英特尔嵌入式平台硬件设计流程指导

摘 要 英特尔X86嵌入式平台在各行各业中广泛使用，X86技术开发的产品需求越来越多，Intel设计文档与开发资料也特别的全面，这就需要从系统硬件的原理图设计，布局设计到系统测试等作出指导，为英特尔平台的硬件设计提供详细参考，帮助开发人员很快熟悉X86平台，节省宝贵的开发时间与項目成本。

【关键词】英特尔 X86 嵌入式 设计流程

技术发展日新月异，如何能够快速提供完整的解决方案，正成为现代高新技术企业的主要挑战。这就要求开发团队进行详细的研究并深刻理解实际需求，进行需求分析，比如产品各项性能指标、产品功能要求、测试认证需求、项目成本目标等，进一步明确设计任务。英特尔产品线比较广泛，针对设计任务和要求，学习平台资料进行评估，设计可靠合理、经济可行的方案时需要特别注意Intel平台各项功能参数与实际需求相符合，具体需要参考英特尔产品文档资料。

1 英特尔平台文档资料名词术语

1.1 外部设计规范EDS（External Design Specification）

这份设计文档包含了该平台支持参考设计中的使用和实现的资料，帮助客户设计使用英特尔的产品。还包含了使用特定的Intel组件的性能指标或系统设计的设计信息，以及Intel处理器核心、图形、内存控制器、总线信号描述、系统内存匹配、总线接口数量、电气特性、封装信息、时钟分配、芯片对电压的要求、以及上电顺序和输入/输出接口等具体信息。

1.2 平台设计指南PDG（Platform Design Guide）

设计指南包含的信息支持参考设计的使用和实现的信息，帮助客户设计使用英特尔的产品。还包含了使用特定的Intel组件的PCB板布局和板级系统设计的设计信息与设计建议，具体到CPU和芯片的每一种接口的接线与布线建议，如DDR拓扑结构、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIe、USB等；Design Guide中也会有平台中电源分配与上电顺序设计指导等以及对PCB叠层、走线、接口、等长、过孔等做出详细的规范和要求。

1.3 客户参考设计原理图CRB（Customer Reference Board schematic）

客户参考板原理图描述了一个Intel完整产品的特性，包含了特定产品客户参考板的原理图设计，会把Intel对应平台的各个总线接口连接出来，通过调试即可实现系统功能，包括系统框架图、电源方案、时钟、平台上电顺序、电源管理、详细原理图实现到具体的元器件连接等。

1.4 客户参考设计布局文档（Customer Reference Board file）

客户参考板布局文件是针对目标系统设计的一个布局文件。与客户参考设计原理图相一一对应的，使用参考客户参考板用户指南、客户参考测试计划和客户参考系统设计。

1.5 平台布局检查表（Layout checklist）

布局检查表是审查设计指南并实现一个系统布局设计重要环节，由大局到细节的与相关的平台设计指南一起配合使用的，具体的每个总线接口都有详细的要求和说明，比如说高速总线布线、过孔数量、时钟分配、特性阻抗、长度限制等检查可能发生的问题点，增强主板的稳定性能。

1.6 原理图检查表（schematic design checklist）

原理图检查表是一份产品设计原理图需要审查的项目清单和列表，原理图推荐设计与指导，可自查与CRB原理图的接线区别与问题。检查有关芯片周边信号的连接、高速信号的连接、电源状态、时钟分配，未使用总线接口屏蔽注意事项，在原理图设计中常常与外部设计规范EDS配合使用。

2 项目设计

在实际项目设计前期，要进行需求分析和明确开发任务。设计人员需要及时联系Intel的技术支持工程师了解产品路线图，结合项目实际需求，一起讨论平台的芯片方案；开发调试阶段的调试工具种类和使用文档，明确项目开发计划及时间表；同步申请Intel CRB参考设计板进行先期调试与评估，以缩短产口开发周期，提前获得Intel的技术支持和设计资源。当然，参考EDS及其他文档的特性指标过程中，也需要进行初期产品软件实现可行性研究，如与BIOS/OSV厂家讨论SW开发与设计，MCU的实现与系统配合，OS与driver的功能实现，系统散热方案的选择等。结合项目需求，开始准备设计文档和设计方案，需要先进行系统架构设计，画出系统框图与相关设计部门讨论实现，整理出电源分配、时钟、上电时序及复位、中断、调试等单元构思框图，结合Intel平台客户参考设计原理图CRB，进行器件选型和单元方案实现到整体方案的制定。需要参考PDG，EDS，CRB等文档，特别注意芯片的工作电压、工作频率、系统时序和整体功耗等，满足系统设计需求。

在原理图绘制阶段，首先参考Intel芯片库文件，做到原理图排版清晰合理，版面排列均匀，学习EDS文档中各组信号描述：系统内存、总线接口、电气特性以及上电顺序（此为平台上电设计的重要基础），从EDS中查阅相关信息，并参考CRB根据平台各主要功能模块对时序的要求汇整后进行定义项目平台的上电时序；其次，结合项目功能需求，参考intel CRB原理图设计，特别注意电源分配、时针安排、高速信号的连接等，原理图初稿绘制后需要认真与intel的原理图检查表（schematic design checklist）结合排查容易出错的地方，特别是DDR、PCIe、USB、DDI等高速信号；然后，硬件开发人员需要及时与SW同事一起讨论和准备BIOS/Boot loader程序，为第一版打样试产开机作好充分的准备。当然，选择与绘制其他元器件也是一个重要组成部分，需要充分考虑后期的加工以及生产流程的方便性和元器的替代性。可以同步申请Intel技术支持人员进行项目原理图的审查，结合检查结果，召开原理图设计小组进行最终讨论和修改，对功能、性能、冗余设计等客户功能要求规格与标准与Intel平台各项指标相符合，以及工厂的可生产性、可调试性、可测试性进行等，最终修改确定。

