硬體的架構設計 - 趣關注

我個人總結硬體架構師（框式裝置）需要做以下具體的事情：1、理解需求和業務模型的情況下，設計好背板. 首頁> 歷史> 硬體的架構設計硬體的架構設計由 硬體十萬個為什麼 發表于 歷史2021-08-02什麼是架構？架構是“表述了契合一個環境的系統基本元素及元素之間關係構成的結構集，在環境中體現出來基本屬性，以及設計和演進的原則”。

定了硬體架構，就決定了硬體各個元件和各個模組之間的相互關係，硬體系統整體、硬體系統裡各個模組的規格，硬體的設計原則，硬體系統是否有可演進性。

架構是硬體產品的“源頭”，特別是對於高複雜度的產品，架構就特別重要。

比如通訊類高複雜框式產品，硬體系統中元件和模組很多，客戶採購一臺裝置10多年都不會更換，透過增加介面板等方式進行擴容或適配新介面。

因此，我們在硬體架構設計的時候要重點考慮到框式產品類管理用的主控板，轉發業務用的介面板，框式裝置背板，電源模組，系統監控板等不同模組之間的耦合關係；產品的生命週期長，你需要考慮系統容量、背板介面、電源和散熱等基礎能力否是能符合未來8~10年的演進需求，確保對於硬體架構的生命力。

【什麼是架構】架構的定義：架構指系統的頂層結構。

架構的本質就是對系統進行有序化地重構以致符合當前業務的發展，並可以快速擴充套件。

因為架構設計往往是一些模組劃分、拓撲設計等等比較抽象的動作行為。

被普通工程師的認知，會進入兩個極端：1、架構設計很玄幻，很高階，高不可攀。

2、架構設計很務虛，不實在，架構師都是大忽悠。

做好一個架構師，其實不容易的。

應該是可以理解具體技術，具備具體專案落地能力的。

非研發出身的架構師，我個人覺得是存在的。

所以架構師是具備微觀能力，同時具備宏觀的能力的。

太簡單的系統，個人認為不存在“架構設計”。

或者太簡單產品，不存在“架構設計師”這個單獨的崗位。

比如一個電動玩具，單晶片解決方案。

一旦器件選型搞定了，就沒有什麼架構可以談。

有些電路很複雜，但是一塊電路板就能解決問題，往往也不存在所謂的架構設計。

而有些硬體專案的複雜度非常高，業務模型也非常複雜，資料流也很複雜，例如電信裝置。

則會需要有一些人，不僅僅懂具體的實現，還需要行業背景，懂業務模型，懂客戶需求，懂軟體，懂硬體，懂器件的效能規格，懂發展趨勢……然後才能抽象出具體的專案，設計出好的硬體架構，設計出有產品競爭力的。

