菜鸟问题：硬件怎么设计呢？

nothisname

菜鸟问题：硬件怎么设计呢？ [复制链接]

我是做PC软件的，但对电子类感兴趣。
看到一些复杂的硬件系统，没有想明白是怎么设计的？
PC软件目前多是线性运行，最多是多线程，真正并行的代码我们很难涉及，microsoft，intel给我们提供了库。
可是我发现，电子系统多是并的，尤其模拟电路。那么，这给电路，尤其系统涉及带来很大的复杂度。
我发现他无法使用类似程序流程图的方法进行描述。那么，实际当中大家是如何设计，并遍历可能出现的问题呢？状态图/表？

对于复杂的系统或大规模的模拟电路来说，是怎么进行的呢？
模块化？
采用Block（类似于c++的class？）
用port做端口（类似于C++的interface？）
逐个封装，再通过root sch进行封装？
每个模块在使用流程图和状态图分析并遍历各种状况？

请各位行家、前辈指点，谢谢！

simonprince

俺也是菜鸟，没明白LZ的意思

nothisname

呵呵，看样子我菜到一定程度了，话都没有说利索
我的意思是说：
在做电路设计的时候，可能有好几个功能部分，比如手机充电模块设计上（我猜的 ）：
电池部分有：过压/欠压保护，过流保护，短路保护，恒压/恒流，温度控制等等
电源输入部分：过压/欠压保护，过流保护，短路保护
边打电话边充电的话，可能还有电源的旁路选择（我也不知道怎么称呼，我猜线充的时候，系统可能将电池给手机充电的电路断开，改由充电器直接给手机充电，这样应该能延长电池的寿命的吧？）

系统有这么多的情况，那么在做整体设计的时候（尤其不要CPU支持的情况下），如何遍历可能发生的情况呢？某个“量的变化”可能导致一种或几种情况的发生。而且每个节点上，存在N个IF_Then的情况。

这在软件设计的时候，流程图和状态图基本可以解决问题。但是电子电路是完全“并行”的，用线性思维的方法好像不实用啊？
因此，我这个搞软件的对硬件的设计感觉太高深了，希望大家给介绍介绍
呵呵，谢谢啦
（不知道说明白没）

辛昕

听懂你的意思，可惜，俺也是菜鸟，，不知道如何做？和LZ一起等高人现身说法

仙猫

　俺恐无法完整回答，只能抛砖引玉，有些表述凭记忆可能不太准确，诚挚接受拍砖。

　传统的电路通常是以一组器件去完成某一项功能，而多项功能时则往往需要用分别的电路去完成，这种自然的“并行处理”并非是刻意从难设计的，其实由独立的电路各自完成单一的功能反而是最简单的事。

　软件执行的基础是数字时序电路，CPU概念源于“顺序存储，顺序执行”的冯·诺依曼结构，也就是在某一时刻CPU只做一件事。软件所说的并行处理其实只是宏观上，若把时间放大了看，在微观下指令仍然是被顺序执行的，只是通常PC在操作系统的调度下，应用程序的执行（进程）被分割成细微的碎片，由操作系统按一定的分时分优先级算法赋予或剥夺它们执行权，通常的用户因看不到这些细节以为真的是“并行处理”罢了。 当然，近年来的一些新型CPU为提高效率嵌入了能并行处理的流水线结构，不过这种极有限的“并行”跟硬件的全面铺开是不同的，总体还是“顺序”。

　关于硬件设计，画电路图仍是最基本的手法。随着数字电路，尤其是时序电路规模的日益庞大，已有越来越多的工程师使用硬件描述语言来进行设计（典型的两大支柱是VHDL和Verilog HDL）。这些语言不是C，但对学过C的人来说并非难事，看了会有曾似相识感觉；另外还有干脆就是C的“System C”语言近年也崭露头角。不过跟已相当规范化的数电相比，在边边角角都有雕琢余地的模电要用语言来描述还有不少困难，要实现实用化的语言设计恐怕还尚需些时日。

（不知罗嗦了这么多，有没跟楼主的问题对上号……）

仙猫

　从软件转硬件的人开始时最易混淆就是“顺序”和“并行”。硬件描述语言里的每个process都是独立并行运行着的，不像软件，看着代码的前后就知道程序执行的顺序。

nothisname

原帖由 仙猫 于 2009-11-25 12:30 发表
　俺恐无法完整回答，只能抛砖引玉，有些表述凭记忆可能不太准确，诚挚接受拍砖。

　传统的电路通常是以一组器件去完成某一项功能，而多项功能时则往往需要用分别的电路去完成，这种自然的“并行处理”并非是刻意 ...

