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強(qiáng)烈推薦-PCB設(shè)計(jì)的一些小事情(連載中)
雞毛蒜皮之一：成本節(jié)約 現(xiàn) 象一：這些拉高/拉低的電阻用多大的阻值關(guān)系不大，就選個(gè)整數(shù)5K吧 點(diǎn) 評(píng)：市場(chǎng)上不存在5K的阻值，最接近的是4.99K（精度1%），其次是5.1K（精度5%），其成本分別比精度為20%的4.7K高4倍和2倍。20% 精度的電阻阻值只有1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8幾個(gè)類別（含10的整數(shù)倍）；類似地，20%精度的電容也只有以上幾種值，如果選了其它的 值就必須使用更高的精度，成本就翻了幾倍，卻不能帶來任何好處。 現(xiàn)象二：面板上的指示燈選什么顏色呢？我覺得藍(lán)色比較特別，就選它吧 點(diǎn) 評(píng)：其它紅綠黃橙等顏色的不管大?。?MM以下）封裝如何，都已成熟了幾十年，價(jià)格一般都在5毛錢以下，而藍(lán)色卻是近三四年才發(fā)明的東西，技術(shù)成熟度和供 貨穩(wěn)定度都較差，價(jià)格卻要貴四五倍。目前藍(lán)色指示燈只用在不能用其它顏色替代的場(chǎng)合，如顯示視頻信號(hào)等。 現(xiàn)象三：這點(diǎn)邏輯用74XX的門電路搭也 行，但太土，還是用CPLD吧，顯得高檔多了 點(diǎn)評(píng)：74XX的門電路只幾毛錢，而CPLD至少也得幾十塊，（GAL/PAL雖然只幾塊錢，但公司 不推薦使用）。成本提高了N倍不說，還給生產(chǎn)、文檔等工作增添數(shù)倍的工作。 現(xiàn)象四：我們的系統(tǒng)要求這么高，包括MEM、CPU、FPGA等所有的 芯片都要選最快的 點(diǎn)評(píng)：在一個(gè)高速系統(tǒng)中并不是每一部分都工作在高速狀態(tài)，而器件速度每提高一個(gè)等級(jí)，價(jià)格差不多要翻倍，另外還給信號(hào)完整性問題 帶來極大的負(fù)面影響。 現(xiàn)象五：這板子的PCB設(shè)計(jì)要求不高，就用細(xì)一點(diǎn)的線，自動(dòng)布吧 點(diǎn)評(píng)：自動(dòng)布線必然要占用更大的PCB面積，同時(shí)產(chǎn) 生比手動(dòng)布線多好多倍的過孔，在批量很大的產(chǎn)品中，PCB廠家降價(jià)所考慮的因素除了商務(wù)因素外，就是線寬和過孔數(shù)量，它們分別影響到PCB的成品率和鉆頭 的消耗數(shù)量，節(jié)約了供應(yīng)商的成本，也就給降價(jià)找到了理由。 現(xiàn)象六：程序只要穩(wěn)定就可以了，代碼長(zhǎng)一點(diǎn)，效率低一點(diǎn)不是關(guān)鍵 點(diǎn)評(píng)：CPU的 速度和存儲(chǔ)器的空間都是用錢買來的，如果寫代碼時(shí)多花幾天時(shí)間提高一下程序效率，那么從降低CPU主頻和減少存儲(chǔ)器容量所節(jié)約的成本絕對(duì)是劃算的。 CPLD/FPGA設(shè)計(jì)也類似。雞毛蒜皮之二：低功耗設(shè)計(jì) 現(xiàn) 象一：我們這系統(tǒng)是220V供電，就不用在乎功耗問題了 點(diǎn)評(píng)：低功耗設(shè)計(jì)并不僅僅是為了省電，更多的好處在于降低了電源模塊及散熱系統(tǒng)的成本、由 于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著設(shè)備溫度的降低，器件壽命則相應(yīng)延長(zhǎng)（半導(dǎo)體器件的工作溫度每提高10度，壽命則縮短一半） 現(xiàn) 象二：這些總線信號(hào)都用電阻拉一下，感覺放心些 點(diǎn) 評(píng)：信號(hào)需要上下拉的原因很多，但也不是個(gè)個(gè)都要拉。