開發(fā)嵌入式產(chǎn)品需要注意哪些問題

來源 | 圓錐的布袋

俗話說，只會寫代碼的工程師不是好的工程師，這句話不是沒有道理的，初學者可能不理解，但過來的老司機肯定知道。 一款產(chǎn)品如果需要長期維護、銷售，肯定避免不少開發(fā)文檔。這里給大家講述一下開發(fā)嵌入式產(chǎn)品常見的文檔：

1)產(chǎn)品需求文檔：描述產(chǎn)品的特性

2)功能需求文檔：描述產(chǎn)品必須具備的功能

3)工程說明文檔：描述系統(tǒng)實現(xiàn)的方法和滿足需求的手段

4)硬件說明文檔：對有關硬件進行描述

5)軟件或固件說明文檔：描述特定處理器下設計微程序以及固件的方法

6)測試說明文檔：描述必須測試的項目和驗證系統(tǒng)正常運行的方法

一 需求定義

需求定義用來描述產(chǎn)品的基本功能，對于公司來說，需求一般由該公司的市場銷售部門或該公司的主要客戶來制定;而對小公司或愛好者(就像armjishu.com里的愛好者一樣)，技術人員可以自己負責定義需求，并撰寫成文檔。

通常需求定義是圍繞以下幾個因素而來：

1)系統(tǒng)的用途(定義需要系統(tǒng)實現(xiàn)的各種功能)

2)實際輸入輸出是何種方式實現(xiàn)的(為元器件的選型做參考)

3)系統(tǒng)是否需要操作界面(涉及軟件層操作系統(tǒng)的選型)

其實對小型的嵌入式產(chǎn)品來說，定義需求是非常關鍵的，因為需求清楚了，就可以避免后續(xù)開發(fā)過程中出現(xiàn)的諸如隨機存儲器(RAM)容量不足或所選的CPU速度不能滿足處理的需要等一系列問題。

下面舉個簡單的實際例子，供大家來參考：

系統(tǒng)描述：用于從化溫泉的水泵換水系統(tǒng)電源輸入：使用來自于變壓器的9V~12V直流電水泵功率：375W。

1)使用單相交流電機，由機械電氣進行控制

2)如果溫泉池處于低水位，則輸入開關閉合信號，以禁止水泵繼續(xù)運行

3)用戶可以自由設置水泵運行或關閉的時間長度

4)除了自動設置控制外，還需要提供一種人工裝置來允許維護人員靈活控制水泵進行維修

5)水泵開啟/關閉/人工干預的時間可以30分鐘為單位，在30分鐘到23小時的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)

6)顯示設備可以指示水泵的開關狀態(tài)，剩余時間，以及水泵是否處于人工干預模式

7)具備監(jiān)視低水位的功能，并顯示在屏幕上

如果需要商用，那么除了上面給出的功能要求外，其設計文檔中還要包括電磁干擾(EMI)和電磁兼容性(EMC)認證、安全認證以及使用環(huán)境(包括環(huán)境溫度、濕度、鹽霧腐蝕等)等方面的需求。

實際上，以上的需求確定之后，接下來就是要考慮選擇一款合適的CPU來滿足和實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，那么我們就要將上述7點用戶能夠理解的需求轉化成我們專業(yè)領域的需求，轉化如下，大家可以參考一下：

a.處理或更新輸入輸出信號的速率究竟需要多快?

解釋：目前嵌入式處理器的主頻一般都在幾十兆到幾百兆不等，單片機的主頻一般是幾十兆，Arm處理器可以到幾百兆;我們主要看這個產(chǎn)品是否需要對大量數(shù)據(jù)進行處理，或是否需要對緩沖區(qū)進行頻繁操作，是否有類似的占用CPU資料的工作要做，這就決定我們要選擇一款合適的處理器來讓該產(chǎn)品得到最佳的性能。

b.是否可使用單片集成電路(專用IC)或FPGA來完成數(shù)據(jù)處理?

解釋：如果可以的話，就不一定要選擇處理器來做，用這些專業(yè)芯片就能替代。

c.系統(tǒng)是否有大量的用戶輸入輸出操作(如對開關和顯示設備進行頻繁操作)?

解釋：如果有的話，要在處理器選型的時候考慮這些因素，選擇一款能夠滿足以上要求的CPU。

d.系統(tǒng)與其他外部設備之間需要使用何種接口?

