硬件工程师手册.docx

硬件工程师手册.docx

《硬件工程师手册.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硬件工程师手册.docx（98页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

硬件工程师手册

硬件工程师手册

华为技术有限公司

第一章概述

第一节硬件开发过程简介

§1.1.1硬件开发的基本过程

产品硬件项目的开发，首先是要明确硬件总体需求情况，如CPU处理能

力、存储容量及速度，I/O端口的分配、接口要求、电平要求、特殊电路（厚膜

等）要求等等。

其次，根据需求分析制定硬件总体方案，寻求关键器件及电咱的技

术资料、技术途径、技术支持，要比较充分地考虑技术可能性、可靠性以及成本控

制，并对开发调试工具提出明确的要求。

关键器件索取样品。

第三、总体方案确定

后，作硬件和单板软件的详细设计，包括绘制硬件原理图、单板软件功能框图及编

码、PCB布线，同时完成开发物料清单、新器件编码申请、物料申领。

第四，领

回PCB板及物料后由焊工焊好1～2块单板，作单板调试，对原理设计中的各功能

进行调测，必要时修改原理图并作记录。

第五，软硬件系统联调，一般的单板需硬

件人员、单板软件人员的配合，特殊的单板（如主机板）需比较大型软件的开发，

参与联调的软件人员更多。

一般地，经过单板调试后在原理及PCB布线方面有些

调整，需第二次投板。

第六，内部验收及转中试，硬件项目完成开发过程。

§1.1.2硬件开发的规范化

上节硬件开发的基本过程应遵循硬件开发流程规范文件执行，不仅如此，硬

件开发涉及到技术的应用、器件的选择等，必须遵照相应的规范化措施才能达到质

量保障的要求。

这主要表现在，技术的采用要经过总体组的评审，器件和厂家的选

择要参照物料认证部的相关文件，开发过程完成相应的规定文档，另外，常用的硬

件电路（如ID.WDT）要采用通用的标准设计。

第二节硬件工程师职责与基本技能

§1.2.1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性。

4、在设计中考虑成本，控制产品的性能价格比达至最优。

5、技术开放，资源共享，促进公司整体的技术提升。

§1.2.1硬件工程师基本素质与技术

硬件工程师应掌握如下基本技能：

第一、由需求分析至总体方案、详细设计的设计创造能力；

第二、熟练运用设计工具，设计原理图、EPLD、FPGA调试程序的能力；

第三、运用仿真设备、示波器、逻辑分析仪调测硬件的能力；

第四、掌握常用的标准电路的设计能力，如ID电路、WDT电路、π型滤波

电路、高速信号传输线的匹配电路等；

第五、故障定位、解决问题的能力；

第六、文档的写作技能；

第七、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

第一节硬件开发流程

§3.1.1硬件开发流程文件介绍

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。

公司硬件开发流程的文件编号为4/QM-RSD009，生效时间为1997年月21

日。

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

件开发所应完成的任务。

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。

§3.2.2硬件开发流程详解

硬件开发流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。

..硬件需求分析

..硬件系统设计

..硬件开发及过程控制

..系统联调

..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。

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能满足

需求。

硬件需求分析主要有下列内容。

..系统工程组网及使用说明

基本配置及其互连方法

运行环境

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

从上可见，硬件开发总体方案，把整个系统进一步具体化。

硬件开发总体设

计是最重要的环节之一。

总体设计不好，可能出现致命的问题，造成的损失有许多

是无法挽回的。

另外，总体方案设计对各个单板的任务以及相关的关系进一步明

确，单板的设计要以总体设计方案为依据。

而产品的好坏特别是系统的设计合理

性、科学性、可靠性、稳定性与总体设计关系密切。

硬件需求分析和硬件总体设计完成后，总体办和管理办要对其进行评审。

一

个好的产品，特别是大型复杂产品，总体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。

进行完硬件需求分析后，撰写的硬件需求分析书，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。

硬件需求分析完成后，项目组即可进行硬件总体设计，并撰写硬件总体方案

书。

硬件总体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。

硬件总体设计主要有下列内

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

总体审查包括两部分，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。

硬件总体设计方案通过后，即可着手关键器件的申购，主要工作由项目组来

完成，计划处总体办进行把关。

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，即要进行结构电源设计、单板总体设计。

结构电源设计由

结构室、MBC等单位协作完成，项目组必须准确地把自己的需求写成任务书，经

