嵌入式开发需求文档模板

嵌入式开发需求文档模板嵌入式开发项目的成功，始于一份清晰、严谨的需求文档。它不仅是开发团队的“作战地图”，更是协调多方（开发、测试、客户、供应链）认知的核心载体。不同领域的嵌入式系统（如工业控制、消费电子、汽车电子）需求场景差异显著，但一份结构合理的需求文档模板，能为项目奠定标准化的起点。一、文档概述与范围1.项目背景阐述开发的核心动因与应用场景。例如：“本项目针对智能家居场景，开发一款低功耗环境监测节点，需实时采集温湿度、PM2.5数据，并通过WiFi上传至云平台，辅助用户远程管理室内环境。”需明确项目的行业属性、痛点解决方向，为后续需求定义提供背景支撑。2.文档目的定义文档的核心受众与价值。例如：“本文档作为开发团队的需求基线，明确系统功能、性能、接口等要求，为开发、测试、验收提供依据；同时作为与客户、供应商沟通的核心文档，确保各方对产品预期达成一致。”3.适用范围清晰界定文档覆盖的边界。例如：“本需求文档适用于XX环境监测节点V1.0版本的硬件设计、软件研发与测试验收；不包含产品量产阶段的供应链管理、售后维护细则。”需明确硬件平台（如STM32F407）、软件模块（如传感器驱动、云通信模块）的覆盖范围。4.术语定义对专业术语进行统一解释，消除认知歧义。例如：RTOS：实时操作系统，需满足任务调度的确定性（如FreeRTOSV10.4）。GPIO：通用输入输出接口，用于硬件设备的数字信号控制。SPI：串行外设接口，需支持主从模式、最高速率10MHz。二、产品总体需求1.功能需求以“场景+动作+结果”的逻辑描述核心功能，避免模糊表述。例如：“当设备检测到PM2.5浓度≥100μg/m³时，应自动触发本地LED告警（红色常亮），并向云平台推送告警事件，事件延迟≤5秒。”“用户通过手机APP发送‘设备重启’指令后，设备应在10秒内完成重启，并向APP反馈重启结果（成功/失败）。”2.性能需求从响应、负载、可靠性、功耗等维度量化指标：响应时间：按键触发后，系统应在100ms内反馈操作结果（如LED状态切换）。处理负载：在100Hz采样率下，CPU平均负载≤30%（通过J-Link调试工具监测）。可靠性：设备连续运行无故障时间≥4000小时（通过高温老化测试验证）。功耗控制：休眠状态下电流≤10μA，工作状态平均电流≤50mA（通过功耗测试仪监测）。3.接口需求分硬件、软件、外部接口三类描述：硬件接口：需包含2路UART（波特率____bps）、1路SPI（速率≤10MHz）、8路GPIO（其中2路支持中断）、电源输入范围3.3V±5%。外部接口：支持WiFi（2.4GHz频段，802.11b/g/n）、蓝牙（BLE5.0），蓝牙配对密码需支持用户自定义（长度4-8位）。4.兼容性与扩展性明确硬件、软件的兼容范围与扩展空间：硬件兼容：支持STM32F407、ESP32两种主控平台，外设接口需保持引脚定义兼容。软件兼容：支持FreeRTOSV10.4、RT-ThreadV4.0两种RTOS，应用层代码需与内核解耦。扩展性：预留1路I2C接口（引脚间距2.54mm），用于未来扩展温湿度传感器、OLED显示屏等外设。三、硬件需求细节1.核心硬件选型明确处理器、存储、通信模块的参数：处理器：STM32F407VGT6，主频168MHz，Flash≥1MB，RAM≥192KB。存储：板载SPIFlash（容量≥8MB），支持固件OTA升级。通信模块：ESP8266WiFi模块（支持STA/AP模式），蓝牙模块采用nRF____（BLE5.0）。2.外设配置细化传感器、执行器的技术指标：传感器：温湿度传感器（SHT30，精度±0.3℃/±2%RH，采样周期≤10秒）；PM2.5传感器（GP2Y1010AU0F，检测范围0-200μg/m³，精度±10%）。执行器：LED指示灯（红色、绿色各1个，亮度≥200mcd）；继电器（5V驱动，触点容量10A/250VAC）。通信模块：WiFi天线增益≥2dBi，蓝牙天线内置PCB（增益≥1dBi）。3.电气特性定义电源、电磁兼容、环境适应性要求：电源：输入电压范围3.3V-5V，纹波≤50mV；输出电压精度±2%（3.3V、1.8V、5V三路输出）。EMC：符合CE（EN____）、FCC（Part15）电磁兼容标准，静电放电（ESD）防护等级接触放电±4kV、空气放电±8kV。环境适应性：工作温度-20℃~70℃，存储温度-40℃~85℃，湿度5%~95%（无凝露）。4.