所以複雜的業務模型，往往需要專職的架構設計：1、需求相對複雜。

2、非功能性需求在整個系統佔據重要位置。

3、系統生命週期長，有擴充套件性需求。

4、系統基於元件或者整合的需要。

5、業務流程再造的需要。

【硬體架構師到底做什麼】架構是經過系統性地思考，權衡利弊之後在現有資源約束下的最合理決策，最終明確的系統骨架：包括子系統，模組，元件。

以及他們之間協作關係，約束規範，指導原則。

並由它來指導團隊中的每個人思想層面上的一致。

涉及四方面：1、系統性思考的合理決策：技術選型、設計原則等。

2、明確的系統骨架，系統的拆分。

3、系統協作關係，子系統之間的耦合關係。

4、約束規範和指導原則。

因此架構師具備能力：理解業務，全域性把控，選擇合適技術，解決關鍵問題、指導研發落地實施。

軟體其實可以快速迭代，可以先小步快跑，構建出完整體系之後，可以再重構。

重構之後，替換原來的老產品。

其實我們可以看到很多網際網路公司經常這麼幹。

但是硬體就沒有重構的機會。

硬體一旦重構：1、沒法替代老的產品，成本是不能接受的。

2、硬體重新開發的週期太長。

3、硬體沒法敏捷開發，快速迭代。

架構的發展和需求是基於業務的驅動。

所以硬體架構設計，也是被業務推動不斷的發展的。

例如電信裝置也是不斷地演進，產生各種硬體機框。

如果我們把硬體裝置分類為：框式、盒式、終端。

那麼框式裝置，之所以做成框式裝置，就是因為需要有一個複雜的架構適應複雜的業務模型，也解決業務演進的競爭力的問題。

名副其實的架構師應該是框式裝置的架構師，因為其工作更多的是在設計“架構”。

有些崗位其實並不是做架構設計的，但是在一些大公司裡面無處安放也放在架構部。

很多關於硬體架構設計的文章講得都很籠統抽象。

我個人總結硬體架構師（框式裝置）需要做以下具體的事情：1、理解需求和業務模型的情況下，設計好背板。

這裡首先強調的是需要充分理解業務模型，就是知道硬體裝置承載的軟體功能，和對應的軟體功能所需要的硬體能力。

所以，硬體架構設計脫離不了業務需求，也脫離不了軟體功能。

那麼背板設計實際就是整個框式裝置的核心。

2、背板設計，需要考慮資料交換能力，電路板管理監控能力。

曾經參與一個裝置的架構設計。

當時，交換協議處於一個群雄逐鹿的狀態。

當時，就專門分析，乙太網交換、PCIe交換、SRIO交換都已經相對成熟的一個階段。

選擇合適的SRIO、PCIe和乙太網交換晶片作為資料互動中心，需要根據業務模型選擇最合適的速率、開銷、可靠性、熱插拔等。

同時框式裝置除了業務資料，還需要有管理資料。

如何對每個電路模組進行監控管理，資料同步，啟動關閉，冗餘備份等等功能，需要在架構設計的時候進行充分考慮。

一般這種是獨立於業務資料通道的低速通道。

3、模組劃分就是定義做多少種電路板。

這些電路板分別什麼功能，透過插拔插入機框，實現不同種類的業務組合。

每個模組的功能定義，需要考慮各種業務模型的需求。

例如以前我們做的框式裝置，一方面需要作為彩信、彩鈴、簡訊的核心網裝置，需要大量的信令處理能力。

同時需要作為呼叫中心、統一通訊的裝置。

所以需要各種語音編解碼+信令處理的不同規格的組合，實現不同的業務場景。

那麼每個電路板的顆粒度，效能規格，就很重要。

我們需要開發出什麼樣效能的電路板，透過不同的組合實現不同業務場景的競爭力？這是架構師需要充分思考的問題。

4、工程問題硬體架構師，不能只管設計，不管實現。

所設計出來的硬體架構一定是要具備技術可實現的。

例如：框式裝置電路板是橫插還是豎插風道設計、散熱考慮這不僅僅是熱工程師的任務。

一個架構師，不僅需要考慮各種工況的散熱需求，還需要考慮失效場景下的各種散熱可能性。

同時，對於散熱器的成本、尺寸、規格也應該有概念，不然未來電路設計出來的沒有可以用散熱器。

包括整機部件關於風扇的選型，也需要架構師充分考慮。

供電問題包括電源的供電框架，包括供電規格、電源失效對策、安全性對策、電源板帶電更換等問題。

5、資料流架構師應該是繪製出所有業務模型的資料流，以及一些資料流的具體需求。

例如需要各個關鍵部件需要做什麼工作。

以及資料流轉、快取、處理的需求必須都梳理清楚，對未來器件選型才能清晰地指導。

資料流清晰，規格才會清晰。

規格清晰，才知道器件選型的種類選什麼更合適。

ARM、DSP、FPGA、MIPS、X86每種器件適合做什麼工作，然後對應的業務規格需要的效能和器件規格是多少。

如果不知道如何去測試。

【什麼是好的架構】有競爭力的硬體架構要遵循以下幾條關鍵的原則序號原則詳細解讀一全面解耦原則1。

軟體和硬體解耦，比如軟體升級和硬體形態解耦。

2。

硬體平臺和產品解耦，例如一個框式平臺即可以用於資料通訊產品，也可以用於業務處理產品。

3。

硬體系統和硬體各部件解耦，比如業務元件、資料元件、監控元件等邏輯解耦。

二元件化原則1。

元件化架構，靈活組裝，比如框式產品裡業務處理單板，介面擴充套件單板，風扇模組，電源模組都以元件交付。

2。

各元件按需樂高式組合，更快適應變化，如框式裝置業務處理單板、電源模組後容量能力提升。

3。

介面標準化，通用化。

三持續演進原則架構並非一蹴而就，也需要有效管理，持續發展，適應業務需求變化，保持架構的生命力和競爭力。

四柔性供應制造原則優秀的硬體架構是有利於製造的，模組化設計、模組和物料歸一、標準化製造，海量產品能夠支援自動化生產。

五高效開發原則硬體架構支援硬體系統拆分成單板、元件、模組並行開發，對於複雜產品，硬體升級可以透過小團隊獨立交付支援產品滿足新的客戶需求。

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