解釋：這也是需要評估處理器的一個關鍵問題，選擇具備這些接口功能的處理器會方便于我們的電路設計以及軟件編程。

e.設計完成后是否有可能需要進行改動，或在設計過程中系統(tǒng)需求是否可能出現(xiàn)變化?我們的設計是否能適應系統(tǒng)需求的變化?

解釋:要避免選擇的處理器剛好滿足當前要求，這樣當以后事務要求逐漸提高，處理器性能如果還有一定空間的話，那么就可以重用目前的產(chǎn)品;第二個就是要選擇不會即將停產(chǎn)的芯片，很多處理器用得很廣乏，可以借鑒的資料也很多，但是很可能這款芯片已經(jīng)在市場上流行很長時間了，芯片廠商已經(jīng)推出更新?lián)Q代的替代品了，如果你選擇了這款芯片，很可能1，2年后就買不到這款處理器芯片了，導致不得不重新選擇新的處理器，重新設計產(chǎn)品，這樣的既耗費時間，金錢，更消耗人力，延誤市場的戰(zhàn)機。

二 處理器的選擇

2.1 需要使用的I/O管腳數(shù)量

多數(shù)處理器都是使用內(nèi)存和外部管腳來控制輸入輸出設備的，通常處理器都會有內(nèi)置ROM和RAM的，如果內(nèi)置的內(nèi)存就已經(jīng)滿足需要，那么處理器就可以節(jié)省產(chǎn)生引用外部存儲器信號的引腳，這樣處理器可為輸入輸出提供較多的設備管腳(某些處理器支持外部RAM或ROM的使用，但對外部存儲器進行訪問時，處理器一般需要占用8條到10條I/O管腳)。

還有，有些處理器帶有專用的內(nèi)部定時時鐘，這類時鐘也需要使用一個端口管腳來實現(xiàn)某些定時功能;某些處理器中還具有漏極輸出和高電流輸出能力，可以方便的直接驅(qū)動繼電器或電磁鐵線圈，而不再需要額外驅(qū)動硬件的支持。

當對處理器I/O管腳進行計數(shù)時，我們一定要把使用處理器內(nèi)部功能(如串行接口和定時器等)時限制使用的某些管腳考慮在內(nèi)。

2.2 需要使用的接口數(shù)量

嵌入式處理器的主要功能是與應用環(huán)境中的硬件進行交互操作，這不僅需要外部硬件對接口具有實時處理能力，而且還要求處理器必須以足夠快的速度對接口數(shù)據(jù)進行有效處理。

舉例來說，AT91RM9200是ATMEL公司出品的一款工業(yè)級Arm9微處理器，它基于Arm920T核心，處理速度可達200MIPS，同時處理器內(nèi)部配置了USB、Ethernet、支持RS485的紅外串口、IIC、SPI、SSC等輸出接口，其目的是更方便的利用這些接口開發(fā)出嵌入式產(chǎn)品。

需要注意的是，由于許多處理器具有的局限性沒有在處理器技術資料中給予足夠的說明，因此一定要仔細閱讀處理器的指標說明。例如，在閱讀資料的過程中發(fā)現(xiàn)，該資料可能會說明其串行接口可以在最高波特率下工作，但仔細研究該處理器的指標數(shù)據(jù)時，可能會發(fā)現(xiàn)并非該串口接口的所有操作模式都可以在最大波特率下運行。

深入了解并明確接口要求的方法：可以自己動手編寫一些程序來對接口進行實際測試，以確認某種處理器是否可以滿足應用的要求;因為，確認某個處理器是否可以滿足接口要求并非是一件簡單的任務。

2.3 需要使用的內(nèi)存容量

決定內(nèi)存容量的大小是嵌入式產(chǎn)品設計過程中的一個基本步驟，如果對所需內(nèi)存容量估計過高，那么我們就有可能會選擇成本較高的解決方案;反之，如果低估了所需內(nèi)存容量，就有可能因系統(tǒng)需要重新設計而導致項目不能按時完工。

a.RAM和ROM的區(qū)別：

存儲器分為隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)兩種。其中ROM通常用來固化存儲一些生產(chǎn)廠家寫入的程序或數(shù)據(jù)，用于啟動電腦和控制電腦的工作方式。而RAM則用來存取各種動態(tài)的輸入輸出數(shù)據(jù)、中間計算結果以及與外部存儲器交換的數(shù)據(jù)和暫存數(shù)據(jù)。設備斷電后，RAM中存儲的數(shù)據(jù)就會丟失。

b.隨機存儲器(RAM)的選擇：

RAM容量的預測是比較直觀的，我們只需把所有變量數(shù)目與所有內(nèi)部緩沖區(qū)的容量以及先入先出(FIFO)隊列長度和堆棧長度直接相加，就能得到所需RAM容量的總數(shù)。