谢谢仙猫的回复，我要问的问题中心思想也基本类似。
无论vhdl，verilog等，虽然是语言，但是其过程是"并行"的，除了状态也许时序更为重要。
虽然，其"编程"的复杂度比PC程序大很多，但是对于模拟电路来说，问题可能变得更加复杂：不仅有时序，还有状态的很多种可能（数字电路不过01），电流电压范围更宽。

面对这种情况，对于进行系统设计（还是大规模的模数混合设计？）的工程师来说，如何在设计阶段是如何思考并进行设计的呢？

写一个hello world程序很简单，可是写一个操作系统却很难。
那么对于大规模的模数混合系统大家是怎样进行规划、设计、调试的呢？
系统不仅仅要能够正常运行，还要满足抗干扰，辐射、高低温湿度等等问题。
这些问题放在一起，搞总设计的人会怎样思考呢？
软件可以打补丁，可硬件……
我很好奇

nothisname

问题好像宽泛了一些，可是我不懂电路，没法提出一个案例出来。

谁能提一个案例出来？最好不要IC和CPU的。

仙猫

　大系统也是可以化整为零分模块设计的。设计初期首先要弄清各I/O的技术指标（电压电流范围、速度等），然后选择合适的I/O和总控器件。较大的系统可能不止一个脑袋，好些I/O是可以智能地完成一部分作业的。比如串口用的UART，总控机不必老盯着串行线看，每完成一个或一块数据的传送，UART会提出中断请求，等等。

　至于抗干扰、抗温漂时漂等，是要在器件选型和电路构成上考虑进去的。诚如所言，和做软件相比，硬件工程师要承受不允许犯错的巨大压力，好在现在有软硬兼顾的FPGA，已经让硬件设计者轻松了好多，它的逻辑在一定范围内允许改动。

nothisname

谢谢仙猫的回复，我似乎找到了一些软件和硬件之间的一些相似点。
1.提出需求
2.模块化
2.1.模块需求具体化
2.2.定义某块接口（I/O)
3.各小组确定模块方案（时间、成本约束）
………………

可是，软件data type基本固定，加个struct或pointer也不过跑不过这些。
那么在硬件模块（系统内，或自己模块间）如何交换数据呢？
如果有数字部分甚至cpu，mcu还好理解，如果模拟的模块之间如何定义呢？

比如说（不知道例子是否正确）
A模块Pa口来的信号：正常为……, 但是，除了这个意外是什么呢? 是不是A模块的设计者，还要定义出Pa口信号为xxx，是什么情况，Pa口为yyy为什么情况？

此外，出故障的时候怎么处理呢？做软件的时候，我习惯做一个错误处理的模块，通过此模块协同各个模块错误处理。那么硬件出现错误之后是顺着信号链路逐步传递？还是有专门协同错误处理的模块呢？——可是我没看到过有这么干的。

nothisname

另，
实际工作中，大家都是这么做的么？

nothisname

另外，看到“几个硬件设计经验”，我有想到：
硬件有原理图设计和PCB layout、结构设计的。

比如原理图中接口布线顺序不合理会给layout带来很大麻烦。
如果pcb layout的把滤波电容放到好远，可能给系统带来很大的干扰。
那么，大家是如何协调这两个团队的呢？

qushaobo

仿真与实测

辛昕

仙猫很专业，，，，

nothisname

怎么大家对这个问题没有兴趣，还是这根本不是一个问题。
大家都知道，软件设计中有软件工程，进行软件项目的规划设计把握。可是即使如此还是出现种种的问题。

硬件设计中没有这个问题么？还是非常成熟了，已经不是一个问题呢？
按理说，硬件早于软件出现（毫无疑问），应该有一套成熟的硬件开发的规划、设计、控制以及管理的方法。

谁能给些提示?

nothisname

再进一步，软件在交接的时候，有文字文档，有流程图，有代码，以及日志文件。
那么硬件交接的时候，难道只有原理图么？被交接的人，只有拿着原理图阅读？如果是一个大一点的，比如是计算机主板，这得咋看啊？