임베디드 디자인 팀이 I/O 및 라우팅을 단순화하는 방법

실제 전자 제품은 내장된 애플리케이션의 구현과 클라우드 플랫폼이나 애플리케이션으로의 연결을 통해 점차 똑똑해지고 있습니다. 내장 개발 팀은 이러한 새로운 세대의 제품을 만들기 위해 협력해야 합니다. PCB 레이아웃 엔지니어, 내장 개발자, 심지어 MCAD 엔지니어까지 프로젝트를 완료하는 데 지연될 수 있는 한 영역은 I/O 선택입니다. 이는 커넥터, 주변 장치 및 호스트 프로세서가 있을 때마다 발생합니다.

따라서 양쪽 모두에게 일을 간단하게 유지하기 위해, 내장 개발자와 협력하여 I/O 선택을 최적화하고 PCB 레이아웃을 완성하는 전체 과정을 개선한 경험을 공유하고 싶습니다. 초기에 조금 협력하면 PCB 라우팅과 내장 개발을 백엔드에서 더 쉽게 만들 수 있습니다.

내장 개발에서 누가 무엇을 하나요?

개발 팀의 각 구성원이 다른 팀 구성원이 성공하기 위해 무엇이 필요한지 이해해야 한다고 생각합니다. 이것은 또한 자원의 효율적 사용, 해결하는 데 며칠이 걸리는 엔지니어링 난제를 피하고, 빠르게 시장에 출시하는 것에 대해서도 말합니다.

핀 목록 항목에 별표(*)를 붙인 이유는 I/O를 할당하는 정확한 과정이 임베디드 애플리케이션을 실행하는 특정 구성요소에 따라 달라지기 때문입니다. 사용되는 것이 특정 위치에 고정된 사용 가능한 I/O를 가진 간단한 MCU인가요, 아니면 특정 뱅크에서 사용자 정의 핀아웃을 가질 수 있는 FPGA인가요? 다른 측면은 커넥터입니다: 핀아웃이 표준화되어 있나요, 핀아웃이 조립체의 다른 보드에 의해 설정되나요, 아니면 사용자 정의가 가능한가요?

이것이 PCB 디자이너와 임베디드 개발자가 I/O 선택 작업에 함께 참여할 때 직면하는 도전을 볼 수 있는 지점입니다. 양측이 어떻게 함께 모여 핀아웃, I/O 선택, 그리고 궁극적으로 PCB 레이아웃을 확정할 수 있을까요?

임베디드 개발자가 PCB 요구사항을 정의함

제 생각에, 이는 주 프로세서의 핀아웃이 유연할 때, 즉, 애플리케이션이 FPGA에서 구현될 때 가장 잘 작동합니다. 이 경우, I/O는 개발자가 장치 로직에서 설정할 수 있으며, 결과적으로 PCB 디자이너는 주어진 핀 할당으로 작업해야 합니다.

문제는 이것입니다: 핀 할당이 개별 핀 기준으로 주어지면, 최적의 라우팅을 얻지 못해 컴포넌트에 도달하기 위해 서로 교차하는 연결의 혼란이 발생할 수 있습니다. 대신, 임베디드 개발자가 PCB 디자이너에게 뱅크 할당만 제공한다면, PCB 디자이너는 뱅크 내에서 핀을 선택하여 최적의 연결을 만들 수 있습니다.

FPGA에 특정 핀아웃 대신 뱅크를 할당함으로써, 디자이너는 핀 스와핑과 같은 도구를 사용하여 핀 뱅크 내에서 I/O 할당을 이동할 수 있습니다. 핀 스와핑이 바람직한 경우, 각각의 뱅크로 핀을 적절히 분리하기 위해 사용자 정의 스키마틱 심볼이 필요할 수 있습니다. 사용자 정의 심볼을 사용하면 PCB를 라우팅하는 동안 핀 스와핑 작업을 위한 핀의 그룹화를 훨씬 빠르게 할 수 있습니다.

PCB 디자이너가 임베디드 요구 사항을 정의합니다

제 생각에는 메인 프로세서의 핀배열이 고정되어 있을 때, 즉 MCU와 그 주변기기에서 가장 잘 작동합니다. MCU에서는 I/O 위치가 기본적으로 고정되어 있습니다. GPIO 뱅크를 사용하는 경우와 같이 각 I/O를 사용하는 방식에 대해 일정한 유연성을 가질 수 있습니다. 그러나 표준 인터페이스의 핀 또는 기능 할당은 고정될 수 있습니다(예: SPI, ADC 핀, PWM 핀, I2C 등).

이 경우, PCB 설계자가 다른 구성 요소와 일치하도록 사용할 핀을 선택하는 것이 가장 좋다고 생각합니다. PCB 설계자는 고정된 핀배열 내에서 선택해야 하므로, PCB 레이아웃을 해결할 수 있는 방식으로 구성 요소를 배치하는 방법을 찾아야 합니다. 배치하고 라우팅한 후에는 PCB 설계자가 특정 기능에 사용되는 핀이 무엇인지 임베디드 개발자에게 알려주는 것이 그들의 임무입니다.

커넥터 핀배열이 표준화된 경우는 어떨까요?

커넥터의 핀배열이 표준화되어 있다면, 이는 약간의 변수가 됩니다. 이렇게 말하는 이유는 "표준화"가 두 가지 다른 의미를 가질 수 있기 때문입니다:

• 핀아웃은 표준 인터페이스(Ethernet, USB 등)의 일부일 수 있습니다.
• 핀아웃은 조립체나 시스템의 다른 보드에 의해 설정될 수 있습니다.

이 두 경우 중 어느 것도 해당되지 않는다면, 핀아웃은 사용자 정의가 가능합니다. 저는 대규모 조립체에서 다른 보드와 함께 작업한 프로젝트에서, 우리가 두 보드 모두를 제작했기 때문에 대개 핀아웃을 설정할 자유가 있었습니다. 어떤 경우든, 양쪽은 커넥터에 대한 객관적으로 "최적"의 핀아웃이 무엇인지, 그리고 이것이 프로세서와 어떻게 일치하는지를 파악하기 위해 협력해야 합니다.

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