如果所需內(nèi)存容量超出這類處理器的尋址范圍，那么只能通過增加外部RAM來滿足需求;然而，增加外部RAM的同時將會占用一定數(shù)量的I/O管腳來對擴展內(nèi)存進行尋址，這種擴展往往會影響到處理器來實現(xiàn)應用的初衷。

需要注意的一個問題是，某些微處理器限制RAM的使用，這種限制的目的是為了借用部分內(nèi)存存儲器作為內(nèi)部寄存器組使用。除了以上因素外，所使用的開發(fā)語言也對所需RAM容量有一定的影響，某些效率較低的編譯程序可能會占用大量寶貴的RAM空間。

c.只讀存儲器(ROM)的選擇：

系統(tǒng)所需ROM的大小應該是系統(tǒng)程序代碼與所有基于ROM的數(shù)據(jù)表容量之和。預測所需ROM空間容量比較困難的部分是預測程序代碼的長度，解決這類問題的方法只能是隨著經(jīng)驗的逐步積累來提高預測精度。

然而，最重要的并不是精確計算程序的代碼長度，而是要清楚地估算代碼長度的上限。根據(jù)經(jīng)驗，如果80%的ROM空間被代碼占用的話，那么就太擁擠了，除非能確保系統(tǒng)需求不會有任何變化，否則至少要為可能發(fā)生的變化保留足夠的備用ROM空間。

在多數(shù)情況下，我們可以試著在ROM中寫入一部分程序代碼，以便觀察代碼占用空間的情況，對于帶有內(nèi)部ROM的微處理器系統(tǒng)來說，系統(tǒng)程序都只能占用有限的程序存儲器空間。

d.經(jīng)驗之談：

ROM與RAM使用情況相類似，程序代碼長度與所選用的開發(fā)語言有關。舉例來說，使用匯編語言編制的程序要比使用C語言編制的程序占用少得多的空間。

對于追求低成本的小型系統(tǒng)來說，一般不提倡使用高級程序設計語言;這是因為雖然高級語言在使用、調(diào)試以及維護方面來的比較容易，但同時這類語言需要占用更多的內(nèi)存空間和大量的處理器時鐘周期。

如果開發(fā)語言選擇不當，其后果可能是把一個簡單、低成本的單片機系統(tǒng)變?yōu)橐粋€需要使用配置若干兆字節(jié)RAM空間的64位嵌入式處理器系統(tǒng)。

2.4 需要使用的中斷數(shù)量

中斷的主要用途是向中央處理器通報當前發(fā)生的某類特殊事件，這類事件包括諸如定時器超時事件、硬件引發(fā)的事件等。

需要強調(diào)的是，多數(shù)系統(tǒng)設計師經(jīng)常過多地使用中斷功能，實際上，中斷的主要作用只是中斷現(xiàn)行程序的執(zhí)行，中斷最適用于必須要求中央處理器立即提供服務的事件。

在需要設計和使用中斷的情況下，一定要首先確認實際需要的中斷數(shù)量，然后必須考慮到系統(tǒng)內(nèi)部占用的中斷資源，如果需要使用的中斷資源超出了處理器可以接收的中斷數(shù)量，我們就應借助于某些特殊手段來減少所需中斷信號的數(shù)量。

2.5 實時處理方面的考慮

實時處理是一個涉及范圍很廣的題目，其主要內(nèi)容與系統(tǒng)的處理速度有密切聯(lián)系，實時事件是嵌入式微處理器需要關注的主要任務。

例如：處理器跟串口進行通信時，通常通過上層軟件(為了保證實時性，進行任務切換的時間足夠短)，然后再占用處理器去執(zhí)行從串口拿數(shù)據(jù)的任務，并且要保證處理器的速率比串口速率快，那么處理器可以以最快的速度反應并處理串口的相關的任務，這樣就可以達到最大的實時性;

另一方面，如果處理器本身就內(nèi)置了串口控制器、或DMA、或LCD的控制器等，那么它就可以保證直接使用這些處理器內(nèi)置的接口去控制串口、液晶屏等對象，以達到最大的實時性能。

