20101016 嵌入式系統開發之道講座
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嵌入式系統開發之道 講座
All you need to know to develop an embedded system project
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Why you are here now?
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電子產品開發這一行 ...
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When HTC started up
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Windows CE
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商週:忘記會做微軟 不然就等死
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~ 2008 2009 ~
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微軟:我才不會讓你忘記我呢 ~~
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必須忘記,是為了往前走;
敢於忘記,是因為對精髓與本質已了然於胸,此時無招勝有招!
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子曰:「參乎!吾道一以貫之。」
曾子曰:「唯。」
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Why I am here now?
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• Ealin Chiu• 工作經驗 : since 1996• 專長:
– 消費性電子產品開發案之專案管理– 嵌入式系統架構設計 – 嵌入式作業系統開發– 物件導向系統設計
• 現職:– 知迅科技總經理– 資策會網路多媒體研究所顧問
• 前職:– 某上市 IC 設計公司 SA 部門經理
Who am I?
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How to find me?
• Facebook: 大黑狗
• E-mail: [email protected]
• Blog:http://tw.myblog.yahoo.com/embedded_system_book
http://bigblackdog888.wordpress.com/
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Why so many people need this book?
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What this book wants to describe:
消費性電子產品開發專案 &嵌入式系統開發所需技術 的
本質13
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你是嵌入式系統高手嗎?
規定 vs.
觀念14
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知識是資料的集合,
而智慧是分辨輕重的能力!
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Agenda
1. 電子產品開發專案的生命週期2. 嵌入式系統從業人員的職涯發展3. Q & A
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嵌入式系統開發專案生命週期
- 從成案到出貨
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Mission Impossible
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客戶:我們公司想在聖誕節與農曆春節時推出多媒體播放器
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產品規格?
客戶:功能與外觀就跟 iPod Touch 一樣就好了!
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外部專案
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老闆:沒問題,這案子對我們公司算是
小 CASE!
老闆:沒問題,這案子對我們公司算是
小 CASE!
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內部專案
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產品規格?
Marketing :一定要作到跟 iPod Touch 一樣的功能才賣得出去!
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老闆又接了一個不可能的任務回來,開發團隊的選擇:
1.非自己團隊可以完成 – 先閃人再說2.設法完成 – 採用正確的專案管理方法3.邊做邊看 – 努力加班工作4.一分抗日,二分應付,七分發展自己 – 努力加班擺爛,必要時跳槽
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為什麼你必須了解開發電子產品的生命週期?
• 越是惡劣的環境,越要減少犯錯的機會
• 專案一開始就要堅持作正確的事情:– 取得規格– 製作計畫– 前期衝撞,總比後期失控好
• 要製作具可信度的專案計畫,就一定要對專案的生命週期瞭若指掌。
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電子產品開發週期
• 設計產品:商業行為
• 管理專案:管理行為– 不是要做出完美無敵的產品,只是讓所有的人、事、時 都
能 under control.
• 開發系統:技術行為
• 生產
• 銷售
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嵌入式系統專案生命週期
• 嵌入式系統專案生命週期:– 專案啟動– 規劃階段• 時程• 規格• 資源• 成本• 風險、溝通、採購、品質計畫
– 設計階段– 執行 & 監督階段– 結案
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嵌入式系統專案生命週期 – 專案啟動
• 老闆的策略 vs. 專案經理與工程師的職責
• 不可能的任務也要有計畫
• 可行性評估
• 專案經理取得授權
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嵌入式系統專案生命週期
• 嵌入式系統專案生命週期:– 專案啟動– 規劃階段• 時程• 規格• 資源• 成本• 風險、溝通、採購、品質計畫
– 設計階段– 執行 & 監督階段– 結案
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嵌入式系統專案生命週期 – 時程規劃 (1)
• 時程規劃 :– Schedule ≠ ASAP、我盡快!– 測不準原理– Schedule 是訂來遵守的,不是訂來修改的 – 帕金森定律( Parkinson's Law )– Rolling Wave Planning
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• 把設計時間排入時程!
• 把除錯時間排入時程!
• 把整合時間排入時程!
• 在時程中加入緩衝時間!
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甘特圖
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隨時擁有最新時程的另一個優勢是 :
可以強迫自己決定要製作哪些功能 , 並剔除最不重要的功能!
