主流32位單片機(jī)攻略連載：為什么要學(xué)STM32？

　　2.10.設(shè)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(yùn)行，諸如用于軍事設(shè)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(shè)備通常比較昂貴，因此在設(shè)計(jì)過程中就不能再根據(jù)一般工業(yè)級(jí)器件的價(jià)格來制定預(yù)算。

　　2.11.使用周期成本

　　如果我們的產(chǎn)品是stm32神舟開發(fā)板，在一般情況下，可以不必考慮在用戶現(xiàn)場對stm32神舟開發(fā)板程序進(jìn)行修改的問題，也不用為是否可以得到設(shè)備備件而著急，這是因?yàn)閟tm32神舟開發(fā)板是一種學(xué)習(xí)型的消費(fèi)產(chǎn)品，僅僅只是一款開發(fā)板而已。

　　換句話說，如果我們的產(chǎn)品是價(jià)值幾萬塊的工業(yè)設(shè)備并且需要常年不斷地運(yùn)行，那么我們在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中就必須從長計(jì)議了：

　　a.首先，我們需要選擇一種處理器或存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)都可以升級(jí)的器件

　　b.考慮到程序升級(jí)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(diǎn)的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于處理器的價(jià)格

　　除了上面的考慮之外，使用周期成本也是在設(shè)計(jì)之初要考慮的因素。總的來說，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(huì)選擇一個(gè)低價(jià)微處理器，同時(shí)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(jià)格昂貴的工業(yè)用設(shè)備，那么在產(chǎn)品的使用期內(nèi)，該設(shè)備的銷售量將只有幾百臺(tái)，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(fèi)電子產(chǎn)品那么敏感。綜上所述，開發(fā)工業(yè)產(chǎn)品當(dāng)然要選擇一種便于進(jìn)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(guān)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(guān)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(luò)上找到不少的相關(guān)的設(shè)計(jì)資料以及相關(guān)技術(shù)主題，這樣就進(jìn)一步降低了技術(shù)門檻，確保了使用該處理器做產(chǎn)品可行性，減低了風(fēng)險(xiǎn)；例如STM32神舟IV號(hào)開發(fā)板就有針對該板子有個(gè)700多頁的手冊文檔，如果我們選擇STM32芯片來開發(fā)產(chǎn)品的話，借助詳細(xì)資料開發(fā)起來就輕松了，達(dá)到事半功倍的效果。

　　反之，如果是廠商全新推出的處理器，因?yàn)槭袌錾线€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(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)也很大。

　　3.開發(fā)成本的預(yù)測和估計(jì)

　　大多數(shù)項(xiàng)目或產(chǎn)品都有專人負(fù)責(zé)預(yù)測整個(gè)過程的開發(fā)成本，對于任何項(xiàng)目來說，其開發(fā)成本主要包括人力和材料開銷。

　　預(yù)測開發(fā)成本在很大程度上需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這也是為什么大型公司一般指定有經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)工程師來完成這一任務(wù)的原因，除了人力和材料的開銷之外，總結(jié)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(shí)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(gè)項(xiàng)目來說，上述的開銷將直接可能導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加，其中人力成本最為關(guān)鍵，尤其是在中國。

　　4.產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)文檔（需要包括硬件和軟件兩個(gè)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(biāo)的話，那么產(chǎn)品對硬件和軟件的要求就是技術(shù)方案的最終目標(biāo)；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(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)器（事先需求說明定時(shí)器不能與個(gè)人電腦連接，故無法使用CRT顯示時(shí)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(shí)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(shè)備（這整個(gè)過程描述了我們硬件選型時(shí)的一個(gè)思路，這個(gè)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(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　　首先要對硬件說明的內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，包括添加能讓工程師理解的設(shè)計(jì)意圖，以及軟件工程師圍繞硬件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)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(gè)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(shè)計(jì)思路和方法，除此之外，還要附上軟件工程師用來對硬件進(jìn)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(gè)端口管腳的用途

　　-----外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法（例如，說明輸入定時(shí)器電路的時(shí)鐘頻率等）

　　-----其他有管軟件人員設(shè)計(jì)程序需要了解的信息

　　對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)來說，硬件文檔中經(jīng)常使用兩個(gè)獨(dú)立的部分來進(jìn)行說明；其第一部分用來描述硬件指標(biāo)和工作原理，第二部分則主要為軟件人員提供程序設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的功能；一種是在簡單項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(fù)雜的項(xiàng)目來說，由于參與這種項(xiàng)目的軟件人員分別負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)不同硬件部分的代碼（同一電路板），因此每個(gè)軟件人員可能會(huì)為自己的設(shè)計(jì)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：

　　-----論述包括需求定義、工程指標(biāo)、硬件參數(shù)等實(shí)施項(xiàng)目需要的內(nèi)容

　　-----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(yīng)包括對緩沖區(qū)接口機(jī)制、命令/應(yīng)答協(xié)議、信號(hào)控制等協(xié)議的具體說明。

