产品设计过程---硬件开发

产品设计过程——硬件开发课程简介:本课程以产品设计过程为主线，详细讲解产品设计过程中的各个环节，帮助学员理解产品开发流程，树立按流程办事和流程优化的思想，更好地开展工作。适合对象：硬件研发类新员工培训目标：学完本课程后，学员能够达到：了解产品设计过程，并在实际工作中能够按流程办事。课程要点：硬件工程师职责与基本技能硬件开发规范化管理的重要性硬件开发过程及文档规范详解与硬件开发相关的流程文件介绍产品设计过程——硬件开发第一章硬件工程师职责与基本技能第一节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生。4、在设计中考虑成本，控制产品的性能价格比达到最优。5、技术开放，资源共享，促进公司整体的技术提升。第二节硬件工程师的基本素质与技术硬件工程师应掌握如下基本技能：1、由需求分析至总体方案、详细设计的设计创造能力；2、熟练运用设计工具，设计原理图，EPLD，FPGA调试程序的能力；3、运用仿真设备，示波器，逻辑分析仪调测硬件的能力；4、掌握常用的标准电路的设计能力，如CPU电路，WDT电路，滤波电路，高速信号传输线的匹配电路等；5、故障定位，解决问题的能力；6、文档的写作能力；7、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规范化管理的重要性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《硬件开发文档编制规范》，《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过程控制，硬件开发质量，确保硬件开发能按预定目的完成。硬件开发流程不但规范化了硬件开发的全过程，同时也从总体上，规定了硬件开发所完成的任务。做为一名硬件工程师深刻领会硬件开发流程中各项内容，在日常工作中自觉按流程办事，是非常重要的，否则若大一个公司就会走向混乱。所有硬件工程师应把学流程、按流程办事、发展完善流程、监督流程的执行作为自己的一项职责，为公司的管理规范化做出的贡献。总之，硬件开发流程是硬件工程师规范日常开发工作的重要依据，全体硬件工程师必须认真学习。第二节硬件开发过程详解硬件开发过程对硬件开发的全过程进行了科学分解，规范了硬件开发的五大任务，也划分硬件开发的五大阶段。1、硬件需求分析2、硬件系统设计3、硬件开发及过程控制4、系统联调5、文档归档及验收申请硬件开发真正起始应在立项后，即接到立项任务书后，但在实际工作中，许多项目在立项之前已做了大量硬件设计工作。立项完成后，项目组就已有了产品规格说明书，系统需求说明书及项目总体方案书，这些文件都已进行过评审。1、硬件需求分析项目组接到任务后，首先要做的硬件开发工作就是要进行硬件需求分析，撰写硬件需求规格说明书。硬件需求分析在整个产品开发过程中是非常重要的一环，硬件工程师更应对这一项内容加以重视。一项产品的性能往往是由软件和硬件共同完成的，哪些是由硬件完成，哪些是由软件完成，项目组必须在需求时加以细致考虑。硬件需求分析还可以明确硬件开发任务。并从总体上论证现在的硬件水平，包括公司的硬件技术水平是否满足需求。硬件需求分析主要有以下内容：系统运行环境及使用说明基本配置及其互连方法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，国内外同类产品的硬件技术介绍可靠性、稳定性、电磁兼容讨论电源、工艺结构设计硬件测试方案进行完硬件需求分析后，撰写《硬件需求说明书》。《硬件需求说明书》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的和具体的分析，更好地来制定开发计划。《硬件需求说明书》是描写硬件开发目标，基本功能，基本配置，主要性能指标，运行环境，约束条件以及开发经费和进度等要求，它的要求依据是《产品规格说明书》和《系统需求说明书》。它是硬件总体设计和制订硬件开发计划的依据。《硬件需求说明书》的具体编写的内容有：系统运行环境及使用说明，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性能指标以及功能模块的划分等。2、硬件系统设计硬件需求分析完成后，项目组即可进行硬件系统设计。硬件系统设计是把整个系统进一步具体化。硬件系统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。硬件系统设计主要有下列内容：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关键器件在硬件系统设计阶段需要撰写《硬件总体设计报告》。《硬件总体设计报告》是根据需求说明书的要求进行总体设计后出的报告，它是硬件详细设计的依据。编写《硬件总体设计报告》应包含以下内容：系统总体结构及功能划分，系统逻辑框图，组成系统各功能模块的逻辑框图，电路结构图及单板组成，单板逻辑框图和电路结构图，以及可靠性，安全性，电磁兼容性讨论和硬件测试方案等。硬件系统设计是最重要的环节之一。系统设计不好，可能出现致命的问题，造成的损失有许多是无法挽回。另外，系统设计对各个单板的任务以及相关的关系进一步明确，单板的设计要以系统设计为依据。而产品的好坏特别是系统的设计合理性、科学性、可靠性、稳定性与系统设计关系密切。一个好的产品，特别是大型复杂产品，系统方案进行反复论证是不可缺少的。