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Critical Path
• Critical Path– 關鍵路徑是指網路從 START 節點到 END 節點的序列,該序列具有最長的總工期並決定了整個項目的最短完成時間。
– 關鍵路徑的工期決定了整個項目的工期。任何關鍵路徑上節點的延遲將直接影響項目的預期完成時間(在關鍵路徑上沒有浮動時間 )
• Crith path = 1. A->D->F2. B->C
• 最短工時 = 7
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使用 M$ Project 計算 Critical Path
Critical Path 浮動時間
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嵌入式系統專案生命週期
• 嵌入式系統專案生命週期:– 專案啟動– 規劃階段• 時程• 規格• 資源• 成本• 風險、溝通、採購、品質計畫
– 設計階段– 執行 & 監督階段– 結案
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嵌入式系統專案生命週期 – 規格規劃
• 所有參與人員都知道這個專案要做什麼東西嗎?• 只要賣得出去的產品就是好產品 • Scope vs. Schedule - 質能守恆原理
• 請接受這個不完美的世界! 讓所有成員都知道這專案不做什麼。– 嘟嘟好就好– 範圍蔓延 (Scope Creep) – 鍍金
在專案管理理論中,這兩個都是負面的名詞
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• 不論用哪一種方法,你都應該強制執行“沒有規格,就不准寫程式! " 這個簡單的規則。
• 不寫規格,是軟體專案中最大且最不必要的風險!
• 沒有規格,就定不出正確的時程!
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嵌入式系統專案生命週期
• 嵌入式系統專案生命週期:– 專案啟動– 規劃階段• 時程• 規格• 資源• 成本• 風險、溝通、採購、品質計畫
– 設計階段– 執行 & 監督階段– 結案
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人力資源規劃
• 營級組織,連級人力• 人多好辦事?• 多軍種聯合作戰 • 角色 (role) & 責任 (responsibility)
– Role: 在專案中的角色– Authority: 授權範圍– Responsibility: 應完成事項– Competency: 應具備能力
• 人月神話
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人力資源規劃 (2)
• Case Study– 如果預估一個專案需要 20 個人 /月的工作量,等於要花費5 個工程師, 4 個月的時間開發的話,把工程師增加到 10個人,開發時間並不會減少到 2 個月。
– 這就像 2 個媽媽懷胎十月才能生 2 個小孩,增加到 4 個媽媽並不會讓懷胎減少到 5 個月一樣的道理。
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團隊建立 - RD 組織架構
• Project Management – 專案管理組• Hardware – 硬體組• Mechanism – 機構設計• Firmware – 韌體組• System & Integration – 系統整合組• Application & Server – 應用程式組• QA/QC – 品質系統與測試• Supporting – 支援組 ( 美工、文件管理…等 )
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嵌入式系統專案生命週期
• 嵌入式系統專案生命週期:– 專案啟動– 規劃階段• 時程• 規格• 資源• 成本• 風險、溝通、採購、品質計畫
– 設計階段– 執行 & 監督階段– 結案
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嵌入式系統專案生命週期 – 成本規劃
• 製造成本 : 一切都為了 Cost Down
–任何數字乘以 13億之後都是個大數字• 人力成本• 訂價結構範例:
– 造價 x(1+10%) = 客戶進貨價– 客戶進貨價 x(1+20%) =代理商進貨價– 代理商進貨價 x(1+30%) = 通路商進貨價– 通路商進貨價 x(1+35%) = 門市零售價
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嵌入式系統專案生命週期
• 嵌入式系統專案生命週期:–專案啟動–規劃階段–設計階段–執行階段–結案
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因為以下兩點1. 事情沒有表面上看起來這麼簡單2. 在專案開始就要試圖降低風險
我們導出一個結論 – 你必須先做設計再去實作!
(修改程式就是無法和修改文件一樣簡單!)
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動手之前 - 確定本專案的執行原則
• 如何執行:–專案管理–軟體工程–品質系統
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死板的遵守教科書與國際管理 /品質標準,其實對專案有害無益!
