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对于很多硬件工程师而言，每天都在忙活着手头上的工作，但是有时候并不知道自己的水平去到哪里，也不知道怎样提高，这在这个瞬息万变的社会里面，其实有点危险！毕竟我们这些凭手艺吃饭的人不像某些尸位素餐的某猿，是跟不上潮流就会被淘汰的。所以就算我们不能成为最TOP的那个，也力争成为排在前面的那一批人。 但我们工程师怎样成为最TOP呢？该怎么学习呢？ 根据我们从小受到的教育中我们知道，这首先要求我们对于知识要理解透彻，越深入越好，对于任何一个知识点，通过基本公式，用数学工具推导到最后来验证高级定律和公式。我想对于这一点，高考物理是达到了极点。 但如果我们拿着解高考物理难题的精神来解决硬件问题，当然精神可嘉，工作之余还是值得鼓励这种学习和探索精神的；可是这样对于项目开发却是没有多少好处，毕竟硬件工程师的工作是工程开发，在规定的时间和预算之内完成硬件项目，而不是你在这个时间呢自己推导出来了什么公式和计算结果，那是科学家的工作，那是Research的工作。 工程开发一个重要特点就是“踩在前人的足迹”。大多数情况下，知道主要接口，参数，功能和性能就足够了，尤其是芯片/器件公司提供的design guidelines或者application notes，里面一般都是芯片/器件工程师的肺腑之言，经验之谈，一般来说没有个十年二十年工作经验的工程师是写不了这些东西的。 看起来虽然很简单，看起来像是废话，但是细细分析，结合电路定理和电磁定律，略微分析，就会发现简直字字珠玑。 有求知欲是好事，但是那是在工作之余，项目之余，虚心向前辈学习，尽量利用各种design guidelines，尽快完成设计工作，记录自己的知识缺点，在业余时间努力学习，理解透彻，通过设计验证/测试，加深对于知识点的了解，这才是正确的工作方法。 我在刚毕业的时候欣喜的发现传输线理论太重要了，遂花了一个月把传输线理论努力了一把，并推导了大量公式进行验证，其实总结起来就是几句话，阻抗匹配。 所以说，对于求知欲特别强的人（比如我），有时候一定要学会“浅尝辄止”。 关于硬件设计的各种技术/标准/芯片/器件都要知道，需要的时候，能够信手拈来，功能性能，参数特性，优点缺点。 那一个好的硬件工程师应该具备哪些基本知识和能力呢？ 1. 快速学习的能力 作为一个通信汪，我就以通信设备方面来说吧！ 一方面，通信技术，标准，芯片更新的太快了，快到你根本来不及系统的了解它，只能通过特定的项目，需求进行了解；另一方面对于公司来说，需要做的硬件产品也是变化很快，客户需要T1， E1， PDH， SDH，Ethernet， VoIP， Switch， Router， 没有人是什么都懂的，都需要能够结合客户的需求，选择的芯片方案进行详细了解，尤其对于接口协议和电气特性。 假设你是做电源的，同理，你也需要对电源相关的知识和客户的需求进行深入的理解和学习吧？ 2. 对协议和标准的理解 继续用通信设备做代表。 通信设备，顾名思义，就是用来实现多种通信协议（比如T1， E1， V.35，PDH， SDH/SONET， ATM， USB， VoIP， WiFi， Ethernet， TCP/IP，RS232等等常用协议）实现通信的设备，各种电路，PCB板，电源都是为了通信协议服务的。 通信协议一般都是由芯片实现，要么是成熟的 ASIC，要么是自己开发的FPGA/CPLD，芯片工程师或者FPGA工程师比硬件工程师跟靠近通信协议，他们需要对于通信协议理解很透彻，实现各种逻辑上的状态机以及满足协议规定的电气参数标准。 对于传统PDH/SDH/SONET设备就更是如此，PDH/SDH/SONET是更硬件的设备，就是说主要协议都是通过ASIC实现的，软件的功能主要是管理，配置，监视，告警，性能，对于硬件工程师来说，必须要熟悉使用的相关协议和接口标准，尤其对于电气规范，眼图模板，这样在设计验证的时候才能胸有成竹。 如果你做智能家居的，你对蓝牙、WIFI、Zigbee的新标准应该要深入了解吧，各自的优劣势也应该了如指掌吧，最新的标准有啥提升和缺点也可以信手拈来，说不定这样你就能做出符合消费者需求的全新产品呢！也指不定在跳槽的时候，因为你掌握了一个别人还没有了解的技术，而获得成功呢！ 3. 写文档的能力 诚如软件设计一样，好的软件设计需要好的设计文档，明确需求，实现什么功能，达到什么验收标准，随着芯片集成度的增加，接口速率的提高，单板复杂度的提高，硬件设计也越来越复杂以及对应热稳定性，可靠性，电磁兼容，环境保护的要求，已经不是通过小米加步木。仓的游击战可以解决了，每一个硬件项目都是一场战争，都需要好好的规划，好好的分析，这就需要好好做文档。 