硬件十万个为什么（开发流程篇）中科院院士力荐 硬件开发全流程

本书是作者多年硬件设计开发经验的积累和总结，介绍了一套完整的硬件开发流程，书中内容有理论、有实践。主要内容包括：立项、需求分析、系统设计、详细参数设计、测试、维护和团队分工合作整个硬件生命周期所有关键节点的内容，把所有的关键节点有序组织起来，高效、高质量地完成硬件开发工作。
本书适用于广大硬件设计工程师和项目经理阅读，能够有效指导硬件工程师的工作。本书也适用于广大电子工程相关专业的本科学生阅读，便于广大学生在校阶段掌握硬件可靠性设计的理论和方法。
特别说明：由于作者变更署名顺序，重新申报选题，原来的“硬件十万个为什么（开发流程篇）”选题终止。

王玉皞:教授，博士生导师，IET Fellow，IEEE Senior Member，教育部首批创新创业导师，江西省嵌入式系统工程研究中心主任，南昌大学人工智能工业研究院院长，上饶师范学院副院长。
付世勇:“硬件十万个为什么”技术总监，曾任华为硬件系统工程师，PoE技术领域专家，作为IEEE委员全程参与了IEEE802.3bt标准（大功率PoE标准）的制定。
毛宇菲:硬件工程师出身后转型为流程管理、研发管理等工作，参与过多家科技制造类企业的产品管理体系优化、流程优化项目，有丰富的产品管理体系设计、流程设计和变革管理的经验。
朱晓明:“硬件十万个为什么”创始人，拥有约20万硬件工程师粉丝。曾任华为硬件经理、维护经理、产品经理、产品规划师、系统设计师。
华睿:华为13年硬件项目开发和团队管理经验，主导过多类硬件产品，包括框式复杂硬件产品、盒式海量发货硬件产品、无线接入硬件产品的开发工作
蒋修国:是德科技（中国）有限公司大中华区技术支持经理，拥有10年以上高速产品设计经验。
储文昌:阿里巴巴高级产品专家,曾任职于中兴、华为、埃森哲等企业。
赵宇翔:一级建造师、注册造价工程师,有多年建筑业从业经历。
张洪波:中国电子科技集团公司第三十四研究所副部长，主管产品开发、项目管理、产品销售等工作。

1.知识点全覆盖。从立项到流程与研发管理等九大环节流程阐述，系统清晰，层层推进。
2.案例翔实，实战型强。不仅理论前沿，而且结合华为硬件开发等实际案例总结研发过程中的关键点。
3.详解团队建设与研发管理工程等相关隐形知识点，将开发流程与团队管理高效融合。
4.教科书+工具书：作者多年行业经验总结，将开发流程中的痛点各个击破，方便新手入门、老手进阶。
5.行业大咖力荐教材。比特大陆原董事长詹克团、重庆大学通信工程学院院长曾孝平等倾力推荐。

每一次新工业革命都对人才需求提出新要求，促进教育新发展。为适应新一轮科技革命和产业变革迅猛发展趋势和我国产业链向价值链中高级升级改造的内在人才和智力支撑需求，教育部于2016年提出了“新工科教育”，之后相继形成了新工科建设三部曲“复旦共识”“天大行动”“北京指南”。新工科建设序幕正式拉开，经过近几年全国高校的不断探索和实践，逐渐形成了天津大学“天大新工科建设方案”、电子科技大学“成电方案”、华南理工大学”新工科F计划”、哈尔滨工业大学“新工科‘π型’方案”等。

新一轮科技革命和产业变革呈现以下特征：1.前沿技术呈现多点突破态势，正在形成多技术群相互支撑、齐头并进的链式革命；2.颠覆性创新呈现几何级渗透扩散，以革命性方式对传统产业产生“归零效应”。但是目前工科人才培养存在以下问题：1.学生创新思维与创新方法训练不足。大学生创新性提出问题和解决问题的动力和能力不足，也没有掌握科学的创新思维与创新方法；2.专业壁垒束缚创新人才培养。目前工程教育理念是传统工业化时代的产物，这与当前信息化尤其是人工智能时代下的跨界融合思维方式完全不适应；3.工程实践能力与行业需求、职业要求之间不匹配。由于高校实践资源有限且“闭门造车”现象严重，学生在大学期间的工程实践非常有限，动手机会少；实验内容比较陈旧、碎片化和工程应用导向不足，工程人才培养与社会需要脱节、与企业需要脱节、与“新业态”需要脱节；4.创新教育受益面窄。我国高等教育从精英化到普及化转变，而相应的创新实践资源有限，只有部分学生接触到创新思维、创新方法和创新能力训练，如只有部分学生参与学科竞赛、创新创业计划和大学生科研训练，没有实现全员覆盖。