2.6 該廠商是否提供好的開發(fā)工具和環(huán)境

選擇一款新的處理器，很可能就要使用一個新的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境，包括軟件的編譯環(huán)境等;對于開發(fā)日程安排比較緊張的項目來說，開發(fā)人員往往無法抽出專門的時間來研究，熟悉新的開發(fā)工具，從而也無法全面掌握開發(fā)工具的使用技巧。

并且，有的開發(fā)工具價格也比較昂貴，而且很可能只能從制造商那里購買，還有仿真工具也是需要付費的，這些對我們在選擇一款處理器的時候，是都應該考慮進去的成本因素。

2.7 處理器速度方面的考慮

主要考慮幾個細節(jié)問題：

1)處理器速度與處理器時鐘之間的關系

例：單片機8031為例，由該處理器可以適應12MHz頻率的輸入時鐘，因此就可以認為它是一個速度為12MHz的處理器了嗎?不是，實際上，由于該處理器內(nèi)部邏輯電路執(zhí)行每條指令需要多種不同頻率的時鐘脈沖，因此該處理器內(nèi)部時鐘電路要對輸入的12MHz時鐘12分頻處理;最終為處理器提供的只是1MHz主頻。

有的時候，80MHz主頻的處理器(80MHz輸入時鐘，80MHz執(zhí)行速度)要比200MHz主頻的處理器(200MHz輸入時鐘，50MHz執(zhí)行速度)執(zhí)行速度要快得多。

2)處理器指令系統(tǒng)

如果不需要執(zhí)行復雜數(shù)學運算的應用，那么RISC指令集的處理器要快;如果執(zhí)行比較復雜的操作，則CISC指令集的處理器速度要更快。

3)芯片結構體系

現(xiàn)在有的芯片是將多個不同功能的核封裝到一個芯片IC中，定制某種特定的功能，比如DSP，其中包括用于實現(xiàn)數(shù)字解碼、乘法運算的硬件乘法器和移相器等;然而，這類處理器也由其自身局限，往往在執(zhí)行某些普通操作之前必須要使用額外的指令來把RAM中的數(shù)據(jù)放入內(nèi)部寄存器，相比之下，一般處理器只允許對RAM中的數(shù)據(jù)進行直接訪問。

2.8 只讀存儲器(ROM)的選擇

多數(shù)工程項目在其開發(fā)階段一般使用可擦寫可編程只讀存儲器(EPROM)或快速存儲器(Flash Memory);這類可擦寫可重復寫入存儲器的主要優(yōu)點是可多次使用。一旦產(chǎn)品研制完畢，就可以用一次寫入設備(OTP)來取代EPROM存儲器，一次性寫入器件的外觀與封裝幾乎與EPROM完全一樣，惟一不同之處就是其表面沒有擦出窗口，并且價格要比EPROM低很多。

但是，另外一種情況，如果該產(chǎn)品今后需要升級固件，或在線編程，那么我們還是應該選擇可擦寫可編程的存儲器。

還有一種是非易失的存儲器，例如制造一臺電視機，就有可能需要該設備具有記憶上次觀看最后一個頻道的功能，即使在切斷電源后，該頻道信息也不會丟失。

總結：所以，根據(jù)不同的產(chǎn)品選擇不同的存儲器也是一門很講究的學問。

2.9 電源的要求

在某些設計中方案中，電源根本不存在問題，對電源唯一的要求就是可以為電路正常供電;實際上，選擇電源主要要考慮三個方面的問題：

1)要注意設計方案中是否對電源的供電方式有所限制，例如,是否像大多數(shù)家用電器那樣需要使用屋內(nèi)墻上的電源插座供電，或是是使用USB接口供電

2)看系統(tǒng)是否需要使用電池供電方式，如果這樣，我們就要考慮選擇那種對驅(qū)動電流要求不高的處理器，然后再為其選擇合適的電池。

3)休眠電流：許多微處理器都支持低功率運行模式，在這種模式下，系統(tǒng)的CPU處理器將處于休眠狀態(tài)，同時所有外部設備的電源供電都被暫時切斷，以便減少系統(tǒng)的電能消耗;某些微處理器在這種方式下需要的維持電流極小，但也有一些微處理器在這種方式下并不能節(jié)省多少功率;不管怎樣，我們都要對系統(tǒng)在節(jié)點模式下的工作時間有一個估測，以便對具體情況選擇使用的電池。

