嵌入式核心板開發(fā)產(chǎn)品行業(yè)痛難點分析？

一、     什么是核心板

核心板是將主控MCU及必要外圍器件集成到一個名片大小的電路板上，將MCU的通信接口，GPIO，存儲器接口等引到板外給用戶使用。同時，完成MCU的片上外設的驅(qū)動或嵌入式操作系統(tǒng)的移植，并提供相關(guān)接口給用戶調(diào)用。

嵌入式核心板又叫System-On-Module(SOM)板卡，是一種將CPU、內(nèi)存（DDR）、存儲（eMMC或FLASH）、電源管理（PMIC，負責CPU的上電時序及CPU需求各種不同電壓的輸出）等集成芯片封裝到一起的高集成度板卡，一般采用板對板連接器、郵票孔焊接、金手指、COM Express等形式與底板連接，并且核心板通常將CPU的所有功能引腳或大部分功能引腳引出，用戶在設計產(chǎn)品時只需進行功能接口的外圍電路設計，從而降低硬件開發(fā)難度，節(jié)省開發(fā)時間。

在軟件方面，嵌入式核心板（以下簡稱核心板）一般已完成Linux（Build Root）、Ubuntu、Android、WinCE等嵌入式操作系統(tǒng)的移植適配，在完善各個接口驅(qū)動的同時還會適配Uboot、文件系統(tǒng)以及QT圖形界面的移植開發(fā)，這樣最終呈現(xiàn)給用戶的是一個帶圖形界面的完整操作系統(tǒng)，最大程度方便了用戶進行二次開發(fā)。

核心板作為一種獨特的嵌入式板卡形式，與一體板相比優(yōu)勢明顯，不但可以降低產(chǎn)品設計難度，加快產(chǎn)品上市時間，同時還便于產(chǎn)品迭代升級，減少維護工作量，因此在嵌入式系統(tǒng)所涉及的產(chǎn)品領(lǐng)域得到廣泛應用。對于一些經(jīng)驗豐富的軟、硬件工程師來說，可能還不了解采用核心板的開發(fā)方式或者不信賴核心板的產(chǎn)品模式，所以每當遇到有新項目開發(fā)便重新開始設計一體板，軟件上還要重新移植Uboot、操作系統(tǒng)、QT等。如果時間充足、經(jīng)驗豐富這種方法是可行的，但有很多公司在硬件與底層驅(qū)動上基礎相對薄弱，一旦設計過程出現(xiàn)失誤，很可能導致整個項目擱置，影響產(chǎn)品上市。在人力不足的情況下，這樣的工作無疑是在“重復造輪子”，無形中消耗了大量的人力物力。

萬象奧科嵌入式的核心板經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展與品質(zhì)沉淀，在集成度、穩(wěn)定性、專業(yè)性等方面已經(jīng)非常成熟。接下來，讓我們從產(chǎn)品開發(fā)角度來進一步了解。

二、為什么要做核心板？

?    幫用戶把復雜的電路都做掉，減小客戶的設計難度。

?    幫用戶把難貼的器件先貼上，減小客戶的加工難度。

?    給客戶一個相對好加工的封裝，加快客戶的設計速度。

?    幫客戶把硬件驅(qū)動都做好，加快客戶的軟件開發(fā)速度。

?    幫客戶把多種協(xié)議棧調(diào)試好，進一步加快客戶產(chǎn)品上市。

三、嵌入式ARM終端產(chǎn)品開發(fā)難點

嵌入式處理器應用已非常廣泛，但在進行終端產(chǎn)品開發(fā)時，硬件設計、軟件開發(fā)、和生產(chǎn)維護上卻有一些無法規(guī)避的痛點。

01、硬件設計痛點

▲ 設計難度大：隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式處理器的性能越來越高，與之相對的是開發(fā)難度也越來越大，已不是單片機工程師軟硬通吃的時代了。從SDRAM到LPDDR4，內(nèi)存速率越來越快，PCB層數(shù)也從早期4層就可以滿足到現(xiàn)在動輒8-12層，對高速走線與硬件的仿真都有了很大的要求，開發(fā)投入隱性成本高。

▲設計周期長：從熟悉CPU的啟動、內(nèi)存選配到電源架構(gòu)設計，動輒幾百根連線，一般需要半年以上的時間完成硬件設計與測試；后互聯(lián)網(wǎng)時代對產(chǎn)品上市效率的要求很高，可謂“時間就是金錢”，市場不會因為設計難度停下來等你。

▲ 穩(wěn)定性測試復雜：高低溫測試、壓力測試、信號完整性測試、電源帶載測試、長期運行穩(wěn)定性測試、頻繁斷電、上電開關(guān)機測試等都需要有完備的測試設備與經(jīng)驗方能完成。任何一個環(huán)節(jié)測試不通過都有可能讓設計重新來過，增加了工程師的壓力。

02、軟件設計的痛點

▲ 系統(tǒng)移植周期長：適配一個符合產(chǎn)品需求的操作系統(tǒng)，需要很長的開發(fā)周期。文件系統(tǒng)裁剪、文檔解讀、適配硬件、BUG調(diào)試，種種工作無疑加大了開發(fā)難度，也延長了開發(fā)周期；

▲ 重復開發(fā)：企業(yè)在有不同的產(chǎn)品研發(fā)項目時，會根據(jù)產(chǎn)品的特性選擇不同品牌或型號的嵌入式處理器，這些處理器的性能和價格不同。如果使用同一款處理器開發(fā)不同產(chǎn)品可能會發(fā)生性能過?；蛘咝阅懿蛔愕那闆r，但是如果每個項目都選擇不同型號的處理器開發(fā)又會出現(xiàn)重復開發(fā)和精力不足的問題。重要的是，終端產(chǎn)品企業(yè)的軟件研發(fā)精力更適合投入到應用程序的開發(fā)，與硬件相關(guān)的kernel層需要隨著處理器的變化而更改；

03、生產(chǎn)與維護的痛點

▲ 生產(chǎn)良率的控制難：嵌入式處理器開發(fā)的產(chǎn)品PCB層數(shù)多，且多數(shù)是高速信號，對PCB材質(zhì)、物料品質(zhì)、焊接質(zhì)量要求很高，如果達不到生產(chǎn)的一致性會直接導致良品率的下降甚至會造成板卡在現(xiàn)場不穩(wěn)定的情況。

▲ 產(chǎn)品維護周期長：高速信號對PCB阻抗要求高，材質(zhì)的細微變化都很可能會導致內(nèi)存參數(shù)的調(diào)整。加之一些行業(yè)的產(chǎn)品生命周期很長，動輒十年以上，過程中任何一個芯片的停產(chǎn)或更新都需要軟硬件驅(qū)動的修改，雖然難度不大但始終都要有人維護，分散精力。