针对地方综合性高校工科教育存在的学生出现的创新思维训练不足、专业壁垒愈发明显、工程应用导向不够、创新教育受益面窄等困境，本教学团队在承担两项国家级新工科教学研究项目实践中，探索以“大信息类”全体学生创新素质培养为体，将专业课程与创新思维相融合，将工程认知与创新方法相融合，将实践体系与创新能力相融合的“一体三融合”为核心的新工科人才培养模式改革，以“新材料、新器件、新系统和新领域应用”为主线，进行知识体系重构、实践体系重构并拓宽成果导向通道，重点培养学生的创新思维能力、自主学习能力、工程实践能力和合作交流能力。这里的“大信息类”口径范围为信息与通信技术领域的电子信息类、计算机科学类、自动化类本科等相关专业。

如果仅以软硬件系统开发能力提升，还是把视野局限于“点”，如何快速形成“面”的能力也即系统结构化思维能力，可能是加速从“学知识”到“会做事”进程的关键。其核心在于系统结构化思维能力养成，它包含逻辑和对应的方法论。我们在经历项目开发之前，更多是“学习知识”，学习知识阶段这种做事情的逻辑关系往往不那么重要。我们在做项目的时候，就需要“会做事”。用正确的方式、用正确的方法、用正确的节奏做事情，就是我们说的开发流程。我们在梳理一个项目的流程是时候，往往需要运用这些逻辑对项目进行重新梳理，形成正确的因果、时间、空间、重要性逻辑关系，确定在复杂的项目开发过程中能够最正确、最高效地做事情，才能将工程技术人才培养模式向“工程科学”转变。问题发现、分析和解决的快速行动能力，创造力及跨领域、跨学科合作协同能力是未来工程人才最应该具备的三项关键能力。