批准后送达相关单位。

单板总体设计需要项目与CAD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室合作。

CAD室可

利用相应分析软件进行辅助分析。

单板总体设计完成后，出单板总体设计方案书。

总体设计主要包括下列内容：

..单板在整机中的的位置：

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

每个单板都要有总体设计方案，且要经过总体办和管理办的联系评审。

否则

要重新设计。

只有单板总体方案通过后，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

单板软、硬件详细设计，要遵守公司的硬件设计技术规范，必须对物料选

用，以及成本控制等上加以注意。

本书其他章节的大部分内容都是与该部分有关

的，希望大家在工作中不断应用，不断充实和修正，使本书内容更加丰富和实

用。

。

不同的单板，硬件详细设计差别很大。

但应包括下列部分：

单板整体功能的准确描述和模块的精心划分。

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。

单板详细设计要撰写单板详细设计报告。

详细设计报告必须经过审核通过。

单板软件的详细设计报告由管理办组织审

查，而单板硬件的详细设计报告，则要由总体办、管理办、CAD室联合进行审

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，项目组一边要与计划处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室配合进行，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室完成。

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。

当单板调试

完成，项目组要把单板放到相应环境进行单板硬件测试，并撰写硬件测试文档。

如

果PCB测试不通过，要重新投板，则要由项目组、管理办、总体办、CAD室联合

决定。

在结构电源，单板软硬件都已完成开发后，就可以进行联调，撰写系统联调

报告。

联调是整机性能提高，稳定的重要环节，认真周到的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。

因此，联调必须预先

撰写联调计划，并对整个联调过程进行详细记录。

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。

联调后，必须经总体办和管理办，

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。

如果联调通过，项目要进行文件归档，把应该归档的文件准备好，经总体

办、管理办评审，如果通过，才可进行验收。

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。

第二节硬件开发文档规范

§2.2.1硬件开发文档规范文件介绍

为规范硬件开发过程中文档的编写，明确文档的格式和内容，规定硬件开发过程

中所需文档清单，与《硬件开发流程》对应制定了《硬件开发文档编制规范》。

开

发人员在写文档时往往会漏掉一些该写的内容，编制规范在开发人员写文档时也有

一定的提示作用。

《硬件开发文档编制规范》适用于中央研究部立项项目硬件系统

的开发阶段及测试阶段的文档编制。

规范中共列出以下文档的规范：

..硬件需求说明书

..硬件总体设计报告

..单板总体设计方案

..单板硬件详细设计

..单板软件详细设计

..单板硬件过程调试文档

..单板软件过程调试文档

..单板系统联调报告

..单板硬件测试文档

..单板软件归档详细文档

..单板软件归档详细文档

..硬件总体方案归档详细文档

..硬件单板总体方案归档详细文档

..硬件信息库

这些规范的具体内容可在HUAWEI服务器中的“中研部ISO9000资料库”中找

到，对应每个文档规范都有相应的模板可供开发人员在写文档时“填空”使用。

模

块在rndI服务器中的文档管理数据库中。

&2.2.2硬件开发文档编制规范详解

1、硬件需求说明书

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，

具体编写的内容有：

系统工程组网及使用说明、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。

3、单板总体设计方案

在单板的总体设计方案定下来之后应出这份文档，单板总体设计方案应包含单板

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。

4、单板硬件详细设计

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、存贮器空间、中断方式、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，因此这时候单板硬件详细设计便为软件设计者提供

了一个详细的指导，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。

5、单板软件详细设计

在单板软件设计完成后应相应完成单板软件详细设计报告，在报告中应列出完成

单板软件的编程语言，编译器的调试环境，硬件描述与功能要求及数据结构等。

要

特别强调的是：

要详细列出详细的设计细节，其中包括中断、主程序、子程序的功

能、入口参数、出口参数、局部变量、函数调用和流程图。

在有关通讯协议的描述

中，应说明物理层，链路层通讯协议和高层通讯协议由哪些文档定义。

6、单板硬件过程调试文档

开发过程中，每次所投PCB板，工程师应提交一份过程文档，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。