總之，無論哪種情況，我們都要對系統(tǒng)需要的供電總功率做到心中有數(shù)。

2.10 設備工作環(huán)境的要求

環(huán)境要求主要內(nèi)容是考慮溫度，濕度等;如果系統(tǒng)必須在溫度范圍較大的環(huán)境下運行，諸如用于軍事設備或汽車的控制系統(tǒng)，那么處理器可選擇的范圍就要小得多;

并且由于大范圍溫度變化的設備通常比較昂貴，因此在設計過程中就不能再根據(jù)一般工業(yè)級器件的價格來制定預算。

2.11 使用周期成本

如果我們的產(chǎn)品是mp3，在一般情況下，可以不必考慮在用戶現(xiàn)場對mp3程序進行修改的問題，也不用為是否可以得到設備備件而著急，這是因為mp3是一種消費產(chǎn)品;

換句話說，如果我們的產(chǎn)品是價值幾萬塊的工業(yè)設備并且需要常年不斷地運行，那么我們在產(chǎn)品設計過程中就必須從長計議了：

a.首先，我們需要選擇一種處理器或存儲體系結構都可以升級的器件

b.考慮到程序升級的可能，我們還要選擇較大容量的內(nèi)存

c.最后要注意的則是所選處理器是否可以長期供貨，這一點的重要性遠遠大于處理器的價格

除了上面的考慮之外，使用周期成本也是在設計之初要考慮的因素?？偟膩碚f，生產(chǎn)的部件越多，則可以接受的前期開發(fā)成本也就越大。如果產(chǎn)品是mp3，我們可能會選擇一個低價微處理器，同時投入一大筆錢來開發(fā)控制mp3的軟件。

但如果我們的產(chǎn)品是價格昂貴的工業(yè)用設備，那么在產(chǎn)品的使用期內(nèi)，該設備的銷售量將只有幾百臺，毫無疑問，開發(fā)這種產(chǎn)品最重要的就是降低開發(fā)成本(降低開發(fā)成本而不是硬件成本!!!);除此之外，工業(yè)產(chǎn)品的成本也不像家用電器或消費電子產(chǎn)品那么敏感。綜上所述，開發(fā)工業(yè)產(chǎn)品當然要選擇一種便于進行開發(fā)并且有助于縮短開發(fā)過程的處理器。

2.12 處理器相關資料是否豐富

如果該款處理器在市場上已經(jīng)用得很廣了，那么我們可以獲取更多的相關資料，觀察人家的產(chǎn)品是如何使用處理器的，也能在網(wǎng)絡上找到不少的相關的設計資料以及相關技術主題，這樣就進一步降低了技術門檻，確保了使用該處理器做產(chǎn)品可行性，減低了風險;

反之，如果是廠商全新推出的處理器，因為市場上還沒有可以借鑒的產(chǎn)品，我們就只能從全英文的芯片手冊開始閱讀，了解這款芯片，這樣開發(fā)周期不僅變長，而且不可預知的風險也很大。

三 開發(fā)成本的預測和估計

大多數(shù)項目或產(chǎn)品都有專人負責預測整個過程的開發(fā)成本，對于任何項目來說，其開發(fā)成本主要包括人力和材料開銷。

預測開發(fā)成本在很大程度上需要根據(jù)經(jīng)驗，這也是為什么大型公司一般指定有經(jīng)驗的高級工程師來完成這一任務的原因，除了人力和材料的開銷之外，總結下來，還有以下的開銷：

1)人力成本(開發(fā)人員、管理人員、銷售人員、其他行政等輔助人員)的開銷

2)材料(硬件物料和損耗，有時候需要投幾次PCB版才把產(chǎn)品穩(wěn)定下來)的開銷

3)開發(fā)系統(tǒng)和開發(fā)工具軟件的開銷

4)硬件工具的開銷(例如示波器、仿真器等)

對于整個項目來說，上述的開銷將直接可能導致產(chǎn)品成本增加，其中人力成本最為關鍵，尤其是在中國，呵呵。

四 產(chǎn)品開發(fā)設計文檔(需要包括硬件和軟件兩個方面)

4.1 硬件文檔撰寫思路

1)首先是需求定義或產(chǎn)品規(guī)格：

如果這些是產(chǎn)品最終目標的話，那么產(chǎn)品對硬件和軟件的要求就是技術方案的最終目標;對硬件和軟件的要求是從定義用戶界面和系統(tǒng)功能開始的。

