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第 2 章 嵌入式产品的设计流程 2.1 需求分析 设计需求书的指定工作应由嵌入式产品开发团队与本单位“市场前期”技术人员或者其他需 求方共同完成。制定过程中，双方要及时沟通、紧密合作，产品开发团队应尽可能理解需求方对 产品的实际需求，并从最终产品功能合理性的角度向需求方提出各项建议。 设计需求书通常包括一下几个方面的描述： z 产品设计的总体描述； z 技术指标描述； z 外部连接描述； z 操作使用描述； z 结构与安全描述； z 系统互联描述； z 应用环境描述； z 供电及使用条件描述。 企业的产品开发团队或外协的产品开发团队，应通过对设计需求的分析，明确以下几项设计 任务： z 技术难点与解决方案； z 嵌入式产品的系统组成； z 产品结构、外观、安装与使用方式； z MPU 的选型； z 嵌入式系统基本外围资源的选择定位； z 嵌入式系统外围接口的确定； z 软件与硬件设计的任务划分； z 生产成本与硬件设计的约束条件； z 设计任务的明确与划分。 2.1.1 技术难点与解决方案 嵌入式产品开发中，MPU 与外围数字电路、存储器、通信接口、键盘显示单元的选择与设 计通常比较容易解决，产品研发人员通常视其为“共作”与“劳动”。但产品要实现的核心功能， 包括测量、计算、分析、控制，以及产品的成本控制、产品的可靠性设计、产品的高性价比设计、 “手持式”嵌入式系统的低功耗设计等，通常是产品设计的难点与重点。下面从几个不同的角度 探讨嵌入式产品在需求分析阶段要做的工作，以及这些工作的重要性。 1、测量问题 对于微机化的仪表与装置，通过测量特定信号来实现要求的检测、分析、控制任务，是产品 开发的核心工作。不同的检测方法对应不同的测量电路及后续分析计算，不同的使用环境对应不 同的输入输出电路和接口方式。不论是何种测量方法，最终都归结为检测相关的电信号，再对此 信号进行分析和计算。产品设计初期的分析通常需要明确以下几个方面的问题。 （1）测量方法对硬件电路的约束 对于变送器信号的测量，电路结构比较简单，测量通道通常包括 I/V 变换、多路开关、线性 放大、A/D 转换等几个部分。但对于特定的测量问题，硬件电路的设计选择对最终测量结果有着 重要的影响。以基于“交流采样”的电力仪表为例，电力参数测量要求对三相电压、三相电流“同 1 步采样”，这就对检测电路提出了要求：一方面，要有跟踪电网频率变化并产生同步采样脉冲的 锁相环电路；另一方面，对 6 路信号的采样要求同步。例如，“测量分析”要求计算电网的谐波， 特别是分析电能质量时，还要求测量“闪变”等指标，因此测量电路不但要实现同步采样，测量 放大电路还必须保证对高频频谱部分的线性放大，同时采样开关的切换频率必须满足高频采样的 要求。 总之，在嵌入式产品开发的需求分析阶段，如果明确了设计中的测量方法，那么也就基本明 确了测量电路的雏形。 （2）测量方法对计算机资源的约束 特定的测量方法需要特定的测量电路作保障，同时要求嵌入式计算机系统具备特定的硬件资 源。例如，通过 FFT（Fast Fourier Transformation，快速傅立叶变换）算法计算信号的频谱，一 方面，要求 MPU 包含 DSP 内核及 DSP 指令系统；另一方面对计算机系统的 RAM 容量也提出 了最低要求。一般来说，测量方法对计算机系统资源的要求与约束主要体现在以下几个方面： z 指令系统的计算处理能力； z 中断管理能力； z RAM 资源； z MPU 的主频； z MPU 的接口资源。 （3）测量精度对硬件电路的约束 面对测量问题，首先需要考虑的是“精度”，测量精度的保障涉及到许多关键因素，如 A/D 的分辨率（用