重要的是能抓到這些規範的精神,依據專案特性與軟體工程規範,定義最合適的工作方法,並確保專案可按規格如期完成。
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嵌入式系統專案設計階段
• 規劃階段是確定專案可行性,盡可能杜絕一切不確定性
• 設計階段最重要的工作是 :– 細部設計– 文件化– 設計審查– 變更控制– 風險評估
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Case Study: 火星探測船的失事原因1999年美國所發射的一台火星探測船,在接近火星的時候失事,原因是登陸火星的引擎在點燃時已經與火星距離太近。最後的調查報告出來,其中一個很重要的原因是美國噴射推進實驗室( Jet Propulsion Laboratory ; JPL)與合作廠商 Lockheed Martin 公司兩個單位工程師所使用的計算單位不一樣。
JPL 用的是牛頓( newton),而另外一家卻是用磅來當作計算單位,可是雙方卻都以為對方和自己用的是一樣的單位,導致計算出來的結果與真正的軌道差距 4.45倍。也因為這個原因,使得這艘火星探測船並沒有在正確的時間點燃引擎而失事。
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設計階段 – Scope Design
• 輸出 : Product SPEC. or Functional SPEC.• 一定要正式和客戶確認規格 .
• Spec. document includes:– 硬體規格簡介– 產品設計理念、限制與應用範圍– 使用者功能說明– 操作流程圖– User Interface 與美工圖案– 效能規定 ( 例如產品耗電流 )– 特殊注意事項
詳細地定義到底要作什麼,做到什麼程度 !!!
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軟體規格文件範例 – 流程圖
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軟體規格文件範例 – 功能列表
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設計階段 – Hardware Design
• 硬體設計階段的工作項目 :– CPU 選擇– 主要晶片選擇– 迴路設計– Layout– 零件、材料管理– 產品外型 (ID) 設計– 機構設計– 開模之前的模型製作
• 重要輸出 :硬體設計規格書• 除了外觀與機構設計外,韌體工程師應該參與每件事
情的決策
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硬體、機構設計相關產出 (1)
爆炸圖3D 立體圖
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硬體、機構設計相關產出 (2)
線路圖 (Schematics Diagram)
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硬體、機構設計相關產出 (4)
PCB Layout Gerber 圖
對工程師而言 , 這是線路圖與 real board 之間的橋樑
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硬體、機構設計相關產出 (5) - BOM
BOM (Bill of Materials) 表
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設計階段 – System Design
• OO design in embedded system?
• Output:– 系統架構設計– API 與程式風格設計– 嵌入式作業系統設計– 模擬器設計– Source Tree 設計– 程式風格典範
使用 OO 的觀念,但不使用 OO 程式語言
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系統架構範例
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系統架構範例( 2)
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設計階段 – Testing Plan Design• 測試工作的重要性絕不亞於開發工作 • 測試工作必須被控制,測試結果才可被量化 • 避免亂槍打鳥
• Output:測試計劃書
• condition table vs. testing case
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• 軟體工程師不可能寫出沒有 bug的程式,
• 測試工程師也不可能找出系統中所有的問題,
• 所以測試工作一定要經過仔細的規劃,則測試工作才可以被控制,測試結果才可以被量化,產品品質才可以被保證。
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省下測試人員的錢,並不是真正的節省。通常結果恰恰相反!
測試工作永遠無法取代一個考慮周密,準備充分的評估與設計過程!
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設計階段 – Quality System Design
• 品質是規劃、設計出來的,不是檢查出來的 • International Quality system
– ISO 9001– CMM
• Workable quality system– 確實可執行– 依專案量身訂作
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小心方法論,方法論可以讓每個人都提升到不佳但可接受的程度!
(有才華的廚師顯然不會樂於在麥當勞做漢堡!)
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Project Quality Baseline 範例
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Microsoft Office Word 97 - 2003 ??
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嵌入式系統專案設計階段 – 風險評估
• 莫非定律:只要可能出錯的地方,就一定會出錯!(Anything that can go wrong will go wrong!)