只有经过多次反复论证的方案，才可能成为好方案。硬件需求分析和硬件总体设计完成后，项目评审委员会要对其进行评审。审查包括两部分，一是对有关文档的格式，内容的科学性，描述的准确性以及详简情况进行审查。再就是对总体设计中技术合理性、可行性等进行审查。如果评审不能通过，项目组必须对自己的方案重新进行修订。3、硬件开发及过程控制硬件总体方案通过后，即可着手关键器件的申购，主要工作由项目组来完成，计划办总体办进行把关。关键元器件往往是一个项目能否顺利[实施的重要目标。关键器件落实后，即要进行结构与电源设计、单板总体设计。结构与电源设计由其它项目组或部门来协作完成，项目组必须准确地把自己的需求写成任务书，经批准后送达相关项目组或部门。单板总体设计需要项目组与CAD组配合完成。单板总体设计过程中，对电路板的布局、走线的速率、线间干扰以及EMI等的设计应与CAD组合作。CAD组可利用相应分析软件进行辅助分析。单板总体设计主要包括下列内容：单板在整机中的位置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开发用仪器仪表等在单板的总体设计方案定下来之后应出《单板总体设计方案书》这份文档，《单板总体设计方案》应包含以下内容：单板版本号，单板在整机中的位置，开发目的及主要功能，单板功能描述，单板逻辑框图及各功能模块说明，单板软件功能描述及功能模块划分，接口简单定义与相关板的关系，主要性能指标，功耗和采用标准。每个单板都要有总体设计方案，且要经过项目评审委员会评审。只有单板总体方案评审通过后，才可以进行单板详细设计。单板详细设计包括两大部分：单板软件详细设计单板硬件详细设计其中单板硬件详细设计应包括下列部分：单板整体功能的准确描述模块的精心划分接口的详细设计关键元器件的功能描述及评审，元器件的选择符合规范的原理图及PCB图对PCB板的测试及调试计划在单板硬件进入到详细设计阶段，应提交《单板硬件详细设计报告》。在单板硬件详细设计中应着重体现：单板逻辑框图及各功能模块详细说明，各功能模块实现方式，地址分配，控制方式，接口方式，存储器空间，中继方式，接口管脚信号详细定义，时序说明，性能指标，指示灯说明，外接线定义，可编程器件图，功能模块说明，原理图，详细物料清单以及单板测试，调试计划。有时候一块单板的硬件和软件分别由两个开发人员开发，因此这时单板硬件详细设计便为软件设计者提供一人详细的指导，因此单板硬件详细设计报告至关重要。尤其是地址分配、控制方式、接口方式、中断方式是编制单板软件的基础，一定要详细写出。单板硬件的详细设计报告，则要项目评审委员会与CAD组联合进行审查，如果审查通过，方可进行PCB板设计，如果通不过，则返回硬件需求分析处，重新进行整个过程。这样做的目的在于让项目组重新审查一下，某个单板详细设计通不过，是否会引起项目整体设计的改动。如单板详细设计报告通过，项目组一边要与生产、商务部门配合准备单板物料申购，一方面进行PCB板设计。PCB板设计需要项目组与CAD组配合进行，PCB原理图是由项目组完成的，而PCB画板和投板的管理工作都由CAD组完成。PCB投板有专门的PCB样板流程。PCB板设计完成后，就要进行单板硬件过程调试，调试过程中要注意多记录、总结，勤于整理，写出《单板硬件过程调试文档》，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。如果PCB测试不通过，要重新投板，则要由项目评审委员会与CAD组联合决定。每次所投PCB板时应制作《单板硬件过程调试文档》，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。在单板调试完成之后，申请内部验收之前，项目组应先进行自测。项目组要把单板放到相应环境进行单板硬件测试，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。4、系统联调在结构电源、单板软硬件都已完成开发后，就可以进行系统联调。系统联调是整机性能提高，稳定的重要环节，认真周到的系统联调可以发现各单板以及整体设计的不足，也是验证设计目的是否达到的唯一方法。只有对各种可能的环节验证到才能保证机器走向市场后工作的可靠性和稳定性。在整个系统联调过程要进行详细记录，必须撰写《系统联调报告》。《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。系统联调后，必须经项目评审委员会对联调结果进行评审，看是不是符合设计要求。如果不符合设计要求将要返回去进行优化设计。5、文档归档及验收申请如果系统联调通过，项目组要进行文件归档，把应该归档的文件准备好，经项目评审委员会评审，如果文件归档评审通过，才可进行内部验收。当内部验收通过及转中试，硬件项目完成开发过程。第三章与硬件开发相关的流程的简单介绍与硬件开发相关的流程主要有下列几个：项目立项流程项目实施管理流程软件开发流程系统测试工作流程中试接口流程内部接收流程1、项目立项流程是为了加强立项管理及立项的科学性而制定的。其中包括立项的论证，审核分析，以期做到合理进行开发，合理理行资源分配，并对该立项前的预研过程进行规范和管理。立项时，对硬件的开发方案的审查是重要内容。2、项目实施管理流程主要定义和说明项目在立项后进行项目系统分析和总体设计以及软硬件开发和内部验收等过程和接口，并指出了开发过程中需形成的各种文档。该流程包含着硬件开发，软件开发，结构和电源开发，物料申购并各分