上下拉電阻拉一個(gè)單純的輸入信號(hào)，電流也就幾十微安以下，但拉一個(gè)被驅(qū)動(dòng)了的信號(hào)，其電流將達(dá)毫安 級(jí)，現(xiàn)在的系統(tǒng)常常是地址數(shù)據(jù)各32位，可能還有244/245隔離后的總線及其它信號(hào)，都上拉的話，幾瓦的功耗就耗在這些電阻上了（不要用8毛錢一度電 的觀念來對(duì)待這幾瓦的功耗）。 現(xiàn)象三：CPU和FPGA的這些不用的I/O口怎么處理呢？先讓它空著吧，以后再說 點(diǎn)評(píng)：不用的I/O口如 果懸空的話，受外界的一點(diǎn)點(diǎn)干擾就可能成為反復(fù)振蕩的輸入信號(hào)了，而MOS器件的功耗基本取決于門電路的翻轉(zhuǎn)次數(shù)。如果把它上拉的話，每個(gè)引腳也會(huì)有微安 級(jí)的電流，所以最好的辦法是設(shè)成輸出（當(dāng)然外面不能接其它有驅(qū)動(dòng)的信號(hào)） 現(xiàn)象四：這款FPGA還剩這么多門用不完，可盡情發(fā)揮吧 點(diǎn) 評(píng)：FGPA的功耗與被使用的觸發(fā)器數(shù)量及其翻轉(zhuǎn)次數(shù)成正比，所以同一型號(hào)的FPGA在不同電路不同時(shí)刻的功耗可能相差100倍。盡量減少高速翻轉(zhuǎn)的觸發(fā) 器數(shù)量是降低FPGA功耗的根本方法。 現(xiàn)象五：這些小芯片的功耗都很低，不用考慮 點(diǎn) 評(píng)：對(duì)于內(nèi)部不太復(fù)雜的芯片功耗是很難確定的，它主要由引腳上的電流確定，一個(gè)ABT16244，沒有負(fù)載的話耗電大概不到1毫安，但它的指標(biāo)是每個(gè)腳可 驅(qū)動(dòng)60毫安的負(fù)載（如匹配幾十歐姆的電阻），即滿負(fù)荷的功耗最大可達(dá)60*16=960mA，當(dāng)然只是電源電流這么大，熱量都落到負(fù)載身上 了。 現(xiàn)象六：存儲(chǔ)器有這么多控制信號(hào)，我這塊板子只需要用OE和WE信號(hào)就可以了，片選就接地吧，這樣讀操作時(shí)數(shù)據(jù)出來得快多了。 點(diǎn)評(píng)： 大部分存儲(chǔ)器的功耗在片選有效時(shí)（不論OE和WE如何）將比片選無效時(shí)大100倍以上，所以應(yīng)盡可能使用CS來控制芯片，并且在滿足其它要求的情況下盡可 能縮短片選脈沖的寬度。 現(xiàn)象七：這些信號(hào)怎么都有過沖?。恐灰ヅ涞煤?，就可消除了 點(diǎn) 評(píng)：除了少數(shù)特定信號(hào)外（如100BASE-T、CML），都是有過沖的，只要不是很大，并不一定都需要匹配，即使匹配也并非要匹配得最好。象TTL的輸 出阻抗不到50歐姆，有的甚至20歐姆，如果也用這么大的匹配電阻的話，那電流就非常大了，功耗是無法接受的，另外信號(hào)幅度也將小得不能用，再說一般信號(hào) 在輸出高電平和輸出低電平時(shí)的輸出阻抗并不相同，也沒辦法做到完全匹配。所以對(duì)TTL、LVDS、422等信號(hào)的匹配只要做到過沖可以接受即 可。 現(xiàn)象八：降低功耗都是硬件人員的事，與軟件沒關(guān)系 點(diǎn) 評(píng)：硬件只是搭個(gè)舞臺(tái)，唱戲的卻是軟件，總線上幾乎每一個(gè)芯片的訪問、每一個(gè)信號(hào)的翻轉(zhuǎn)差不多都由軟件控制的，如果軟件能減少外存的訪問次數(shù)（多使用寄存 器變量、多使用內(nèi)部CACHE等）、及時(shí)響應(yīng)中斷（中斷往往是低電平有效并帶有上拉電阻）及其它爭(zhēng)對(duì)具體單板的特定措施都將對(duì)降低功耗作出很大的貢獻(xiàn)。雞毛蒜皮之三：系統(tǒng)效率 現(xiàn)象一：這主頻100M的CPU只能處理70%，換200M主頻的就沒 事了 點(diǎn)評(píng)：系統(tǒng)的處理能力牽涉到多種多樣的因素，在通信業(yè)務(wù)中其瓶頸一般都在存儲(chǔ)器上，CPU再快，外部訪問快不起來也是徒勞。 