創(chuàng)建架構(gòu)

理解嵌入式系統(tǒng)要求的行為后，我們就需要為解決方案創(chuàng)建一個架構(gòu)。該架構(gòu)將由分組成功能塊的需求構(gòu)成。例如，如果嵌入式系統(tǒng)必須處理模擬輸入或輸出，架構(gòu)就將包含模擬 I/O 模塊。其它模塊可能會更加明顯，比如電源調(diào)節(jié)、時鐘和復(fù)位生成。

該架構(gòu)不應(yīng)僅限于硬件（電氣）解決方案，還應(yīng)包含 FPGA/SoC 及相關(guān)軟件的架構(gòu)。當(dāng)然，模塊化設(shè)計的關(guān)鍵是針對模塊及功能行為的良好接口文檔編制。

該架構(gòu)的一個關(guān)鍵方面是展現(xiàn)如何在高層次上創(chuàng)建系統(tǒng)，這樣工程團(tuán)隊就能輕松理解其實現(xiàn)方式。該步驟也是在系統(tǒng)運(yùn)行生命周期中為系統(tǒng)提供支持的關(guān)鍵。

在確定我們的架構(gòu)時，我們需要考慮模塊化方法，這樣不僅能在當(dāng)前項目上進(jìn)行復(fù)用，而且還能在未來的項目上進(jìn)行復(fù)用。模塊化要求我們從第一天起就考慮可能的復(fù)用，并要求我們把每個模塊存檔為一個獨立的單元。就內(nèi)部 FPGA/SoC 模塊而言，像 ARM? AMBA? 高級可擴(kuò)展接口 (AXI) 這樣的通用接口標(biāo)準(zhǔn)有助于實現(xiàn)復(fù)用。

模塊化設(shè)計的一個重大優(yōu)勢就是能夠針對某些需求使用商用現(xiàn)成的模塊。商用現(xiàn)成（COTS）模塊讓我們能夠以更快的速度開發(fā)系統(tǒng)，因為借助 COTS，我們能夠把我們的工作重點放在項目從我們的專業(yè)能力產(chǎn)生的增值中獲益最大的部分上。

系統(tǒng)電源架構(gòu)是一個需要縝密思考的的設(shè)計方面。許多嵌入式系統(tǒng)會要求隔離 AC/DC 或 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來確保嵌入式系統(tǒng)的故障不會擴(kuò)散。圖 2 顯示的是電源架構(gòu)的示例。來自該模塊的輸出軌需要二級調(diào)整來為處理內(nèi)核和轉(zhuǎn)換裝置提供電壓。我們必須仔細(xì)防范這些階段發(fā)生嚴(yán)重的開關(guān)損耗和效率下降。因為效率降低意味著系統(tǒng)熱耗散增大，如果不正確解決就會影響單元的可靠性。我們必須仔細(xì)了解使用的線性調(diào)整器的行為以及在電源線上進(jìn)行進(jìn)一步濾波的要求。這一要求的原因是 FPGA 和處理器等器件的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于線性調(diào)整器的控制環(huán)路所能應(yīng)對的水平。隨著噪聲頻率提高，線性調(diào)整器的噪聲抑制能力下降，導(dǎo)致需要采用額外的濾波和去藕技術(shù)。如果不了解這一關(guān)系，會造成混合信號設(shè)備出現(xiàn)問題。

另一個重要的考慮因素是時鐘和復(fù)位架構(gòu)，尤其是在有多個需要同步的開發(fā)板的情況下。在架構(gòu)層面我們必須考慮時鐘分配網(wǎng)絡(luò)：我們是否在跨多個開發(fā)板扇出單個振蕩器，或是使用多個頻率相同的振蕩器？為確保時鐘分配的穩(wěn)健可靠性，我們必須考慮：

振蕩器啟動時間。我們必須確保在整個時間周期內(nèi)激活復(fù)位（如果需要）。

振蕩器歪斜。如果我們要在跨多個開發(fā)板扇出振蕩器，時序是否至關(guān)重要？如果是，我們需要考慮線路卡上的歪斜（連接器引起的）和緩沖器自身引起的歪斜。

振蕩器抖動。如果我們在開發(fā)混合信號設(shè)計，我們需要確保使用低抖動時鐘源，因為抖動的增大會降低混合信號轉(zhuǎn)換器的信噪比。在我們使用千兆位級串行鏈路時情況也是一樣，因為我們需要使用低抖動時鐘源在鏈路上取得良好的誤碼率。

我們也必須注意復(fù)位架構(gòu)，確保只在需要的地方使用復(fù)位。例如基于 SRAM 的 FPGA 一般不需要復(fù)位。如果我們在使用復(fù)位的異步激活，我們需要確保移除它不會導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)問題。

清晰定義接口

內(nèi)外部接口的正式文檔在機(jī)械、物理和電氣層面為各個接口提供清晰的定義，以及協(xié)議和控制流。這些正式文檔也往往被稱為接口控制文檔 (ICD)。當(dāng)然最好是盡量使用標(biāo)準(zhǔn)通信接口。

接口定義最重要的一個方面是外部接口的“連接化”。這個過程考慮了所需連接器的引腳分配，連接器引腳的額定功率以及所要求的插拔次數(shù)，以及任何對屏蔽的要求。

在我們?yōu)槲覀兊南到y(tǒng)考慮連接器類型的時候，我們應(yīng)確保不會因為在子系統(tǒng)中使用相同類型連接器而造成不利的交叉連接。通過使用不同類型連接器或采用不同的連接器鍵位（如果支持），我們就能夠避免交叉連接的可能性。

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