• 越到專案出現的風險,對專案影響越大• 嵌入式系統專案可能發生的風險 :
– 時程延宕– 需求膨脹– 人員流失– 規格崩潰– 績效低落– 技術落差– 不同領域人員或公司間的文化差異– 軟硬體整合的相關問題– 生產 /製造的相關問題 ( 零件缺貨或漲價、工廠產能不足… )
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嵌入式系統專案設計階段 – 文件管理• 文件也要做版本控制
• 盡早擬定文件發展與管理計畫,應該被記錄的文件包含:– 產品規格– Schedule– 硬體設計相關文件 (CPU PIN腳配置圖、線路圖、 Layout 圖… )– 技術文件 - 晶片的 data sheet 、 3rd party軟體函式庫的 API…– 系統架構圖– 系統 ( 軟體 )設計規格書 (包含各模組 API)– 測試計畫書– 測試報告以及 bug sheets– 品質文件– 重要會議紀錄– 重要郵件備份– 其他
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嵌入式系統專案生命週期
• 嵌入式系統專案生命週期:–專案啟動–規劃階段–設計階段–執行階段–結案
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開始實作之前 – 設計審查
• 設計文件存在的意義 – 服務內部客戶• 計畫中明確訂定設計審查的執行時間
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嵌入式系統專案生命週期 – 執行階段 (1)
• 實作階段 -執行所有設計 ,包含:– 程式開發與除錯– 硬體 (電子、機構 )開發– 執行軟體與硬體測試– 軟體版本控制與 bug 管理– 品質系統執行– 工廠試產 – 變更控制 (scope 、 cost 、 schedule baseline)
執行階段重點應是大量腦力、勞力密集之”人”的管理!
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有效率地應用人力
• 先有系統架構,再根據設計文件長程式骨肉• Interface:
– 模組間的介面– 系統間的介面
• 軟硬體工程師的合作模式– 軟體工程師硬起來– 硬體工程師軟下去
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站在巨人的肩膀上
• 再提醒一次 : 我們是作產品,不是作研究
• 善用 Sample Code– 你自己寫會比原廠寫得好嗎 ?– 重新發明有意義嗎?– 效率、成本、品質至上
• CPU 與周邊 IC 的運作方式 :– 不要用猜的、別以為理論上應該…– 有時 data sheet也會錯、更不要聽 sales唬爛– 請 FAE幫忙就是了
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嵌入式系統專案生命週期 – 執行階段 (2)
• 衝突– 客戶 vs. 廠商 – 軟體 vs.硬體 – 研發人員 vs. 規格訂定者 – 國內單位 vs.海外單位 – 系統整合者 vs. 外包廠商 – 工程師 vs.測試人員 – 開發端 vs. 工廠端 – QA/QC vs.其他人
PM 應該花 90% 的時間在溝通,解決衝突
如果 PM 完全不具基本的專業知識或電子產品開發生命週期,如何解決甚至預防這些衝突 ?
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嵌入式系統專案生命週期 – 執行階段 (3)
• 產品化 - 工廠前置作業 :– 備料計畫– 加工線排定組裝線、測試線排定– 製規 ( 標準生產製作規範 )訂定– 測試架設計– 估價並計算工時– 計算產能– 作業員教育訓練
– 環境測試– 電子安規測試 (ESD 、 EMI…)
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嵌入式系統專案生命週期 – 執行階段 (4)
• 產品化 - Input:– 量產同意書 from 工廠的 QA 人員 – 允許量產通知單 from 客戶
• 電子產品製造的流程 :– 軟體燒錄 or 開 Mask for ROM– PCB SMT– PCB測試– PCB 加工 (難免還是會需要人工手焊 )– PCB半成品測試 ( 使用測試架 )– 組裝– 成品測試– 包裝– 驗貨
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嵌入式系統專案生命週期
• 嵌入式系統專案生命週期:–專案啟動–規劃階段–設計階段–執行階段–結案
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嵌入式系統專案生命週期 – 專案結案
• 無間道:無止盡的修改與版本發行– 改的越多,功能就會越強,品質就該越好 ?– 品質系統本來就不是在追求完美無暇的產品,而是要求產
品開發的過程必須依定一定的程序,好讓產品的品質是可以被控制的
• 出貨 ≠結案
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• Close meeting:–組織專案運行資產–行政結案– 合約結案
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您的組織有真的做過明確的結案動作?還是從上到下,老早就各自逃難去了 ?
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Q&A (1)
任一個嵌入式系統專案的生命週期都是如此 , 所以開發與管理也有一定的準則可依循
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嵌入式系統從業人員的職涯發展
- 從菜鳥工程師到老闆
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企業組織架構範例
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唯有團隊成功,才會有個人的成功!