　　-----借助流程圖、偽代碼或者其他可能的方法來描述軟件的實(shí)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(yàn)方便技術(shù)總監(jiān)或其他相關(guān)管理者參考，因?yàn)闊o論是多高深的技術(shù)管理者，要么是硬件出身，要么是軟件出身，要么就是非技術(shù)出身，armjishu.com里面有少數(shù)軟硬件都精通的高手）

　　a. 軟件的靈活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬件，要讓軟件人員搞清楚某個(gè)軟件的內(nèi)部格式是非常困難的任務(wù)，解決的辦法：詳細(xì)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(shí)施開發(fā)項(xiàng)目過程中需要使用的技術(shù)細(xì)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(jìn)行操作；而硬件人員一般不需要了解軟件程序的技術(shù)細(xì)節(jié)。

　　c. 由于軟件易于更改，因此程序內(nèi)容經(jīng)常會(huì)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(shí)反映程序的最新變化。

　　d. 軟件經(jīng)常是工程項(xiàng)目最后完成的部分，因此其文檔也經(jīng)常因時(shí)間不夠而欠缺完整。實(shí)際上，軟件文檔是否詳細(xì)、完整，在某種程度上是與公司或客戶的要求有關(guān)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(shí)現(xiàn)的功能提供全面詳細(xì)的文檔

　　e. 有個(gè)潛規(guī)則，對軟件的要求越復(fù)雜，則需求的正確可能性就越小，這個(gè)是經(jīng)驗(yàn)之談了，我們需要把準(zhǔn)需求這個(gè)準(zhǔn)繩來做文章，而不是陷入個(gè)人主義以及對軟件要求而憑空發(fā)揮自己不切實(shí)際的想象。

　　f. 我們可以先硬件設(shè)計(jì)，接著圍繞該硬件編制軟件。雖然實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)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(shí)現(xiàn)的硬件來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的；對于更為復(fù)雜的系統(tǒng)來說，開發(fā)過程可能會(huì)出現(xiàn)重復(fù)。

　　例如，某個(gè)項(xiàng)目的硬件工程師和軟件工程師可能會(huì)坐下來開會(huì)，共同決定使用哪種硬件來實(shí)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(shè)備接口，以便充分利用現(xiàn)成接口程序提供的各種驅(qū)動(dòng)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(fù)雜性與成本之間進(jìn)行權(quán)衡。

5.嵌入式高手對技術(shù)的理解（含辛茹苦這么多年的精華體驗(yàn)）

　　有很多人認(rèn)為：嵌入式系統(tǒng)性能的核心因素是軟件功能，其實(shí)，如果按照這種邏輯，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題就應(yīng)由軟件人員來負(fù)責(zé)；其實(shí)這個(gè)觀點(diǎn)實(shí)際上反映了設(shè)計(jì)嵌入式產(chǎn)品時(shí)如何考慮劃分硬件和軟件各自應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能，也就是這個(gè)功能是軟件實(shí)現(xiàn)，還是考慮用硬件來實(shí)現(xiàn)（硬件實(shí)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(shí)現(xiàn)：無需增加硬件成本，但會(huì)占用處理器以及內(nèi)存的資源，這是armjishu.com的專家們體會(huì)到的）。

　　例如：我們在這里設(shè)計(jì)的基于STM32的神舟II號(hào)開發(fā)板產(chǎn)品，我們可以使用專業(yè)的解碼芯片來負(fù)責(zé)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(dòng)耳機(jī)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(jìn)行播放。

　　優(yōu)點(diǎn)：這種方案在硬件方面節(jié)省了一個(gè)器件，降低了成本，并且該功能還方便調(diào)試（因?yàn)槭擒浖?shí)現(xiàn)的）。

　　缺點(diǎn)：從另一個(gè)角度來看，雖然節(jié)省了一塊語音解碼芯片，但同時(shí)要在三個(gè)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(yùn)行該程序?qū)⒄加锰幚砥鞯臅r(shí)間和資源。

　　其實(shí)，話又說回來，對于本案例來說，上述成本的節(jié)約并不會(huì)引發(fā)任何問題，包括驅(qū)動(dòng)程序增加也只需少量的，我們討論這個(gè)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(jìn)行合理劃分。

　　總的來說，交給軟件實(shí)現(xiàn)的功能越多，則產(chǎn)品的成本就越低，當(dāng)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指定的功能；常言說得好，天下沒有免費(fèi)的午餐；把功能分配給軟件來實(shí)現(xiàn)，會(huì)增加軟件的復(fù)雜性、開發(fā)時(shí)間、以及程序的調(diào)試時(shí)間；然而，隨著處理器的處理能力的不斷提高，可以預(yù)見，越來越多的功能將會(huì)由軟件來實(shí)現(xiàn)。

　　雖然在軟件中實(shí)現(xiàn)各種功能會(huì)增加開發(fā)成本，但如果把功能移植到硬件中實(shí)現(xiàn)，則會(huì)增加產(chǎn)品的成本，這類開銷是在構(gòu)造每個(gè)系統(tǒng)組件時(shí)不可避免的。在低成本設(shè)計(jì)方案中，增加任何額外的硬件都會(huì)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(gè)決定產(chǎn)品成本的大問題。在諸如大眾消費(fèi)產(chǎn)品這一類對成本非常敏感的設(shè)計(jì)方案中，一般都會(huì)把無法通過軟件實(shí)現(xiàn)的功能排除在外的。