硬件设计(学硬件从哪里入门)

在上一篇文章《产品设计程序写作指南(一):结构设计》中，我们说过只有了解背后的道理，借助框架模板，通过反复训练，才能提高产品设计程序的写作水平，我们和大家探讨了结构设计部分的写作要点。本系列的第二部分将继续与您一起学习硬件设计。

一、设计概述同样，在详细的设计说明之前，有必要说明一下所采用的基本硬件设计思路，简述一下为什么采用这种方案:

硬件配置说明：以方框图的形式描述产品的整体配置和单板配置；硬件/固件的设计选择：描述硬件/固件的设计选择，如尺寸、颜色、形状、材料等；硬件开发平台说明：介绍硬件开发的环境、工具、编译器、可编程性设计工具如FPGA/DSP等；介绍SI、EMC仿真分析平台（如果有）。

这里的“框图”是指系统的框图，用来说明系统的各个部分是如何匹配成一个完整的系统的。系统框图应确定组成系统的组件(子系统、模块和单元),并描述它们之间的静态关系。

系统框图应以两种方式绘制:

功能性方框图：用于说明系统有哪些功能，应由哪些功能模块来实现。需画出这些功能模块之间的逻辑关系，接口方式，遵循的协议规范等。如果是迭代类的产品，可在原有功能性方框图上增加、修改、删除；物理性方框图：用于说明系统具体是由哪些硬件模块来实现，需具体到型号、厂家、规格和性等。这是设计硬件实现方案的基础（软件实现方案与此类似）。

最后要给出它们之间的对应关系，明确哪个物理盒实现哪个功能盒的目的。

二、设计详述1. 模块间接口说明

整体概念介绍完后，需要从上到下详细介绍硬件系统的各个功能模块，具体到各个功能模块的功能以及它们如何相互配合实现整体功能。注意，这里可能有很多内容。建议单独文档描述，并在产品设计方案中引用。

标识和图例:通过图例说明最小功能单元之间的接口，并给每个接口一个唯一的标识。如果是迭代产品，需要注明界面的变化。

下图显示了系统的整体接口标识:

详细接口定义:描述最小功能单元之间关键接口的接口标准和信号定义，但不给出非关键接口的详细定义。对于迭代产品，需要注明单板功能、接口标准等的变化。下图是电路板最小功能单元的示意图。

2.模块需求分配的描述。在设计硬件时，我们建议根据需求确定功能。除了满足必要的功能要求和必要的性能要求外，不要做多余的设计(当然这个要由工业界来做，推荐给to C和部分to B产品)。因此，在介绍了硬件系统的整体方案后，需要将最小模块的功能与需求对应起来(这里会用到一个需求跟踪工具，比如需求池)。

每个需求对应的功能模块建议按照以下几点进行描述:

关键器件规格：从器件外形尺寸及接口、可靠性、环境适应性、可加工性、可测试性等方面描述关键器件的工程设计要求，提出影响器件质量/可靠性的关键指标；连接方案描述：说明本产品关键接插件类型、线缆连接部位等（若在“模块间接口说明”内提及，则此处可不写）；电气特性描述：主要描述各模块的电气特性，如功耗、最大允许电流/电压等；可测试性设计：描述各模块应具有的可测试性规格；单板硬件基本要求：电源与接地的布置、调试接口、指示电路、主要时钟、控制引脚、信号点、测试接口等的设计；单元电路设计要求：处理器及外围电路的说明（需含FLASH、RTC、NVRAM、SDRAM）；器件应用可靠性设计描述：根据产品可靠性总体要求，描述各类器件应用规则。3. 模块开发状态/类型说明

同一产品线上的产品往往有功能模块的复用，节省了时间和成本。可重用模块的类型和数量是产品线的R&D团队的技术细节。因此，建议说明模块的开发状况。

模块的开发状况如下:

新开发：全新开发，全新尝试；重用现有最小功能模块：如某款WiFi模块因其稳定性和价格适当已在某款产品上大规模使用，当对WiFi性能的需求大致不变时，在其他同类产品上可以直接复用；重用现有设计：如某块升压板有较宽的电压输入范围，当输出电压一致而输入电压有一定区别（所过电压/电流仍在升压板支持范围内），可以直接复用；对现有设计或最小功能模块进行重新开发：如现有产品上使用百兆网口，而新产品上需要千兆网口，可以通过更改PHY芯片的配置（软件或硬件）完成重新开发；开发用于重用的最小功能模块等：如本条产品线上的产品均有GPS定位需求，那么可定制开发通用的GPS模块及其外围电路，做好存档并在同类产品设计时快速调用。4. 外包/外购模块规格说明

为了缩短开发时间，提高产品质量和稳定性，可以选择购买市场上成熟稳定的模块。比如当你需要实现TTL/COMS电平和RS232电平的转换时，可以直接购买TTL-RS232串行通信模块；同样，当我们团队的技术积累更侧重于某个领域，而对产品涉及的其他领域并不熟悉时，可以选择将这部分模块的设计交给外包公司。

比如，你的团队精通射频部分，但对设计一个稳定高效的电源模块没有把握(一般来说，如果有足够的时间和资金，硬件工程师最终是可以粗制滥造的，但性价比太低)。将电源模块完全交付给外部团队进行设计即可，注意明确要求，明确交付日期。

当您的产品中有外购/外购模块时，有必要全面定义它们的规格:

明确模块指标：包括结构、功能、性能指标、技术参数、接口等；明确验收标准：结合以上要求明确模块的验收标准；说明技术方案：描述外包方的概况及其对外包模块的实现方式（可引用外包方提供的设计方案文档）。

选择外包供应商，提出你的需求，是有一定技巧的。具体可以参考我的文章《作为甲方，如何提出自己的需求？》。

后面还会有软件设计文章的内容和大家见面。另外，关于文档相关的写作，会有to B硬件产品的竞品后续分析与大家分享(我身边做硬件产品经理的朋友大多对此比较头疼，去年刚有相关经验，就拿出来吸玉了)。敬请期待。

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