布局和PCB设计阶段，需要及时与机构/ID/EMI/RF/Power/thermal team合作，讨论主要芯片的位置摆放问题，以满足项目整体方案的设计需求。首先结合PCB叠层结构，计算各组高速信号的PCB走线的宽度能否顺畅，讨论电源器件位置以及敏感元器件位置摆放，产生正式设计文档；注意把I/O接口、温度、时钟元器件位置以及限高区域重点讨论；其次，绘制PCB布局时需要选择合理的叠层设计、把主要元器件排列均匀，做到高速信号布线顺畅；要特别注意干扰源及敏感信号的屏蔽，各种不同功能模块的供电要做到相对隔离；注意高速信号与电源的走线分配，避免相互干涉；合理规划电源模块布局与电源分配路径，根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。高速信号走线长度需要符合Intel规范，需要填写PCB板上实际长度在等长表中检查走线长度。合理规划高速信号的参考平面及电源平面，特别注意DDR、DMI、DDI、DSI、SATA、PCIE、USB等高速信号的布线，以避免信号干扰和窜扰效应；拉大高速信号和模拟信号之间的距离，尽可能地增大信号线间的距离，可以有效的减少容性串扰；应尽量减小环路面积减小感性串扰。地线设计中，注意数字地对模拟地的噪声干扰，可将数字地与模拟地分开、接地线应尽量加粗、数字电路系统的接地线构成闭环路，能提高抗噪声能力。关注信号完整性的信号阻抗匹配、线宽走线均匀、线距保持合理；避免传输线的阻抗不连续性，减少使用桩线等。模拟信号，时钟信号和温度信号等敏感信号走线尽量短，并远离电源等干扰源。过孔数量及分布合理，尤其是高速信号的过孔数量不超过要求，可以参考CRB layout file， layout checklist和PDG。遵守英特尔参考设计文档PDG，做到电源分配合理，时钟走线得当，DDR等高速信号没有影响和被影响；后期，认真与layout 对照检查表一项一项的仔细排查，尤其是高速信号、等长、电源、EMI对策等部分。接近发板前期，可以邀请英特尔专业工程师同步进行检查，收到反馈结果后及时召开layout布局检查会议，讨论并修改后产生正式设计文档进行发版制作。

PCB制作期间需要同步检查物料表，协调试生产排程，准备首件测试计划和调试工具软件、调试设备。当收到首片PCB时，首先进行电源相关的开短路测试，确认无误后进行上电测试，重点检查电源时序、时钟、reset等信号，对照英特尔平台EDS中的上电时序要求，软件硬件开发人员及时调整和解决不符合spec.要求的设计；接着power on 完成后，需要完成功能测试报告和信号完整性测试报告，然后进行系统功耗与电源品质测试、主要器件的兼容性和系统稳定性测试；生成正式的测试报告和变更文档以便后续相关问题的追溯。必要时可以寻求英特尔平台应用工程师在主板调试验证方面的帮助。

根据首次试产后的测试结果，修改原理图和布局设计，进一步检查物料上件的准确性，同步解决工厂生产与功能测试相关的问题，形成设计文档；在第二次试生产后，进一步验证系统功能的稳定性，比如说高低温，老化，跑长时间多次开关机等测试；及时解决相关测试部门发现的集中性问题。第三次打板后足够台数、次数的多次验证系统稳定性的同时，也需要在产品最终量产前，改善生产良率，比如说简化设计，使用排组减少零件数量等，对工厂生产和测试过程中，遇到的集中性问题进行解决直到开始量产出货。

3 结束语

英特尔嵌入式平台设计的目的是为了让系统设备达到预期的功能，系统能够更加稳定的运行，本文重点强调的Intel各个主要设计文档的功能与内涵，解决了X86开发工程师在设计嵌入式平台过程中遇到的种种困惑以及给出了指导方案，在大部分的系统硬件设计过程中运用可取得较好的项目成果，能夠缩短产品上市时间与开发资源。当然，现代快节奏的产品开发周期，各种项目的要求也千差万别，可以结合具体实际情况，有针对的选择重点的开发方向。

本文在下面三个方面有所创新：

（1）总体概括X86硬件主要设计文档，高效指导硬件工程师充分理解和掌握Intel芯片设计知识；

（2）指出X86硬件设计主要流程，结合Intel的技术规范，缩短产品开发周期；

（3）实际开发经验和验证，指导硬件工程师设计稳定可靠的产品。

参考文献

[1]Eric Bogatin.信号完整性分析[M].电子工业出版社，2005.

[2]伍微.STEPHEN H.Hall，GARRETT W.Hall James A.McCall.高速数字系统设计-互连理论与设计实践手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]英特尔设计资源中心（Intel RDC）[J/OL]，https：//www-ssl.intel.com/content/www/us/en/design/resource-design-center.html

作者简介

陈杰（1980-），男，江苏省宿迁市人。在职硕士。英特尔亚太研发有限公司物联网事业部，硬件工程师。主要负责汽车智能驾驶舱及自动驾驶方向硬件平台的应用产品开发、技术支持和客户设计技术问题解决。

作者单位

英特尔亚太研发有限公司物联网事业部 上海市 200241