机械结构明确尺寸、安装、防护要求：尺寸：PCB尺寸≤50mm×50mm，整机高度≤20mm（含天线）。安装：支持贴片（SMT）或插件（THD）工艺，预留2个M2.5安装孔（间距30mm）。防护等级：外壳IP65（防水防尘），按键、接口需做防水处理（如硅胶密封圈）。四、软件需求细节1.系统架构描述分层设计与内核要求：RTOS配置：使用FreeRTOS，任务数量≤8个，优先级分配需满足实时性（如传感器采集任务优先级高于通信任务），任务栈大小≥2KB。2.模块功能细化各软件模块的输入、输出、逻辑：驱动模块：GPIO驱动需支持输入（上拉/下拉）、输出（推挽/开漏）、中断（上升沿/下降沿触发）模式，API需包含`GPIO_Init()`、`GPIO_Write()`、`GPIO_Read()`函数。应用逻辑：数据采集任务每10秒读取传感器数据，进行有效性校验（如温湿度值需在合理范围），异常时记录日志（存储在Flash，容量≤100KB）；告警任务实时监测数据，触发条件满足时执行声光告警、云推送。3.软件接口定义内部API与外部接口的协议：内部API：传感器驱动提供`Sensor_Read()`函数，输入参数为传感器类型（如SHT30、GP2Y1010），返回值为结构体（包含数据、状态码）。4.安全需求从数据、权限、防攻击维度定义：权限管理：设备支持三级权限（管理员、普通用户、访客），管理员可修改设备参数，普通用户可查看数据，访客仅可查看公开信息。防攻击：实现栈溢出保护（StackCanary）、输入参数校验（如MQTT消息长度≤1KB），禁止使用strcpy等危险函数，采用snprintf替代。五、测试与验收标准1.测试用例设计覆盖功能、性能、兼容性场景：功能测试：模拟PM2.5浓度≥100μg/m³，验证LED告警、云推送是否触发；发送“重启”指令，验证设备重启时间≤10秒。性能测试：在100Hz采样率下，运行24小时，监测CPU负载（平均≤30%）、内存占用（≤80%）；模拟100个并发MQTT连接，验证响应时间≤500ms。兼容性测试：在STM32F407、ESP32平台分别烧录固件，验证功能一致性；更换不同品牌的温湿度传感器（如SHT31），验证数据采集功能。2.验收指标量化验收通过的标准：功能覆盖率：核心功能测试用例通过率100%（如传感器采集、告警、远程控制）。性能达标率：响应时间≤100ms的用例通过率≥95%，CPU负载≤30%的测试场景通过率100%。可靠性：设备连续运行72小时无故障（无重启、无数据丢失、无通信中断）。3.文档交付明确验收时需提交的文档：测试报告（含功能、性能、兼容性测试结果）。用户手册（含硬件接口说明、软件操作指南、故障排查）。固件版本说明（版本号、编译时间、变更日志）。硬件设计文档（原理图PDF、PCBGerber文件、BOM表）。六、附录与支持文档1.参考文档列出需求定义的依据：技术标准：ISO____（洁净室分级）、IEEE802.11（WiFi协议）。竞品分析：XX品牌环境监测仪的功能、性能参数。原型设计：硬件原型3D模型（STP格式）、软件流程图（Visio/PlantUML文件）。2.需求变更记录记录需求的迭代历史：版本变更日期变更内容影响范围提出人--------------------------------------------V1.0____初始需求全部产品经理V1.1____新增蓝牙配对密码自定义功能软件通信模块、硬件按键客户3.原型与示例提供可视化参考：硬件原型图：PCB布局图（PDF）、关键元器件位置（如主控、传感器）。软件流程图：数据采集流程（开始→传感器读取→校验→存储→上传→结束）。通信协议示例：UART指令格式（如“0xAA0x010x000x55”表示读取温湿度）。编写建议与注意事项1.需求可验证性：避免“快速响应”“稳定运行”等模糊描述，需量化指标（如响应时间≤50ms、无故障时间≥4000小时），确保测试可验证。2.多方评审机制：需求文档需经过开发、测试、客户、硬件工程师评审，确保技术可行性与业务需求对齐。例如，硬件团队需评审“电源纹波≤50mV”是否可实现，测试团队需评审“连续运行72小时”的测试资源是否充足。3.版本管理：采用版本号（如V1.0、V1.1）管理文档，每次变更需记录变更内容、影响范围，确保团队使用最新版本。4.场景化思考：从用户实际场景出发定义需求。例如，工业设备需考虑“-20℃~70℃”的宽温场景，消费电子需优化“APP远程控制的响应速度”以提升用户体验