转贴一个牛人写的ARM9(2410)设计经验谈!

我追求完美的人生，也追求完美的设计。

作为一名开发人员，在你的印象中，开发板是否只是呆在实验室里足不出户的一团电路板？拿起来 总是“剪不断，理还乱”。。。 当你看到我手中拿的这块“便携式ARM9”开发板，或许你就要改变 一下你的看法咯:-)

一直以来，我就想设计一块很“酷”的电路板，如今这个想法终于实现了。现在就谈谈我是如何做的 吧，希望对各位有志于有同样梦想的朋友有所帮助。

      想必很多人对我的第一篇文章“前传篇”有所了解了吧，那篇文章中设计的那块板子无论样子还是 功能都只能用“丑陋的令人发呆”来形容。但爱因斯坦也有过做第一个小板凳的经历啊，哈哈。。 没错，那是我设计的第一块ARM9电路板，使用的是三星的S3C2410x，正是其中一块板的调试通过给了 我继续的信心，现在的这块是第三版，就是从那开始一步步发展来的。

      (我不知道何时变得希望追求完美，但我对大学时看的一本好像名叫《硅谷狂夫》的传记的某些 描述印象很深刻。那是讲述苹果电脑创始人Steven Jobs的传记，其中一个地方说道渥兹设计的电路 板不仅仅就是能work就行了，而且每条电路线设计的都很规整，就算从机壳里拿出来，看起来都很美 观，那简直就是一件艺术品，因此我也一直梦想自己有能力雕刻一件这样的电路板。)

      其实从第一版开始，我就考虑着该如何设计才能美观一些，但因为某些地方原理不对，只能“飞线” 解决拉。自从第二版设计完，经过很多测试之后，确定关键电路和各功能电路运行良好了，我就天 天想着怎样设计才能“既实用，又美观”，下面是我的一点分析。

      从实用角度讲，作为开发板，应不依赖于其他任何接口板就能独立运行，而且接口方便(个人观点)。 因为2410的功能模块挺多的，所以板子要尽可能发挥出它的功能和性能，如USB Host，USB Slave， AD转换，LCD控制器，SD卡，实时时钟，SPI控制器，三个串口，音频播放等等。在扩展接口上，鉴 于第二版使用紧凑型扩展插座带来的不方便，第三版就选用了2.0mm间距的插针型接口。像一些比较 通用的功能接口(如Serial1, USB Host/Slave, Ethernet, Audio, Matrix keypad, SD Card, Jtag)就直接像电脑主板那样，使用相应的接插座把它们引出了；其他嵌入式密切相关或不太通用的 一些接口(如AD Input, GPIO, SPI, LCD, PWM，其他的串口，系统总线等)就使用插针的方式引出。
      另外，我还参考了很多的开发板及产品相关的设计方案，特别地安排了这些接口的定义(主要):
      1. 电源管理接口。2410是一款针对手持设备推出的芯片，电源管理相当重要。但凡做过手持产 品开发的人，想必大都体会过电源管理的艰辛。实话实说，我本人没有这方面的设计经验，也不想 趟这摊子混水，因此就参考很多的电源管理方案设计了一个电源管理模块接口，至于怎样具体设计， 那就让用户自己去选择实现吧:-)。或许没有做过的人认为电源管理很简单，如果你不相信，可以大 致这样说一下吧，假设一个产品需要实现开关机保持同样的界面和开关机环境，以及最低的系统功 耗。为了实现这个功能，要有随时检测电压，控制电压，保存内存数据，恢复内存数据，还有LCD的 开关时间，背景光的调节，实时时钟等等这些硬件电路的实现，至于软件的实现，我想单开关机系 统环境的保存就够你折腾了的吧。基于此：我设计了如下的电源接口(当然，这个接口最多也就实现 中级的电源管理):
            +12V +---+ 1.8V
            USB_5V +---+ 5V
            VDD_RTC +---+ 3.3V
            GND +---+GND
            IOCTL1 +---+ IOCTL2
            ADIN1 +---+ ADIN2
            I2CSDA +---+ I2CSCL
      2. LCD接口。2410支持的LCD挺多的，STN的如黑白屏、灰度屏、 256色屏、4096色屏。 TFT的 如1,2,4,8,16,24-bpp(bpp是每个象素由几个bit实现的意思)。因此板子的LCD接口相关引脚就多拉， 在此就不列拉，有翻译手册之嫌:P
      3. SPI口。这个就不是俺的首创拉，直接把CPU的的引脚引出来就是拉，具体也不罗列了，需要 知道的是2410有2个SPI。
      4. GPIO接口。其实这是个大杂烩，包括了2个AD输入(用户触摸屏)，5个外部中断，2个PWM/timer， 4个触摸屏监控等等，当然有些口是可以复用的。
      5. 矩阵键盘接口。既然板子上有键盘了，为何还要引出这个接口？这是因为某些人可能不喜欢 上面的按键排列形状，或者不喜欢固定在板子上的按键，因此就可以使用这个接口设计自己的键盘了， 是不是很方便:-)
      6. 总线接口。也许你以为板子上有个IDE接口，那真的很遗憾了。遵循产品开发的“KISS”(keep it simple, stupid!)的原理，我只在上面留出了供用户扩展使用的总线接口，它包括16位Data线， 25位地址线,还有一些总线控制线，像片选，读写，等待，复位等等，未知的扩展还需要您进一步的开 拓啊。

