当谈到嵌入式系统设计时，从零开始构建一个系统或使用单板计算机有什么好处?本文探讨了这些选项并进行了beplay体育下载不了权衡。
嵌入式系统无处不在。我们每天每时每刻都在使用它们，但往往并不知道或关心是什么让我们的设备或设备运转。
作为消费者，我们可以在我们的智能手机、洗衣机、健身手环中找到它们，在我们的车里有成百上千个。从用户的角度来看，那些我们在情感上依恋的人，我们希望可靠地工作——而且，如果他们有电池供电，一次充电可以持续好几天。它们在工业自动化系统中无处不在，广泛应用于交通运输以及医疗保健和医疗应用。
对于负责开发这些系统的嵌入式开发人员和电子工程团队来说，他们可以采用许多不同的方法，每种方法都有自己的优点，具体取决于终端系统需求、可用预算和上市截止日期。
嵌入式系统开发从无到有
对大多数开发人员来说，从头开始开发嵌入式系统可能是事实上的方法，尽管态度正在改变，我们将在本文中进一步研究这些问题。
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图1所示。嵌入式系统开发过程。(来源:Arnold S. Berger -嵌入式系统设计)
这种开发方法的初始阶段主要关注于定义和记录项目概念和规范，以及硬件和软件设计的初始概述。图1强调了开发嵌入式系统的关键阶段。这些文档一起将形成硬件和软件设计的更详细方面。
设计考虑因素包括:产品是否需要显示?它需要安全的短距离无线连接吗?任何产品功能都要求硬件具有确定性的抢先行为吗?这些示例问题的答案将显著影响产品的物理尺寸、功耗、所需的计算资源和外围连接功能等方面的总体设计。这些属性也将决定成本，详细的材料清单(BOM)包括每个组件，包括外壳，印刷电路板，以及任何提供的电缆和电源适配器。
图2举例说明了嵌入式系统功能设计。
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图2。安装在墙上的电池供电的加热控制器的方框图。
一旦设计规范被签署，工作就可以开始原型开发，这是一个涉及硬件和软件设计并行进行的过程。项目进度表将突出关键里程碑和测试阶段。尽管从零开始进行嵌入式开发给设计团队提供了巨大的灵活性，但这也意味着嵌入式硬件设计的每个方面都需要仔细地与操作软件集成。
低级的驱动程序和电路板支持包只是许多东西的一部分，需要从头开始创建一个工作原型可用来测试。如果产品需要无线连接，团队选择了一种离散的方法，而不是使用预先认证的无线模块，则需要寻求额外的时间和预算，以适应法律要求和严格的无线类型审批流程。
每个嵌入式系统的设计都是不同的，因此开发时间和预算的估算取决于系统的特性和复杂性。对于一个中等规格的设计来说，5万美元到10万美元的开发预算和6到12个月的时间周期可能比较现实，而获得一个工作的硬件原型需要3到4个月的时间。随着测试和进一步的设计审查，可能需要两年的时间设计才能准备好量产。不可收回费用(NRE)将占整个项目成本的很大一部分。据设想，最终嵌入式硬件的BOM成本可能为每板15至35美元。
平台的方法
许多产品制造商提供一系列具有不同功能的产品，其中一些是早期产品的迭代。对于他们来说，开发一个可以在整个产品组合中使用的标准平台，是一种可行的选择，而不是为每一个新产品从头开始一个新的设计。选择特定的微控制器或微处理器系列产品，这些产品在处理器速度、内存和外设的范围内都兼容引脚和软件，提供了最大的灵活性。
工程团队将需要考虑长期维护设计，并最终考虑重新设计平台的体系结构，以适应新的处理器技术、用户界面方法的更改和新的网络协议栈。
用单板机快速跟踪设计
一种利用平台方法的许多优点从头开始的替代方法正在迅速得到发展。使用单板机(SBC)的概念并不新鲜;事实上，sbc已经在各种工业自动化设备、自动提款机和许多其他自助柜员机类型的设备中使用了几十年。它的吸引力在于，工程团队可以立即在一个可信的平台上开始开发产品，节省了大量的开发时间和NRE成本。
在过去的几年里，已经开发出了许多板格式，其中许多根植于PC主板的形状因素，最流行的是pico-ITX、PC/104和EPIC(工业计算嵌入式平台)。一个样板板，售价约188美元荷兰欧cpu - 301-见图3 -它拥有一个飞思卡尔i.MX6 CPU和4GB RAM。虽然该板的基本规范使它看起来与PC相同，但仔细看看，你会注意到许多这样的板具有更广泛的网络协议，如CAN和串行接口，如RS232/485/422。
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图3。Eurotech CPU-301-16-01单板计算机。(来源:荷兰)
此外，其中一些可适应高达+85°C的扩展工作温度范围，一些是保形涂层，用于高湿度和其他具有挑战性的环境条件。
对于习惯于使用资源丰富的环境和使用企业级软件开发环境的开发人员来说，这些sbc仍然是作为产品设计基础的理想平台。这些“工业SBC”也更有可能拥有一些在小型嵌入式SBC上没有的关键特性，我们将在下文中讨论这些特性。
冗余处理器和软件分区对于安全关键型应用程序来说是必须的，任何负责实时控制的应用程序都需要一个高度确定性的操作系统。此外，对传统上由可编程逻辑控制器(plc)提供的遗留网络协议和I/O的支持，往往在工业sbc中得到了更多的尝试和测试。与新的替代品相比，这些功能也使得它们的价格要高得多。
嵌入式SBCs
微处理器和微控制器技术在过去的二十年里有了显著的进步，设计师现在有了大量的现成的嵌入式板可供选择。首先，与工业上的同类产品相比，它们体积更小，能耗更低，成本更低。
一个例子是$65BeagleBone黑这是一款小巧的3.5英寸板，拥有TI Sitara ARM Cortex-A8微处理器和4GB DDR3闪存，并以GPIO主机和串行外设为特色。该板附带一个开源Linux发行版，它提供了对硬件领域的高级控制。另一个更小的linux驱动板是Arduino云，它还包括802.11 2.4GHz无线连接。
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图4。BeagleBone黑色单板计算机。(来源:BeagleBone)
那么，为什么这样的董事会是一种可行的替代方案，以开始一个地面的设计方法?据估计，现在已经交付了超过50万BeagleBone Black板，因此有很多可用的社区支持。布局和BOM文件的整个设计包都是开源的，可以下载，这给了工程管理在查看潜在的制造风险和建立第二个采购伙伴时很大的信心。
想象一下，使用这些电路板作为下一个产品设计的基础可以节省时间，更不用说NRE成本的节省。一切都有很好的文档，有许多编程语言选项，如Python、C/ c++、Node-RED和Java可供选择。
使用这种方法，开发人员可以将他们的时间和精力集中在在最短的时间内满足设计需求，并尽可能快地将产品推向市场。此外，开发过程变得更加高效，专注于产品特性和差异化，从而使其对目标用户更具吸引力，而无需从头开始学习和加工硬件。主板周围的硬件集成成为优先考虑的问题，因此可以快速、轻松地添加显示、外围设备和控件。
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