現(xiàn)象 二：CPU用大一點(diǎn)的CACHE，就應(yīng)該快了 點(diǎn) 評(píng)：CACHE的增大，并不一定就導(dǎo)致系統(tǒng)性能的提高，在某些情況下關(guān)閉CACHE反而比使用CACHE還快。原因是搬到CACHE中的數(shù)據(jù)必須得到多次 重復(fù)使用才會(huì)提高系統(tǒng)效率。所以在通信系統(tǒng)中一般只打開指令CACHE，數(shù)據(jù)CACHE即使打開也只局限在部分存儲(chǔ)空間，如堆棧部分。同時(shí)也要求程序設(shè)計(jì) 要兼顧C(jī)ACHE的容量及塊大小，這涉及到關(guān)鍵代碼循環(huán)體的長(zhǎng)度及跳轉(zhuǎn)范圍，如果一個(gè)循環(huán)剛好比CACHE大那么一點(diǎn)點(diǎn)，又在反復(fù)循環(huán)的話，那就慘 了。 現(xiàn)象三：這么多任務(wù)到底是用中斷還是用查詢呢？還是中斷快些吧 點(diǎn) 評(píng)：中斷的實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但不一定快。如果中斷任務(wù)特別多的話，這個(gè)沒退出來，后面又接踵而至，一會(huì)兒系統(tǒng)就將崩潰了。如果任務(wù)數(shù)量多但很頻繁的話，CPU的 很大精力都用在進(jìn)出中斷的開銷上，系統(tǒng)效率極為低下，如果改用查詢方式反而可極大提高效率，但查詢有時(shí)不能滿足實(shí)時(shí)性要求，所以最好的辦法是在中斷中查 詢，即進(jìn)一次中斷就把積累的所有任務(wù)都處理完再退出。 現(xiàn)象四：存儲(chǔ)器接口的時(shí)序都是廠家默認(rèn)的配置，不用修改的 點(diǎn) 評(píng)：BSP對(duì)存儲(chǔ)器接口設(shè)置的默認(rèn)值都是按最保守的參數(shù)設(shè)置的，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合總線工作頻率和等待周期等參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)配。有時(shí)把頻率降低反而可提高 效率，如RAM的存取周期是70ns，總線頻率為40M時(shí)，設(shè)3個(gè)周期的存取時(shí)間，即75ns即可；若總線頻率為50M時(shí)，必須設(shè)為4個(gè)周期，實(shí)際存取時(shí) 間卻放慢到了80ns。 現(xiàn)象五：一個(gè)CPU處理不過來，就用兩個(gè)分布處理，處理能力可提高一倍 點(diǎn)評(píng)：對(duì)于搬磚頭來說，兩個(gè)人應(yīng)該比一個(gè)人 的效率高一倍；對(duì)于作畫來說，多一個(gè)人只能幫倒忙。使用幾個(gè)CPU需對(duì)業(yè)務(wù)有較多的了解后才能確定，盡量減少兩個(gè)CPU間協(xié)調(diào)的代價(jià)，使1+1盡可能接近 2，千萬別小于1。 現(xiàn)象六：這個(gè)CPU帶有DMA模塊，用它來搬數(shù)據(jù)肯定快 點(diǎn) 評(píng)：真正的DMA是由硬件搶占總線后同時(shí)啟動(dòng)兩端設(shè)備，在一個(gè)周期內(nèi)這邊讀，那邊些。但很多嵌入CPU內(nèi)的DMA只是模擬而已，啟動(dòng)每一次DMA之前要做 不少準(zhǔn)備工作（設(shè)起始地址和長(zhǎng)度等），在傳輸時(shí)往往是先讀到芯片內(nèi)暫存，然后再寫出去，即搬一次數(shù)據(jù)需兩個(gè)時(shí)鐘周期，比軟件來搬要快一些（不需要取指令， 沒有循環(huán)跳轉(zhuǎn)等額外工作），但如果一次只搬幾個(gè)字節(jié)，還要做一堆準(zhǔn)備工作，一般還涉及函數(shù)調(diào)用，效率并不高。所以這種DMA只對(duì)大數(shù)據(jù)塊才適用。 |
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