硬件电路设计的灵活性

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         那天地铁上和老前辈聊的很欢畅，正好提到硬件设计的灵活性方面问题。也忽然想起前阵子帮助新同志调试FPGA下载配置电路时遇到的一连串啼笑皆非的故事，也确实感觉硬件电路的灵活性是蛮重要的。如果在原理验证期间的硬件电路设计有很高的灵活性，那么这也绝对算是硬件设计师经验的体现。

         先说说这个啼笑皆非的故事吧，这里绝没有诋毁任何人的意思，也不是对任何人有偏见。毕竟我们也是从不懂到懂，从不会到会一步一步走过来的。一个Virtex II的百万门FPGA，BGA封装的器件我看管脚肯定是有余的，但是他在设计的时候也没有一个简单的指示（如LED）或者一个简单的跨接针引出电路（未用管脚）。在拿到板子以后要调试配置电路是否正常，就只能写一个将某个管脚输出0或1的代码，下载后拿着示波器探头围着附近的芯片找管脚，那叫一个费劲啊。对于FPGA的配置方式控制的MSEL0-2确实是引出来了，可以灵活的接1或接0，但是他居然不焊接一个跨接针上去，而是用导线焊死了，在切换配置模式时，又得拿着烙铁在那搞破坏，花点时间倒是小事，把焊盘弄坏了可就太没必要了。我就在想，我平时很习以为常的做法（闲置IO接个指示灯什么的，调试时总是派得上用场的；MSEL接个跨接针，用跳线帽控制，举手之劳），为什么在他这里就变得特别的复杂呢？也许，新人还是欠缺一些硬件设计灵活性方面的思想吧。也许，不仅是新人，我个人其实也还是需要加强这方面的思想，也许因为项目做得还不多，目前做过的板子好像还没有飞线割线这么郁闷过，但是谨慎一些总是好的，设计前期的工作考虑周全一些也总是有益的。

         下面列举一个很简单的指令输出电路，该电路的输出一方面是由处理器指令控制，另一方面是由独立于处理器的应急使用的按键控制。如图1所示，处理器和按键控制通过SN54LS74控制输出，具体原理这里不介绍了，不是本文的重点。如图2所示，从SN54LS74输出的控制信号需要再送给数字隔离器件隔离后输出。

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图1

图2

         也正是这样简单的按键电路，通过图1和图2中的两个跨接针做特别的设置后（用跳线帽），就变得灵活多了。SN54LS74和ADuM5230都是两路的器件，正常情况下可以作为两个独立的指令输出电路，并且这种输出电路对于按键而言，只有一种功能，就是在按键按下后让输出指令拉高（输出1），而无法将指令输出拉低，这在一次性输出的使用中也是蛮常见的。

但是对于更多的应用中，往往需要按键既能清零（0）又能置位（1），所以这个电路中就通过P1的2和3相连，使得S2能够对输出清零。因此，P1的作用就是调整按键是1个按键单独控制输出，还是两个按键同时控制一路的输出。而P2的作用也显而易见，当1和2相连时，就是一路输出控制两路的后端隔离驱动；当2和3相连时，就是单独两路分别输出隔离。P1和P2两个跳线帽从很大程度上使得这个按键电路变得灵活多了。

         其实这个电路也是蛮简单的，没有什么技术性好讨论。但是从这两个跳线帽的配置设计中，也许我们可以学到更多关于硬件设计灵活性方面的思想。人非圣贤，孰能无过，新板子上飞线、割线有时也是难免的，但是对于需要对电路有一些大的改动时，走线在外层还比较容易搞定，如果走线在内层估计设计者只有“望板兴叹”了。有时，电路设计的灵活和便利也只在于多一个跨接针或一个电阻，甚至一个LED，也许在设计的初期多考虑一些这样的问题，后期的调试效率会得到大大的提高，我想这是每一个硬件工程师所乐意看到的。