開發(fā)板和開發(fā)工具指南

使用開發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)勢

與使用開發(fā)環(huán)境相比，許多工程師更傾向于將調試點嵌入其代碼并使用測試設備來驗證其硬件。但使用開發(fā)工具可以帶來更多優(yōu)勢，這些優(yōu)勢主要分為三個領域

并行設計

縮短上市時間

現成的優(yōu)質電路

并行設計是最易于實現的。許多項目一般都由多個工程師協(xié)作完成，如果軟件工程師能夠在系統(tǒng)PCB可用之前開始測試代碼，那將會更加快捷。尤其是在目標開發(fā)板需要無法輕易實現的復雜封裝（例如BGA），或者電路需要較長的交貨時間（例如ASIC）時，這一點就會更加重要。此外，還可以使用多個開發(fā)板以比較不同的產品，但無需在測試工具上投入大量資金。并行設計可以節(jié)省時間和資源，而這也意味著更快的上市時間。

上市時間是一個重要參數，通?？梢詻Q定產品的成敗。那么開發(fā)工具是如何加快上市時間的？答案不止一個：首先，許多開發(fā)套件，特別是MCU領域的開發(fā)套件，都提供生產力工具，例如用于外圍設備的現成設備驅動程序，以及用于給定設備的實時操作系統(tǒng)端口。這意味著您可以加快編碼（通常是項目時間表的主要決定因素），增加確定性并減少產品召回的風險。

此外，開發(fā)板供應商可以提供電路布局的詳細信息，例如Gerber文件。這對于模擬或高速系統(tǒng)至關重要。通過訪問研究信息、最終分析或復制的信息，可以節(jié)省數個小時的工作量，而且更重要的是，還可以節(jié)省多次PCB迭代。

最后就是現成的優(yōu)質電路。我們大多時候都會面臨一種難以進入“最終”PCB階段的困境，因為系統(tǒng)中的某個地方總是會出現間歇性錯誤。擁有一個現成的工作板將會事半功倍，避免眾多瑣碎問題。例如布局中高于計算寄生電容的部分會導致開關電源反饋電路偶爾出現不穩(wěn)定情況。對評估板Gerber文件進行檢查有助于在最終階段之前杜絕這一問題。

評估板

開發(fā)工具的通用術語中包含評估板說明。這些板一般由硅制造商提供，使客戶能夠有效評估應用的性能，比面包板或PCB更加便捷。這些板通常相對簡單，配備有足夠的軟件（必要時提供）或輔助組件，能夠檢查功能和可用性。雖然在許多情況下，它們并不主要用作開發(fā)板，但它們具有足夠的板載資源，因而也可以作為開發(fā)板使用。以Intersil ISL85418DEMO1Z為例，在評估模式下該板可用于評估轉換器的性能，或調整板載組件。您還可以在PCB開發(fā)設計階段用它為早期系統(tǒng)級原型提供動力。

如果您要評估諸如微控制器之類的可編程設備，則可以使用評估板進行編碼，許多評估板都帶有免費軟件編譯器和調試器，足以完成較小的應用程序。值得注意的是，許多供應商正在開發(fā)可與Arduino等標準開發(fā)板（即Shield）連接的板。為了易于使用，許多制造商都為自己的開發(fā)板配備了與Arduino兼容的I/O系統(tǒng)，支持用戶使用各種Shield。該標準的發(fā)布促使其他供應商推出了完整的Shield生態(tài)系統(tǒng)，從而可以構建更為復雜的系統(tǒng)。

制造商開發(fā)板（演示板）

制造商提供的開發(fā)工具通常比評估板具有更多的資源，這尤其適用于那些用于嚴格定義的應用的零件。在這種情況下，制造商將為開發(fā)板配備適合目標應用的所有組件。讓我們以一家汽車儀表板供應商為例，該儀表板至少會配備MCU、CAN控制器/接口、某種類型的顯示器以及功能強大的電源設計。即使其他部分看起來有些多余，但它們是完成開發(fā)目標不可或缺的組件。制造商十分注重實用性，它們擴展了開發(fā)板功能，使其能夠支持I/O，這樣即使在緊密集中的開發(fā)板上也可以進行非特定開發(fā)?？梢钥隙ǖ氖?，許多供應商開發(fā)系統(tǒng)都設計為通用工具，并帶有各種編碼和調試軟件。

