当前位置:首页 > > 技术解析
[导读]为让大家更好的开发嵌入式系统,本文将对嵌入式系统开发秘诀的余下部分予以介绍。

嵌入式系统的开发是目前的热门领域,对于嵌入式系统工程师的需要,也在不断增长。在上篇嵌入式系统相关文章中,小编对嵌入式系统开发的部分秘诀有所传授。为让大家更好的开发嵌入式系统,本文将对嵌入式系统开发秘诀的余下部分予以介绍。如果你对本文内容具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

一、创建架构

理解嵌入式系统要求的行为后,我们就需要为解决方案创建一个架构。该架构将由分组成功能块的需求构成。例如,如果嵌入式系统必须处理模拟输入或输出,架构就将包含模拟 I/O 模块。其它模块可能会更加明显,比如电源调节、时钟和复位生成。

该架构不应仅限于硬件(电气)解决方案,还应包含 FPGA/SoC 及相关软件的架构。当然,模块化设计的关键是针对模块及功能行为的良好接口文档编制。

该架构的一个关键方面是展现如何在高层次上创建系统,这样工程团队就能轻松理解其实现方式。该步骤也是在系统运行生命周期中为系统提供支持的关键。

在确定我们的架构时,我们需要考虑模块化方法,这样不仅能在当前项目上进行复用,而且还能在未来的项目上进行复用。模块化要求我们从第一天起就考虑可能的复用,并要求我们把每个模块存档为一个独立的单元。就内部 FPGA/SoC 模块而言,像 ARM? AMBA? 高级可扩展接口 (AXI) 这样的通用接口标准有助于实现复用。

模块化设计的一个重大优势就是能够针对某些需求使用商用现成的模块。商用现成(COTS)模块让我们能够以更快的速度开发系统,因为借助 COTS,我们能够把我们的工作重点放在项目从我们的专业能力产生的增值中获益最大的部分上。

系统电源架构是一个需要缜密思考的的设计方面。许多嵌入式系统会要求隔离 AC/DC 或 DC/DC 转换器来确保嵌入式系统的故障不会扩散。下图显示的是电源架构的示例。来自该模块的输出轨需要二级调整来为处理内核和转换装置提供电压。我们必须仔细防范这些阶段发生严重的开关损耗和效率下降。因为效率降低意味着系统热耗散增大,如果不正确解决就会影响单元的可靠性。

图 — 在本电源架构示例中,模块的输出轨需要二级稳压。

我们必须仔细了解使用的线性调整器的行为以及在电源线上进行进一步滤波的要求。这一要求的原因是 FPGA 和处理器等器件的开关频率远远高于线性调整器的控制环路所能应对的水平。随着噪声频率提高,线性调整器的噪声抑制能力下降,导致需要采用额外的滤波和去藕技术。如果不了解这一关系,会造成混合信号设备出现问题。

另一个重要的考虑因素是时钟和复位架构,尤其是在有多个需要同步的开发板的情况下。在架构层面我们必须考虑时钟分配网络:我们是否在跨多个开发板扇出单个振荡器,或是使用多个频率相同的振荡器?为确保时钟分配的稳健可靠性,我们必须考虑:

振荡器启动时间。我们必须确保在整个时间周期内激活复位(如果需要)。

振荡器歪斜。如果我们要在跨多个开发板扇出振荡器,时序是否至关重要?如果是,我们需要考虑线路卡上的歪斜(连接器引起的)和缓冲器自身引起的歪斜。

振荡器抖动。如果我们在开发混合信号设计,我们需要确保使用低抖动时钟源,因为抖动的增大会降低混合信号转换器的信噪比。在我们使用千兆位级串行链路时情况也是一样,因为我们需要使用低抖动时钟源在链路上取得良好的误码率。

我们也必须注意复位架构,确保只在需要的地方使用复位。例如基于 SRAM 的 FPGA 一般不需要复位。

如果我们在使用复位的异步激活,我们需要确保移除它不会导致亚稳态问题。

二、清晰定义接口

内外部接口的正式文档在机械、物理和电气层面为各个接口提供清晰的定义,以及协议和控制流。这些正式文档也往往被称为接口控制文档 (ICD)。当然最好是尽量使用标准通信接口。

