Mars36 , Проблема в том, что такой объем знаний "с наскоку" получить очень сложно. Тут одни знания базируются на основе других.
Изначально идет хорошее понимание физики, ведь это основа для электроники. Ну хотя бы разделы, связанные с электричеством.
Если не идти с базовых основ, то для начала я бы подтянул знания в области электроники и цифровой схемотехники. Литературы различной огромное множество и нужно начинать с азов постепенно переходя к более серьезной литературе. Помниться когда-то мне понравилось как изложены основы в книге Гершунский "Основы электроники и микроэлектроники". И много еще разных есть авторов, которые излагают по-разному и кому что лучше подходит, тут индивидуально.
По основам разводки печатных плат пройдитесь по выпускам журнала Chip News за разные годы, там периодически проскакивали интересные статьи по этому поводу. Но Вы должны понимать что одна только разводка платы требует хорошего понимания схемотехники, физики процессов, протекающих в платах (вы должны уметь правильно оценивать токи, напряжения, частоты в каждом конкретном месте платы), очень желательно основы материаловедения (если речь идет уже не об обычных двусторонних платах), т.к. это важно при разработке сложных плат (а то что Вы хотите это уровень сложных плат).
Да, сейчас есть софт, который очень многое "берет на себя" (Altium Designer, Mentor Graphics, ...), однако чтобы ему "объяснить" что мы от него хотим, тут тоже нужно иметь хорошее понимание всего вышеизложенного.
По поводу контроллеров-процессоров - насколько я понимаю, Вы имеете желание не просто "что-то слепить", а осмысленно сделать, пройти путь разработки. Вам правильно подсказали что начните с ардуино.
Не надо считать что ардуино это для детей, это не совсем верно. На самом деле ардуино это удобная штука, на которой можно быстренько слепить из кусков макетик и проверить ту или иную идею.
И поверьте что Вам правильно подсказали что сначала делается макет из готовых кусков, блоков, а лишь когда убедились что все получилось как хочется, только потом переходят к разработке первых готовых образцов, и только потом думают про удешевление, а не в момент когда все еще на уровне идеи.
После ардуино я бы пощупал FreeRTOS или другие embedded OS, это даст понимание основ работы операционных систем на низком уровне, многозадачности и т.п.
После этого я бы все-таки начал с raspberry. К этому времени Вы уже будете иметь довольно обширные знания и будете смотреть на Вашу задачу по-другому, не так, как смотрите на нее сейчас. Поверьте это так.
Но учитывайте что с процессорами типа таких как стоят в одноплатных компьютерах (Alwinner и т.п.) есть нюансы связанные с тем, что довольно большая вероятность что Вы не сможете во-первых купить партию этих процессоров по хорошей цене, т.к. китайские заводы предпочитают иметь дело с теми кто берет изделия тысячами и на интересные процессоры у них планы расписаны на месяцы вперед. А во-вторых, не уверен что Вы сможете раздобыть действительно полную документацию с application-ами (примерами схемотехники, рекомендациями по разводке и т.п.), errata-ами(сборниками найденных и описанных багов с предлагаемыми решениями). А без этой документации Вас ждет очень длинный и невеселый путь.
На самом деле Вы сходу беретесь за совсем нетривиальную задачу, за которую не возьмутся очень многие опытные разработчики.
Лучше идите к этому постепенно.
Удачи Вам!