2)其次，根據(jù)需求，系統(tǒng)整體定義文檔中給出硬件接口的具體定義：

定義硬件最有效的方法是從需求開始描述，由于硬件必須支持系統(tǒng)定義的所有功能，因此硬件定義是與系統(tǒng)說明不可分割的;

例如,我們設計一個定時器(事先需求說明定時器不能與個人電腦連接，故無法使用CRT顯示時間)，我們只有兩種選擇：一種是使用發(fā)光二極管(LED)，另一種是使用液晶顯示器件(LCD);盡管LCD的顯示效果比較好，但考慮到定時器要常年位于戶外，并且早期LCD顯示器不能在低溫下工作，最終還是選擇LED設備(這整個過程描述了我們硬件選型時的一個思路，這個是密切跟需求掛鉤的)。

3)一旦完成了系統(tǒng)整體說明文檔，就開始進行系統(tǒng)設計：

首先要對硬件說明的內(nèi)容進行細化，包括添加能讓工程師理解的設計意圖，以及軟件工程師圍繞硬件進行程序設計時需要使用的硬件信息等。

完成硬件電路板說明文檔后，我們還要在該文檔中增加一個用來描述系統(tǒng)的原始要求的前言部分，包括說明方案的設計思路和方法，除此之外，還要附上軟件工程師用來對硬件進行控制所需的各類信息，這類信息主要包括如下內(nèi)容(軟件工程所需信息)：

內(nèi)存和I/O端口地址(如果需要，還可以提供內(nèi)存映射圖)

可用內(nèi)存容量

狀態(tài)寄存器每一位的定義

每個端口管腳的用途

外部設備的驅(qū)動方法(例如，說明輸入定時器電路的時鐘頻率等)

其他由管軟件人員設計程序需要了解的信息

對于比較復雜的系統(tǒng)來說，硬件文檔中經(jīng)常使用兩個獨立的部分來進行說明;其第一部分用來描述硬件指標和工作原理，第二部分則主要為軟件人員提供程序設計需要的信息。

4.2 軟件文檔撰寫思路

1、軟件文檔與硬件文檔的組織方法類似，軟件要求文檔的主要內(nèi)容則是定義軟件要實現(xiàn)的功能;一種是在簡單項目設計過程中，軟件定義也可以只對一種電路板使用的軟件給予描述;對較復雜的項目來說，由于參與這種項目的軟件人員分別負責設計驅(qū)動不同硬件部分的代碼(同一電路板)，因此每個軟件人員可能會為自己的設計代碼指定不同的定義,這類軟件說明需要提供下列的內(nèi)容：

(1)論述包括需求定義、工程指標、硬件參數(shù)等實施項目需要的內(nèi)容

(2)說明軟件之間、處理器之間或處理器與其內(nèi)部器件之間使用的通信協(xié)議：其內(nèi)容應包括對緩沖區(qū)接口機制、命令/應答協(xié)議、信號控制等協(xié)議的具體說明。

(3)借助流程圖、偽代碼或者其他可能的方法來描述軟件的實現(xiàn)方法和過程

2、軟件與硬件所考慮的不同之處(此經(jīng)驗方便技術總監(jiān)或其他相關管理者參考，因為無論是多高深的技術管理者，要么是硬件出身，要么是軟件出身，要么就是非技術出身)

a.軟件的靈活性遠遠大于硬件，要讓軟件人員搞清楚某個軟件的內(nèi)部格式是非常困難的任務，解決的辦法：詳細定義其他程序員需要了解的編程接口具體內(nèi)容，以及其他工程人員在實施開發(fā)項目過程中需要使用的技術細節(jié)信息。

b.軟件工程師只有在收到硬件說明文檔后，才有可能知道如何對系統(tǒng)硬件進行操作;而硬件人員一般不需要了解軟件程序的技術細節(jié)。

c.由于軟件易于更改，因此程序內(nèi)容經(jīng)常會按銷售人員提供的要求發(fā)生變更，在某些情況下，軟件文檔的內(nèi)容無法及時反映程序的最新變化。

d.軟件經(jīng)常是工程項目最后完成的部分，因此其文檔也經(jīng)常因時間不夠而欠缺完整。實際上，軟件文檔是否詳細、完整，在某種程度上是與公司或客戶的要求有關的。例如，軍事或國家工程一般要求開發(fā)商就其所有軟件實現(xiàn)的功能提供全面詳細的文檔