每

次所投PCB板时应制作此文档。

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。

7、单板软件过程调试文档

每月收集一次单板软件过程调试文档，或调试完毕（指不满一月）收集，尽可能

清楚，完整列出软件调试修改过程。

单板软件过程调试文档应当包括以下内容：

单

板软件功能模块划分及各功能模块调试进度、单板软件调试出现问题及解决、下阶

段的调试计划、测试方案修改。

8、单板系统联调报告

在项目进入单板系统联调阶段，应出单板系统联调报告。

单板系统联调报告包括

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。

9、单板硬件测试文档

在单板调试完之后，申请内部验收之前，应先进行自测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。

10、硬件信息库

为了共享技术资料，我们希望建立一个共享资料库，每一块单板都希望将的最有

价值最有特色的资料归入此库。

硬件信息库包括以下内容：

典型应用电路、特色电

路、特色芯片技术介绍、特色芯片的使用说明、驱动程序的流程图、源程序、相关

硬件电路说明、PCB布板注意事项、单板调试中出现的典型及解决、软硬件设计

及调试技巧。

第三节与硬件开发相关的流程文件介绍

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

§3.3.1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，合理进行资源分配，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。

§3.3.2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

和内部验收等的过程和接口，并指出了开发过程中需形成的各种文档。

该流程包含

着硬件开关、软件开发、结构和电源开发、物料申购并各分流程。

§3.3.3软件开发流程：

与硬件开发流程相对应的是软件开发流程，软件开发流程是对大型系统软件

开发规范化管理文件，流程目的在对软件开发实施有效的计划和管理，从而进一步

提高软件开发的工程化、系统化水平，提高华为公司软件产品质量和文档管理水

平，以保证软件开发的规范性和继承性。

软件开发与硬件结构密切联系在一起的。

一个系统软件和硬件是相互关联着的。

§3.3.4系统测试工作流程：

该流程规定了在开发过程中系统测试过程，描述了系统测试所要执行的功

能，输入、输出的文件以及有关的检查评审点。

它规范了系统测试工作的行为，以

提高系统测试的可控性，从而为系统质量保证提供一个重要手段。

项目立项完成，成立项目组的同时要成立对应的测试项目组。

在整个开发过

程中，测试可分为三个阶段，单元测试、集成测试、系统测试。

测试的主要对象为

软件系统。

§3.3.5中试接口流程

中试涉及到中央研究部与中试部开发全过程。

中研部在项目立项审核或项目

立项后以书面文件通知中试部，中试部以此来确定是否参与该项目的测试及中试准

备的相关人选，并在方案评审阶段参与进来对产品的工艺、结构、兼容性及可生产

性等问题进行评审，在产品开发的后期，项目组将中试的相关资料备齐，提交《新

产品准备中试联络单》，由业务部、总体办、中研计划处审核后，提交中试部进行

中试准备，在项目内部验收后转中试，在中试过程中出现的中试问题，由中试部书

面通知反馈给项目组，进行设计调整直至中试通过。

由上可见中试将在产品设计到验收后整个过程都将参与，在硬件开发上，也

有许多方面要提早与中试进行联系。

甚至中试部直接参与有关的硬件开发和测试工

程。

§3.3.6内部验收流程

制定的目的是加强内部验收的规范化管理，加强设计验证的控制，确保产品

开发尽快进入中试和生产并顺利推向市场。

项目完成开发工作和文档及相关技术资

料后，首先准备测试环境，进行自测，并向总体办递交《系统测试报告》及项目验

收申请表，总体办审核同意项目验收申请后，要求项目组确定测试项目，并编写