王玉皞　　　　　　

南昌大学信息工程学院院长　　　

南昌大学人工智能工业研究院院长

上饶师范学院副院长

第1章
硬件开发流程概述………………………………………………1
第2章
立项………………………………………………………………6
2.1 工程师为什么要关注立项 ………………7
2.1.1 知其然，更要知其所以然 ………7
2.1.2 从硬件工程师成长为硬件产品
经理 ……………………………8
2.2 技术先进≠商业成功 ……………………8
2.3 硬件产品立项的核心内容 ……………10
2.3.1 第一步：市场趋势判断 ………10
2.3.2 第二步：竞争对手分析 ………12
2.3.3 第三步：客户分析 ……………16
2.3.4 第四步：产品定义 ……………18
2.3.5 第五步：开发执行策略 ………21
2.4 如何进行立项评审？ …………………23
2.4.1 立项沟通不充分会带来的
问题……………………………23
2.4.2 让大家都参与到立项评审中发表
意见……………………………24
2.5 立项的三重境界 ………………………25
第3章
需求 ……………………………………………………………28
3.1 需求的概念 ……………………………29
3.2 需求的收集 ……………………………31
3.3 需求的有效传递与度量 ………………35
3.4 需求的合法合规性审查 ………………36
3.4.1 项目需求的合法性审查 ………36
3.4.2 委托研发项目的法律问题 ……36
3.4.3 项目实施过程中的知识产权
问题……………………………37
3.5 需求技术评审 …………………………38
第4章
计划 ……………………………………………………………40
4.1 计划是项目执行的节拍器 ……………42
4.2 里程碑点、分层计划、关键路径 ………43
4.3 定计划、勤跟踪、要闭环 ………………46
4.4 范围管理 ………………………………48
4.5 变更管理 ………………………………51
第5章
总体设计 ………………………………………………………55
5.1 总体设计概述 …………………………56
5.2 需求转化为规格 ………………………57
5.3 硬件架构设计 …………………………62
5.4 硬件可行性分析 ………………………66
5.4.1 硬件方案评估 …………………66
5.4.2 器件选型和性能评估 …………71
5.4.3 预布局、结构设计、热设计 ……76
5.4.4 SI前仿真 ………………………82
5.4.5 硬件成本管理 …………………86
5.5 总体设计方案细化 ……………………92
5.5.1 硬件逻辑框图 …………………93
5.5.2 硬件专题分析 …………………94
5.5.3 硬件共用基础模块设计 ………99
5.5.4 硬件DFX设计 ………………101
5.5.5 专利布局 ……………………107
第6章
详细设计 ……………………………………………………114
6.1 硬件详细设计…………………………115
6.1.1
为什么要写详细设计文档 …115
6.1.2 详细设计文档的概述 ………116
6.1.3 详细设计文档的设计入口 …117
6.1.4 EMC、ESD、防护及安规
设计 …………………………119
6.2 原理图绘制 …………………………120
6.2.1 原理图和PCB绘制工具 ……121
6.2.2 原理图绘制规范 ……………121
6.3 原理图审查 …………………………124
6.4 归一化 ………………………………127
6.5 软硬件接口文档设计 ………………131
6.6 FMEA分析 …………………………133
6.7 PCB工程需求表单 …………………138
6.8 PCB详细设计 ………………………138
6.8.1 PCB布局和布线设计 ………139
6.8.2 SI后仿真 ……………………146
6.9 PCB审查 ……………………………147
6.9.1 布局阶段注意事项 …………147
6.9.2 布线注意事项 ………………148
6.9.3 接地处理 ……………………149
第7章
硬件测试 ……………………………………………………152
7.1 硬件调试 ……………………………153
7.1.1
电路检查 ……………………153
7.1.2 电源调试 ……………………154
7.1.3 时钟调试 ……………………154
7.1.4 主芯片及外围小系统调试 …155
7.1.5 存储器件和串口外设调试 …155
7.1.6 其他功能模块调试 …………155
7.2 白盒测试 ……………………………156
7.2.1 基本性能测试 ………………156
7.2.2 信号完整性测试 ……………159
7.3 功能测试 ……………………………164
7.3.1 整机规格测试 ………………164
7.3.2 整机试装测试 ………………166
7.3.3 DFX测试 ……………………167
7.4 专业实验 ……………………………170
7.4.1 EMC测试 ……………………170
7.4.2 安规测试 ……………………173
7.4.3 HALT测试 …………………175
7.4.4 HASS测试 …………………180
7.5 长期可靠性测试 ……………………182
7.5.1 环境测试 ……………………182
7.6 量产可靠性测试 ……………………185
7.6.1 生产小批量测试 ……………185
7.6.2 装备测试 ……………………185
7.6.3 器件一致性测试 ……………186
7.6.4 工艺规程和单板维修技术
说明 …………………………187
第8章
硬件维护 ……………………………………………………188
8.1 转维审查 ……………………………189
8.2 可维护性和可靠性验收 ……………190
8.3 可供应性保障 ………………………191
8.4 直通率 ………………………………192
8.5 认证管理 ……………………………195
8.6 产品变更管理（PCN）………………197
8.7 生命周期管理 ………………………199
8.8 故障返还件维修 ……………………201
8.9 现网质量保障 ………………………203
8.9.1 问题攻关 ……………………203
8.9.2 质量回溯 ……………………206
8.10 DFX需求建设 ……………………210
第9章
团队建设 ……………………………………………………212
9.1 白板讲解 ……………………………213
9.2 兄弟文化 ……………………………215
9.3 绩效管理 ……………………………216
9.4 新员工培养 …………………………223
9.5 思想导师 ……………………………228
9.6 问题跟踪 ……………………………230
第10章
流程与研发管理 ……………………………………………234
10.1 IPD在华为为什么能成功？ ………235
10.2 流程到底是什么？ …………………236
10.3 流程的价值在哪里？ ………………237
10.4 流程的基本要素 ……………………240
10.5 流程管理怎么管？ …………………244
10.6 流程不是万能的 ……………………252
10.7 流程的核心方法论 …………………254