個人 = 工程師技術主管架構師專案經理產品經理
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嵌入式系統開發 – 專案成功的定義
• 不超時• 不超支• 功能與品質合乎規格• 客戶滿意• 可順利量產 • 專案成員有成就感• 專案成果與技術累積• 公司獲利• 個人發財
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如果你是老闆,最好能僱用:
可以接受新觀念,或學習任何新技術的工程師,而非剛好此刻知道如何移植 Android frame buffer driver 的人。
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工程師
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軟體工程師的工作性質
Programming vs. Integration
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巧婦當為無米之炊
任天堂紅白機
-8bit CPU-1.77MHz
• 評估實現瑪俐兄弟的困難度 ?•In PC•In Embedded Device
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其他限制• SPEC.• Schedule• Developer Resource• Computing power• Memory Size• Component Selection• 機器外型 (機構設計 )
Cost93
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直覺上簡單的事情,在較弱的平台上 , 也會變得複雜起來!
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計算機系統
an IC
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驅動程式&基本硬體知識
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時序圖
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量測儀器
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精密手工藝
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嵌入式作業系統
• RTOS (real time OS)
• Embedded Linux/Android• Windows Mobile• …
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全心參與專案
如果有一天,由你來設計這些產品,最重要的考量是什麼?
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架構師• 可擴充性 /可重組性• 可移植性• 可維護性
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架構師
• 建構嵌入式系統平台– 開發環境設計– 開發流程設計
– 系統架構設計– API 設計
讓應用程式工程師可以不管硬體與系統的細節,專注在應用程式開發!
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嵌入式系統平台
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嵌入式系統 軟體開發團隊 組織架構
Middleware 開發 management
IC 驗證 OSHAL 版本
控制
文件
控制既有
功能移植
新功能
開發
系統整合
LCD Audio Video …
HA
L A
PI
OS
AP
I客戶A
PI
架構
AP
模擬器
架構
設計
tools
Driver 開發
Project Leader
系統平台開發小組
組織架構乃依實際狀況而定 沒有完美的組織架構但組織架構必須直接反應系統架構
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系統平台 開發小組
• 負責任務 :– 系統架構設計與實現– 嵌入式作業系統設計與實現– API 設計與實現– 記憶體使用配置– 開發環境設計– 模擬器設計與實現– 系統整合 ( 整合底層的驅動程式、系統程式,以及上層的子系
統、函式庫與應用程式 )– 版本製作
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系統架構設計
• 從技術角度來看 :– 硬體規格
• CPU速度 • 記憶體容量 • 周邊裝置的效能
– 產品規格 – 驅動程式、系統、子系統與應用程式各層
之間的溝通介面
– 產品特性
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系統架構設 (2)
• 從專案管理的角度來看 :– 人力與時程 – 品質要求
• 從系統的角度來看 :– 即時 (Real Time) 的需求– 多功 (multi-tasking 或 multi-threading) 的需求– 電源管理的重要性– 可擴充性的重要性– 可移植性的重要性
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系統架構範例
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資料流架構範例
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軟體架構師的成功秘訣
• 分層抽象設計• 多層次設計模型 (Model)• 堅持的勇氣
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何謂系統架構 ? - 結論 (I)
• 系統架構沒有一定的標準或對錯,但不能沒有• 所有專案參與人員都必須熟知既定之系統架構• 系統架構帶來的好處:– Abstraction – 盡量不要重複開發某功能– 工作較容易被 breakdown– 所有程式開發的 scope被限制,可較準確地預估時程– 工程師對目前在做的專案可有整體性的技術考量– 在底層未完成之前,上層程式可先簡單地模擬既定的
API ,開發工作可同步展開
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何謂系統架構 ? - 結論 (II)
• 根據研究,圖形表示是最容易讓人的大腦理解並留下記憶的方式;實務上也是如此,好的圖示勝過千言萬語。
• 尤其作軟體設計的人,一定要學會用圖形表達系統架構與資料流。當架構圖畫完後,負責文件寫作的同仁只要按圖說故事就可以了。
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技術主管• Functional Manager – 工程團隊管理
– 承接並執行組織與專案任務– 團隊內部制度建立– 工作配置與進度追蹤– 士氣管理– Code Review
• 必須兼顧團隊中長期的發展 (roadmap) ,以及所承接專案的進度
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專案經理如果您在台灣擔任專案經理一職,最好可具備以下技能與相關觀念:
-專案管理-技術管理-電子產品開發週期-系統架構-生產管理
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關於專案
• 70% 的專案失敗是因為管理不善引起的 , 而非技術原因
• 大約只有 10% 的項目能夠在預定的費用和進度計劃下交付
• 大部分的新任專案經理會認為專案管理是一種意外的工作
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專案管理的迷思
• PMI: PM最重要的工作是溝通, PM 應該要有 90%的時間花在溝通
• PMI: 專案的品質是規劃出來的– 實際上,幾乎所有專案都是用檢查來保證品質– 實際上,很多嵌入式系統專案連檢查都做不徹底!