接口定义最重要的一个方面是外部接口的“连接化”。这个过程考虑了所需连接器的引脚分配,连接器引脚的额定功率以及所要求的插拔次数,以及任何对屏蔽的要求。

在我们为我们的系统考虑连接器类型的时候,我们应确保不会因为在子系统中使用相同类型连接器而造成不利的交叉连接。通过使用不同类型连接器或采用不同的连接器键位(如果支持),我们就能够避免交叉连接的可能性。

连接化是我们开始使用之前确定的预算要求的首个方面之一。特别是我们可以使用串扰预算来指引我们定义引脚分配。下图所示的例子说明了这一流程的重要性。重新安排引脚分配,将接地基准电压(GND) 引脚布局在信号 1 和信号 2 之间,可以降低互感以及由此引发的串扰。

图 — 连接化是接口定义最重要的特征之一。

接口控制文档 (ICD) 必须对系统接地进行定义,尤其是在项目要求外部 EMC 的时候。在这种情况下,我们必须小心避免让有噪声的信号地产生辐射。

工程师和项目经理掌握着一系列策略,以确保他们交付的嵌入式系统能够满足质量、成本和调度要求。不过当项目遇到困难时,我们可以确信在项目不发生重大变化的情况下其此前的性能是其未来性能的良好提示。

以上便是此次小编带来的“嵌入式系统”相关内容,通过本文,希望大家对本文分享的嵌入式系统开发经验具备一定的了解。如果你喜欢本文,不妨持续关注我们网站哦,小编将于后期带来更多精彩内容。最后,十分感谢大家的阅读,have a nice day!

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

关键字: 驱动电源

在工业自动化蓬勃发展的当下,工业电机作为核心动力设备,其驱动电源的性能直接关系到整个系统的稳定性和可靠性。其中,反电动势抑制与过流保护是驱动电源设计中至关重要的两个环节,集成化方案的设计成为提升电机驱动性能的关键。

关键字: 工业电机 驱动电源

LED 驱动电源作为 LED 照明系统的 “心脏”,其稳定性直接决定了整个照明设备的使用寿命。然而,在实际应用中,LED 驱动电源易损坏的问题却十分常见,不仅增加了维护成本,还影响了用户体验。要解决这一问题,需从设计、生...

关键字: 驱动电源 照明系统 散热

根据LED驱动电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

关键字: LED 设计 驱动电源

电动汽车(EV)作为新能源汽车的重要代表,正逐渐成为全球汽车产业的重要发展方向。电动汽车的核心技术之一是电机驱动控制系统,而绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电机驱动系统中的关键元件,其性能直接影响到电动汽车的动力性能和...

关键字: 电动汽车 新能源 驱动电源

在现代城市建设中,街道及停车场照明作为基础设施的重要组成部分,其质量和效率直接关系到城市的公共安全、居民生活质量和能源利用效率。随着科技的进步,高亮度白光发光二极管(LED)因其独特的优势逐渐取代传统光源,成为大功率区域...

关键字: 发光二极管 驱动电源 LED

LED通用照明设计工程师会遇到许多挑战,如功率密度、功率因数校正(PFC)、空间受限和可靠性等。

关键字: LED 驱动电源 功率因数校正

在LED照明技术日益普及的今天,LED驱动电源的电磁干扰(EMI)问题成为了一个不可忽视的挑战。电磁干扰不仅会影响LED灯具的正常工作,还可能对周围电子设备造成不利影响,甚至引发系统故障。因此,采取有效的硬件措施来解决L...

关键字: LED照明技术 电磁干扰 驱动电源

开关电源具有效率高的特性,而且开关电源的变压器体积比串联稳压型电源的要小得多,电源电路比较整洁,整机重量也有所下降,所以,现在的LED驱动电源

关键字: LED 驱动电源 开关电源

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器,通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

关键字: LED 隧道灯 驱动电源
关闭