对于硬件工程师来说，最重要的文档有两个：一个是硬件设计规范（HDS ： hardware design specification）和硬件测试报告（一般叫EVT：Engineering Validation& Test report或者DVT： Design Validation & Test report），对于HDS的要求是内容详实，明确，主芯片的选择/硬件初始化，CPU的选择和初始化，接口芯片的选择/初始化/管理，各芯片之间连接关系框图（Block Diagram），DRAM类型/大小/速度，FLASH类型/大小/速度，片选，中断，GPIO的定义，复位逻辑和拓扑图，时钟/晶振选择/拓扑，RTC的使用，内存映射（Memory map）关系， I2C器件选择/拓扑，接口器件/线序定义，LED的大小/颜色/驱动，散热片，风扇，JTAG，电源拓扑/时序/电路等等。 对于DVT来说，要求很简单也很复杂：板卡上有什么接口，芯片，主要器件，电路，就要测试什么，尤其在板卡正常工作的情况下的电源/电压/纹波/时序，业务接口的眼图/模板，内部数据总线的信号完整性和时序（如MII， RGMII， XAUI， PCIe，PCM bus， Telecom Bus， SERDES， UART等等），CPU子系统（如时钟，复位，SDRAM/DDR，FLASH接口）。 好的硬件工程师无论是做的文档还是报道都是令人一目了然，这个硬件系统需要用什么方案和电路，最后验证测试的结果如何。内容详实，不遗漏各种接口/电路；简单名了，不说废话；图文并茂，需要的时候一个时序图，一个示波器抓图就很能说明问题了。 4. 仪表/软件的使用能力 仪表包括电烙铁，万用表，示波器，逻辑分析仪，误码仪，传输分析仪，以太网测试仪Smartbits/IXIA，热量计，衰减器，光功率计，射频信号强度计等等；软件包括Office（Outlook，Word， Excel， PowerPoint， Project， Visio），PDF，常用原理图软件Pads或者OrCAD，常用PCB软件Pads或者Allegro，Allegro Viewer，电路仿真软件PSPICE，信号仿真软件HyperLynx等等。 无论仪表还是软件，在政治经济学里说都是生产工具，都是促进生产力提高的，作为硬件工程师来说，这些仪表和软件就是手中的枪炮，硬件工程师很大一部分能力的体现都在与仪表和软件的使用上。 另外，原理图软件的使用还体现在原理图的美观上，好的设计，简单明了，注释明确，无论是谁，顺着思路就能很快搞清楚设计意图，需要特别注意之处，不好的设计，东一个器件，西一个器件，没有逻辑，命名怪异，难以理解，日后维护起来相当麻烦；示波器在所有测试仪表之中，对于硬件工程师是最重要的，无论原理图还是PCB都是设计工作，但是任何设计都需要仔细的验证测试，尤其在信号方面，都需要大量的示波器工作，不会正确的使用示波器根本谈不上正确的验证。 5. 电路设计的能力 随着芯片集成度的提高，硬件设计似乎变简单了。首先是逻辑连接，其次考虑信号完整性需要的串行电阻选择和并行电容选择，电源滤波，退耦。不过对于好的硬件工程师来说，简单的逻辑连接（这个芯片的同样总线的输出接另一个芯片的输入，等等），只是硬件设计的最基本技能，电路是芯片功能，通信协议和各种软件的载体，没有对电路的深入理解，根本谈不上对硬件设计的深入理解，尤其对于芯片后面列的电气性能参数或者离散器件各种参数的理解，胡乱乱接，可能在3.3V的总线上可以工作，但是现在工作电压已经降到1V了，什么概念，信号线上的噪声都已经大到可以使采样出现误判了，随着信号速率的提高和工作电压的降低，数字信号已经越来越模拟化了，这就需要对于PCB的阻抗，容抗，感抗，离散器件（电阻，电容，电感，二极管，三极管，MOSFET，变压器等），ASIC的接口电气参数深入了解，这都需要对电路原理，模拟电路甚至电磁场理论深入学习，电路可以说是电磁场理论的子集，没有电磁场理论的理解，根本谈不上对于电容，电感，串扰，电磁辐射的理解。 尤其对于电源电路设计上，现在芯片电压多样化，电压越来越低，电流越来越大，运营商对于通信设备功耗的严格要求，散热要求，对于电源设计的挑战越来越大。可以说，对于一个硬件设计来说，40%的工作都是在于电源电路的原理图/PCB设计和后期测试验证，电源电路设计是硬件工程师电路能力的集中体现，各种被动器件、半导体器件、保护器件、DC/DC转换典型拓扑，都有很多参数，公式需要考虑到，计算到。 6. 沟通和全局控制的能力 硬件工程师在一个硬件项目中，一般处于Team leader的作用，要对这个硬件项目全权负责，需要协调好PCB工程师，结构工程师，信号完整性工程师，电磁兼容工程师等各种资源，并与产品经理，项目经理，软件工程师，生产工程师，采购工程师紧密配合，确保各个环节按部就班，需要对整个项目计划了然于胸，各个子任务的发布时间，对于可能出现的技术难题和风险的估计，控制。 对于外部来说，硬件工程师还要与芯片的分销商，FAE处理好关系，争取获得更大的技术支持和帮助；与EMC实验室，外部实验室打好交道，获得更灵活的测试时间和更多的整改意见。
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发表于 2020-4-23 09:53:19
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