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是專案規格真的很困難,還是因為你的團隊讓它變得比實際上還要困難?
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專案
• 專案是為完成某一獨特的產品或服務所做的一次性努力 – 目標導向,每個專案都是唯一的– 非批次或日常活動
• 軟體專案 :– 軟體開發規範 嚴謹度遠不及其他領域 ;經驗在軟體專案上仍起著極大的影響力
– 軟體仍未脫離手工開發模式,而人的管理是最麻煩的– 軟體開發仍是最複雜的領域之一– 軟體是純知識產品,其開發進度和質量很難估計和度量
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一般專案 vs 嵌入式系統專案
• 嵌入式專案包含所有軟體專案的特性,除了 :– 對硬體性能的依賴– 對硬體成本相當敏感– 涉及生產相關事宜– 產品品質要求 視最終市場定位而定
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專案管理 + 軟體工程
• 專案管理與軟體工程都關注達成目標前的過程,意圖歸納出最佳實踐 (best practices)
專案規劃 專案監控
專案實施
軟體開發
軟體開發過程定義&改善
軟體開發品質保證&監控
軟體工程
專案管理
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專案管理五大步驟
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專案管理九大知識體系
• 整合 (Integration) 管理• 範圍 (Scope) 管理• 時間 /時程 (Time) 管理• 成本 (Cost) 管理• 品質 (Quality) 管理• 人力資源 (Human Resource) 管理• 溝通 (Communication) 管理• 風險 (Risk) 管理• 採購 (Procurement) 管理
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艾森豪: Plans are nothing, but planning is everything!
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產品經理 (Product Manager or Leader)• 大 PM• 新產品的市場與需求分析• 用戶體驗分析• 團隊建立• 成本與時程控制• 為產品成敗負責
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產品經理的五力
• 規劃力• 設計力• 溝通力• 執行力• 推廣力
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發展新技術 與 推出新產品
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• 決定不做什麼,比決定作什麼重要!• 適時的踩煞車!
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專案管理基本概念
Schedule
Scope/Quality
• 專案管理的鐵三角 – 質能守衡定律
Cost
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如果你沒辦法把一堆木塊塞進一個箱子,你有兩個正確的解決方法:
找個更大的箱子,或拿掉一些木塊。
以及一個最爛的選擇:讓工程師加班,直到塞進去為止!
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嵌入式系統專案 – 組織文化問題
1. Communication! 2. Communication!3. Communication!
如何克服組織裡的障礙,使產品順利出貨?
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多軍種聯合作戰計畫
• 敵情偵查• 氣象狀況預估• 各軍種部隊集結• 敵後空降• 艦炮• 步兵搶灘• 空軍掩護• 建立灘頭堡
產品設計與競爭者分析 市場調查 晶片、 solution 與廠商選擇 軟體、硬體、機構設計 備料與生產計劃 銷售計畫 MP & Shipping
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善用專案管理工具
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• 從流程中導入工具– 每週報告的表格– 專案經理使用 Project檔執行進度追蹤– RD只處理 bugzilla 發出的問題– 測試人員不用額外製作報告,直接使用 Bugzilla 自動產生
的報告– 測試人員只能從 SVN抓下最新的 code , build 後進行測試。不接受任何 binary版本的測試工作。
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工商服務時間
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Before ending...
道德經 :
上士聞道,勤而行之;
中士聞道,若存若亡;
下士聞道,大笑之 !
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Q & A
歡迎任何與嵌入式系統這一行有關的問題
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