e.有個潛規(guī)則，對軟件的要求越復雜，則需求的正確可能性就越小，這個是經(jīng)驗之談了，我們需要把準需求這個準繩來做文章，而不是陷入個人主義以及對軟件要求而憑空發(fā)揮自己不切實際的想象。

f.我們可以先硬件設計，接著圍繞該硬件編制軟件。雖然實際系統(tǒng)的實現(xiàn)過程可能是軟硬件并行開發(fā)，但軟件人員基本上也是圍繞著已經(jīng)實現(xiàn)的硬件來進行程序設計的;對于更為復雜的系統(tǒng)來說，開發(fā)過程可能會出現(xiàn)重復。

例如，某個項目的硬件工程師和軟件工程師可能會坐下來開會，共同決定使用哪種硬件來實現(xiàn)某種功能;軟件人員可能提出需要為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)口沖內(nèi)存容量，也可能要求提供某種外部設備接口，以便充分利用現(xiàn)成接口程序提供的各種驅(qū)動代碼。

總的來說，必須在提高軟件開發(fā)效率與硬件系統(tǒng)的復雜性與成本之間進行權衡。

五 嵌入式高手對技術的理解(含辛茹苦這么多年的精華體驗)

有很多人認為：嵌入式系統(tǒng)性能的核心因素是軟件功能，其實，如果按照這種邏輯，系統(tǒng)設計中存在的問題就應由軟件人員來負責;其實這個觀點實際上反映了設計嵌入式產(chǎn)品時如何考慮劃分硬件和軟件各自應實現(xiàn)的功能，也就是這個功能是軟件實現(xiàn)，還是考慮用硬件來實現(xiàn)(硬件實現(xiàn)：需要購買處理該功能的硬件芯片，從而增加成本;軟件實現(xiàn)：無需增加硬件成本，但會占用處理器以及內(nèi)存的資源)。

例如：我們在這里設計的基于Arm的mp3嵌入式產(chǎn)品，我們可以使用專業(yè)的解碼芯片來負責mp3音樂文件的解碼和播放功能，也可以使用另一種方法來解碼mp3語音文件，讓Arm處理器利用軟件控制寄存器來驅(qū)動耳機或音響，處理器通過對mp3語音文件解碼之后再將解碼后的數(shù)據(jù)流按照一定協(xié)議格式送給音頻輸出的硬件接口進行播放。

優(yōu)點：這種方案在硬件方面節(jié)省了一個器件，降低了成本，并且該功能還方便調(diào)試(因為是軟件實現(xiàn)的)。

缺點：從另一個角度來看，雖然節(jié)省了一塊語音解碼芯片，但同時要在三個方面增加成本。

首先，要在程序中增加語音協(xié)議解碼的代碼;

其次，可能要把增加ROM來存放語音解碼的協(xié)議，這樣可以增加速度;

最后，運行該程序?qū)⒄加锰幚砥鞯臅r間和資源。

其實，話又說回來，對于本案例來說，上述成本的節(jié)約并不會引發(fā)任何問題，包括驅(qū)動程序增加也只需少量的，我們討論這個mp3產(chǎn)品的案例的目的在于說明如何對軟件硬件的功能進行合理劃分。

總的來說，交給軟件實現(xiàn)的功能越多，則產(chǎn)品的成本就越低，當然這就要處理器必須有足夠的處理速度和內(nèi)存空間來實現(xiàn)設計指定的功能;常言說得好，天下沒有免費的午餐;把功能分配給軟件來實現(xiàn)，會增加軟件的復雜性、開發(fā)時間、以及程序的調(diào)試時間;然而，隨著處理器的處理能力的不斷提高，可以預見，越來越多的功能將會由軟件來實現(xiàn)。

雖然在軟件中實現(xiàn)各種功能會增加開發(fā)成本，但如果把功能移植到硬件中實現(xiàn)，則會增加產(chǎn)品的成本，這類開銷是在構造每個系統(tǒng)組件時不可避免的。在低成本設計方案中，增加任何額外的硬件都會對產(chǎn)品成本產(chǎn)生顯著的影響，因此軟硬件功能劃分就是一個決定產(chǎn)品成本的大問題。在諸如大眾消費產(chǎn)品這一類對成本非常敏感的設計方案中，一般都會把無法通過軟件實現(xiàn)的功能排除在外的。

審核編輯：湯梓紅