个系统按功能进行模块划分，定义好各个功能模块之间的接口，以及模块内主要的数据结构等。

阶段5：产品详细设计

硬件模块详细设计

主要是具体的电路图和一些具体要求，包括 PCB和外壳相互设计，尺寸这些参数。接下来，我们就需要依据硬件模块详细设计文档的指导，完成整个硬件的设计。包括原理图、PCB的绘制。

软件模块详细设计

功能函数接口定义，该函数功能接口完成功能，数据结构，全局变量，完成任务时各个功能函数接口调用流程。在完成了软件模块详细设计以后，就进入具体的编码阶段，在软件模块详细设计的指导下 ，完成整个系统的软件编码。

一定要注意需要先完成模块详细设计文档以后，软件才进入实际的编码阶段，硬件进入具体的原理图、PCB实现阶段，这样才能尽量在设计之初就考虑周全，避免在设计过程中反复修改。提高开发效率，不要为了图一时之快，没有完成详细设计，就开始实际的设计步骤。

阶段6&7：产品调试与验证

该阶段主要是调整硬件或代码，修正其中存在的问题和BUG，使之能正常运行，并尽量使产品的功能达到产品需求规格说明要求。

硬件部分：

• 目测加工会得PCB板是否存在短路，器件是否焊错，或漏焊接;
• 测试各电源对地电阻是否正常;
• 上电，测试电源是否正常;
• 分模块调试硬件模块，可借助示波器、逻辑分析仪等根据。
  

软件部分：
验证软件单个功能是否实现，验证软件整个产品功能是否实现。

阶段8：测试

功能测试(测试不通过，可能是有BUG);

压力测试(测试不通过，可能是有BUG或哪里参数设计不合理);

性能测试(产品性能参数要提炼出来，供将来客户参考，这个就是你的产品特征的一部分);

其他专业测试：包括工业级的测试，例如含抗干扰测试，产品寿命测试，防潮湿测试，高温和低温测试(有的产品有很高的温度或很低的温度工作不正常，甚至停止工作)。
有的设备电子元器件在特殊温度下，参数就会异常，导致整个产品出现故障或失灵现象的出现;有的设备，零下几十度的情况下，根本就启动不了，开不了机;有的设备在高温下，电容或电阻值就会产生物理的变化，这些都会影响到产品的质量。
这里要引出一个话题，工业级产品与消费类产品有什么区别呢?工业级的产品就要避免这些异常和特殊问题，有的产品是在很深的海里工作，或者在严寒的山洞工作，或者火热沙漠工作，或者颠簸的设备上，比如汽车;或者是需要防止雷击;所以这就是工业级产品跟消费类产品的区别，消费类的产品就不需要做这么多的测试。

阶段9：产品

通过上一阶段完整测试验证，在此阶段，即得到我们开发成功的产品。在此阶段，可以比较实际的产品和最初的形成的产品规格说明，看经过一个完整的开发过程，是否产品完全符合最初的产品规格说明，又或者，中途发现产品规格说明存在问题，对它进行了多少修改呢?