      有人说，设计电路不板“功能第一，美观第二，可制造性第三”。现在就交流一下我是怎样在美观 方便如何设计的。
            我不是学美术的，也没什么艺术细胞，看不懂“蒙那里沙的微笑”，因此现在我能做到的，或许你比我做的 会更好。一个电路板的“可欣赏性”和布局关系密切，不要祈望任何一个EDA软件能够给你一个满意的 布局，如果任何人打算使用自动布局，那结果可引用周星星的话“简直就是一坨shi”，这包含两个意思， 一是它没什么用，二是它也不好看。所以你要手工安排元器件的位置，至少让它可以用吧，就像我早期设计的一些电路板。安排元器件的时 候有一把游标卡尺比较好，可以做到大致精确的测量，把需要固定位置的大部件先安排下，主要是插件 之类的，然后是放置主要IC(CPU, SDRAM, 网卡，按键，扩展口之类的)，其次是小部件的放置。布线的 时候还要作一些调整。或许讲这方面经验的地方挺多的，如21ic的电路板设计论坛，PCB技术网等等，所以 我也就不多罗索了。
      不知道别人设计电路板或者布局电路板的时候有没有创意这样的说法，为了让板子更方便使用，看 起来更漂亮一些，我确实是参考了一些电子产品杂志，诸如《新潮电子》，《世界发明》，《数码》之 类的，里面通常介绍一些新鲜的玩意，如果你觉得在网上可以查到或者浏览到那些产品的信息，我也无 话可说了，因为我一直以来上网不太方便，因此只能买些这样的杂志看看新鲜的电子玩意拉。不管我能不能上网， 《新潮电子》这本杂志去年和前年我几乎是每期必买的，我喜欢翻起来 那种实实在在的感觉，而不是点一下看一看过几分钟就忘记了。现在的这类杂志大多都是彩色印刷，产 品图片的质量很好，而且不时还穿插一些漂亮MM的照片，真的可以带给人很多遐想啊:-)，例如《世界发 明》(2004第3期)第15页介绍PSP(PlayStation掌上游戏机)，设计的真是很简洁啊，按照面板的设计，我 设计的这个第三板如果加上用户自定义的按键(分为左右两边)，中间再贴个屏，把四周围再修整一下，那 样看起来还真有点像兄弟俩；再翻到98页那个EPSON P-1000数字相册，在右边加个数码键盘面板，左边贴 个屏，也可以做个DEMO拉；还有《通信技术》2004第2期的59页那个富士通－西门子Pocket LOOX610掌上 电脑旁测的SD卡插座，我的第三板SD卡位置就是参考这个产品定下的，以及众多手持设备类产品的底层按 键位置设计。至于侧面的那些RJ-45，COM口，USB口，AUDIO，侧面复位等等是看一些电脑城笔记本的侧面 布排而来的。
      可制造性咱就不说了，开发板这东西，市场小，没什么量，一般布局工整了，可制造性也就会好一些。
      一个开发板，除了“实用，美观”还要考虑什么？
      所谓开发板，就是用来作开发和学习用的板子。有人作开发给自己用，有人作开发给别人看。自家用就 不必说太多了，就像找老婆的，吃饭时看着不会吐就行了；给别人用的就有点不妥了，特别是作个DEMO给 投资商看，投资商是玩资本的，懂技术的少，特别是在中国，很多是靠关系暴发起来的。你送个恐龙式的 “丑八怪”过去谈项目，那就不容易成了，你把它打扮一下，化化妆，或许就很容易谈成；关于这些我也没什 么经验，听朋友的讲的，瞎掰而已。

      另外，对工程师或者开发人员来说，能让别人欣赏到你的设计，心中总是感到很欣慰，我作2410这块板子 就考虑到了这一点：不仅仅让它成为实验室里的东西。因为它的确很小，而且可以独立运行，因此完全可以把 它带到室外在朋友面前炫耀一把，因为我们还没有在上面接一个调通的液晶屏，或许它看起来只是一块电路板 而已，相信大多数外行的人看到会认为它是在太高深了，看不懂。呵呵，再等等吧，总有一天，我们会给它穿上 一件漂亮的外衣。到时您就可以把您设计的程序像照片浏览，无线上网等等好玩的东西与您的朋友分享了。

      路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。。。