硬件工程师手册
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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 ---------------------------------------------------------------- - 3 - §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 - §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 -
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§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 -------------------------------------------------------------------------------- - 81 - §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 ------------------------------------------------------------------------------- - 90 - 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 - §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 -
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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
§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
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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
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。 新。
中考虑将来的技术升级。
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。
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§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。
电路、高速信号传输线的匹配电路等；
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
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