在討論供應商的開發(fā)工具時，還經常遇到“參考設計”這一術語。這些工具往往緊密集中在單個應用程序上，并且與開發(fā)板不同的是，它們可能已經就成本/功率或空間進行了優(yōu)化，難以用于一般用途（如果您要在集中區(qū)域設計產品，也可以使用這些工具）。不過它們是經過優(yōu)化和全面測試的工具，可以讓您深入了解要遵循的設計規(guī)則。

STM Nucleo開發(fā)板

作為各種開發(fā)工具的示例，我們將簡要介紹一下ST Micro Nucleo 開發(fā)板。它是針對STM32 MCU的開發(fā)板。支持工具鏈供應商及其自身的工具，兼容MBED，支持各種Arduino插腳引線，可訪問ST和第三方Shield，為您提供更多選項。其他供應商也正朝著這個方向發(fā)展，通過標準化I/O機制提高工具的復雜性和覆蓋范圍。

第三方開發(fā)工具

大多數第三方工具往往集中在微控制器市場。它們通常會與基于JTAG的芯片仿真系統(tǒng)制造商合作。它們支持開發(fā)工具非侵入式地“進入”MCU，允許用戶設置斷點、跟蹤代碼路徑并檢查內部存儲器的內容。這些工具通常帶有“C”或“C++”編譯器以及集成開發(fā)環(huán)境或“IDE”等調試系統(tǒng)。通過IDE，您將能夠以高抽象層訪問執(zhí)行軟件，這和舊匯編程序代碼大不相同。您可以訪問全局/局部變量，評估變量數據類型的陣列和結構。此外，它們還允許訪問低級代碼、I/O和板層硬件，甚至還可以訪問邏輯分析器。當然，在眾多嵌入式設計中調試復雜的實時系統(tǒng)，所有這些都必不可少。

不論是為工具鏈提供目標開發(fā)板的編譯器供應商、在線仿真器制造商，還是能夠解決上述生態(tài)系統(tǒng)問題的公司，第三方開發(fā)板來源眾多。您將獲得價格廣泛、復雜性多樣的各種產品選擇。

基于MBED的工具和開發(fā)板

MBED是ARM控股公司的一款開發(fā)系統(tǒng)，它旨在服務處理器內核。如果您正在開發(fā)物聯(lián)網（IoT）系統(tǒng)產品，并且提供一整套實用通信和安全庫，以及IDE、RTOS（以及小型Linux）和編譯器，這一開發(fā)系統(tǒng)將十分合適。與許多其他供應商不同，該工具集駐留在云中，可以通過MBED服務器進行開發(fā)，也支持脫機版本，代碼可以在用戶自己的硬件上運行。盡管這一系統(tǒng)主要針對IOT高端產品，但它也可以用于其他系統(tǒng)，還同時提供龐大的社區(qū)庫和ARM生成軟件。

MBED與其他產品的不同之處在于，MBED依靠第三方來提供硬件。這些開發(fā)板的供應商（通常是NXP和STMicro等半導體公司）必須確保其模塊、板和芯片符合MBED測試套件的要求。通常會免費提供所有制造詳情、源代碼等信息，且開發(fā)板上帶有批準的MBED插腳引線。

總結

在評估數百種可用工具時，選擇往往會聚焦多個關鍵點：

預算限制 - 從幾美元到幾萬美元的工具成本

設計系統(tǒng)的復雜性 - 您是否需要功能全面的解決方案

對開發(fā)工具鏈的熟悉程度

工具鏈的復雜程度-例如編譯器的代碼密度、設備驅動程序可用性等

協(xié)作性 - 開發(fā)團隊支持多個用戶的能力

免費軟件或許可軟件 - 是否可以使用免費軟件，還是需要購買許可證或支付相關的費用

所有這些決策點都會導致評估階段的延長，但從一開始就做出正確的決策可以縮短設計周期并加快上市速度。當今的工程師十分幸運，因為有多種開發(fā)工具供他們選擇，但選擇本身就是一個挑戰(zhàn)。不過可以肯定的是，選擇正確的工具能夠節(jié)省數周的項目開發(fā)時間，所以強烈建議仔細分析這些選項。