《测试项目手册》。

测试项目手册要通过总体办组织的评审，然后才组成专家进行

验收。

由上可见，硬件开发过程中，必须提前准备好文档及各种技术资料，同时在

产品设计时就必须考虑到测试。

第三节常用的接口及总线设计

§3.3.1接口标准：

常用的接口类型，接物理电气特性划分，大致可分为以下几类：

1.TTL电平接口：

最通用的接口类型，常用做板内及相连板间接口信号标

准。

其信号速度一般限制在二、三十兆HZ以内。

驱动能力一般为几毫安

到几十毫安，产品设计特别是总线设计时必须考虑负载能力。

2.CMOS电平接口：

速度范围与TTL相仿，驱动能力要弱一些。

3.EIL电平接口：

为高速电气接口，速率可达几百兆，但相应功耗较大，电

磁辐射与干扰与较大。

4.RS－232电平接口：

为低速串行通信接口标准，电平为盻12V，用于

DTE与DCE之间的连接。

5.差分平衡电平接口：

能实现较远距离，较高速率的传输，2MHZ信号在匹

配适当地情况下，传输距离在15m以上。

6.光隔离接口：

能实现电气隔离，允许信号带宽一般在10M以内，更高速

率的器件价格较昂贵。

7.线圈耦合接口：

电气隔离特性好，但允许信号带宽有限。

常用的板极接口类型，按接口实现的逻辑形式，主要有以下几类：

共享内存接口

并行口（PIO）接口

串行口（STI）接口

多总线技术

§3.3.2串口设计：

异步串口：

速度可达几百Kbps，在速度大于15kbps时，为可靠传输，一般推荐

用EIA－402或EIA485电平接口标准进行传输。

同步串口：

常用的接口芯片如82525、20320，速率为2Mbps或4Mpbs。

无论同步或异步，在较高速率传输时，除在板内或传输线长度较短的板间传输时

可用TTL电平接口外，一般要求用差分平衡电平接口：

EIA422、端到端传输

FIA－485：

差分总线传输、终端可达329。

使用差分平衡电平传输时，为保证传输质量，应进行信号匹配，对EIA－422，

常用的匹配方法：

＋

＋

（1）

－

－

R=120.

＋R1

＋

（2）

－

－R2

R1=R2＝22.～33.

＋R1R3

＋

（3）

－

－R2

R1=R2＝22.

R3＝120.

对于EIA－485差分总线传输，需在端点进行匹配：

R1

R2

R1＝＝120.

R2

§3.3.3并口设计及总线设计：

以AT总线为例，总线设计的几个主要注意事项如下：

1.总线驱动能力设计；根据实际应用中可能接入总线的板卡板，应使系统线

具有足够的驱动能力。

2.总线隔离挂接在总线上的各单板应使用总线隔离器件。

一方面减轻时总线

的负载要求，另一方面对故障进行隔离，另外也确保信号是总线方式而非

星形方式传送。

3.时延考虑：

各类总线都有一个速率限制范围，这就限制了总线的物理尺

寸、设计时应考虑这点。

另外，在底板尺寸较大时，地址、数据、控制，

总线任一槽位的时延确保其时序联系正确。

4.防串扰考虑：

总线设计时，应尽量避免总线长距离相邻走线，如PCB板

尺寸允许，线线之间应加入保护隔离地线。

§3.3.4RS－232接口总线

RS－232总线是采用按位串行的通讯总线，但它并不限制所传送的数据类型和数

据帧长。

可用于同步通信也用于异步通讯。

RS－232对其所传输的数据格式约定为：

信息起始位、数据块停止位、奇偶校验

位及若干数据位。

RSS－232为了增加抗干扰能力，采用负逻辑电路，其逻辑电平范围如下图所

＋

5V＋

15V

逻辑0

不稳定区

－5V

逻辑1

－15V

示：

RS－232的接口电气：

微机接口及内部电路是采用TTL和CMOS型电路。

这些

电路都不能直接与RS－232相连，中间必须要进行电平转换，常用的转换芯片有

MC1488、MC1489、MAX232等。

MC1488、MC1489需接盻12V的电源，其中

MC1488用在通讯设备的发送端，MC1489用在通讯设备的接收端。

MAX232是单

5V供电。

片内集成有升压电路产生盻12V的电压，使用