好的硬件開發(fā)工程師需要掌握什么技術(shù)

一個(gè)好的硬件工程師實(shí)際上就是一個(gè)項(xiàng)目經(jīng)理，你需要從外界交流獲取對自己設(shè)計(jì)的需求，然后匯總，分析成具體的硬件實(shí)現(xiàn)。還要跟眾多的芯片和方案供應(yīng)商聯(lián)系，從中挑選出合適的方案，當(dāng)原理圖完成后，你需要組織同事來進(jìn)行配合評審和檢查，還要和CAD工程師一起工作來完成PCB的設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，要準(zhǔn)備好BOM清單，開始采購和準(zhǔn)備物料，聯(lián)系加工廠家完成板的貼裝。”
 

 

1、基本知識

1）基本設(shè)計(jì)規(guī)范。       相關(guān)文章：《智能硬件app開發(fā)解決方案應(yīng)用哪些技術(shù)？》

2）CPU基本知識、架構(gòu)、性能及選型指導(dǎo)

3）MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知識、性能詳解及選型指導(dǎo)

4）網(wǎng)絡(luò)處理器的基本知識、架構(gòu)、性能及選型

5）常用總線的基本知識、性能詳解

6）各種存儲器的詳細(xì)性能介紹、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及選型

7）Datacom、Telecom領(lǐng)域常用物理層接口芯片基本知識，性能、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及選型

8）常用器件選型要點(diǎn)與精華

9）FPGA、CPLD、EPLD的詳細(xì)性能介紹、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及選型指導(dǎo)

10）VHDL和VerilogHDL

11）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

12）國內(nèi)大型通信設(shè)備公司硬件研究開發(fā)流程

2、熟練掌握并使用業(yè)界最新、最流行的專業(yè)設(shè)計(jì)工具

1）ViewDraw，PowerPCB，Cam350

2）OrCad，Allegro；AD；PADS

3）各種電路仿真工具

4）學(xué)習(xí)熟練使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、等工具；

5）FPGA設(shè)計(jì)工具，各個(gè)廠家的。

一、硬件總體設(shè)計(jì)

啟動一個(gè)硬件開發(fā)項(xiàng)目，原始的推動力會來自于很多方面，比如市場的需要，基于整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的需要，應(yīng)用軟件部門的功能實(shí)現(xiàn)需要，提高系統(tǒng)某方面能力的需要等等，所以作為一個(gè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，要主動的去了解各個(gè)方面的需求，并且綜合起來，提出最合適的硬件解決方案。

比如A項(xiàng)目的原始推動力來自于公司內(nèi)部的一個(gè)高層軟件小組，他們在實(shí)際當(dāng)中發(fā)現(xiàn)原有的處理器板IP轉(zhuǎn)發(fā)能力不能滿足要求，從而對于系統(tǒng)的配置和使用都會造成很大的不便，所以他們提出了對新硬件的需求。根據(jù)這個(gè)目標(biāo)，硬件方案中就針對性的選用了兩個(gè)高性能網(wǎng)絡(luò)處理器，然后還需要深入的和軟件設(shè)計(jì)者交流，以確定內(nèi)存大小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對外接口和調(diào)試接口的數(shù)量及類型等等細(xì)節(jié)，比如軟件人員喜歡將控制信令通路和數(shù)據(jù)通路完全分開來，這樣在確定內(nèi)部數(shù)據(jù)走向的時(shí)候要慎重考慮。

項(xiàng)目開始之初是需要召開很多的討論會議的，應(yīng)該盡量邀請所有相關(guān)部門來參與，好處有三個(gè)，第一可以充分了解大家的需要，以免在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上遺漏重要的功能，第二是可以讓各個(gè)部門了解這個(gè)項(xiàng)目的情況，提早做好時(shí)間和人員上協(xié)作的準(zhǔn)備，第三是從感情方面講，在設(shè)計(jì)之初各個(gè)部門就參與了進(jìn)來，這個(gè)項(xiàng)目就變成了大家共同的一個(gè)心血結(jié)晶，會得到大家的呵護(hù)和良好合作，對完成工作是很有幫助的。

掌握硬件總體設(shè)計(jì)所必須具備的硬件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)思路

1）產(chǎn)品需求分析

2）開發(fā)可行性分析

3）系統(tǒng)方案調(diào)研

4）總體架構(gòu)，CPU選型，總線類型

5）數(shù)據(jù)通信與電信領(lǐng)域主流CPU：M68k系列，

PowerPC860，PowerPC8240，8260體系結(jié)構(gòu)，性能及對比

6）總體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)注意的問題

7）通信接口類型選擇

8）任務(wù)分解

9）最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10）PCI總線知識與規(guī)范

11）如何在總體設(shè)計(jì)階段避免出現(xiàn)致命性錯(cuò)誤

12）如何合理地進(jìn)行任務(wù)分解以達(dá)到事半功倍的效果？

13）項(xiàng)目案例：中、低端路由器等

二．硬件原理圖設(shè)計(jì)技術(shù)

目的：通過具體的項(xiàng)目案例，詳細(xì)進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)全部經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)要點(diǎn)與精髓揭密。

1）電信與數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域主流CPU的原理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

2）Intel公司PC主板的原理圖設(shè)計(jì)精髓

3）網(wǎng)絡(luò)處理器的原理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

4）總線結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

5）內(nèi)存系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

6）數(shù)據(jù)通信與電信領(lǐng)域通用物理層接口的原理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

7）電信與數(shù)據(jù)通信設(shè)備常用的WATCHDOG的原理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

8）電信與數(shù)據(jù)通信設(shè)備系統(tǒng)帶電插拔原理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

9）晶振與時(shí)鐘系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

10）PCI總線的原理圖設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

11）項(xiàng)目案例：中、低端路由器等
 

 

原理圖設(shè)計(jì)中要注意的問題：

原理圖設(shè)計(jì)中要有“拿來主義”，現(xiàn)在的芯片廠家一般都可以提供參考設(shè)計(jì)的原理圖，所以要盡量的借助這些資源，在充分理解參考設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，做一些自己的發(fā)揮。當(dāng)主要的芯片選定以后，最關(guān)鍵的外圍設(shè)計(jì)包括了電源，時(shí)鐘和芯片間的互連。

電源是保證硬件系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)中要詳細(xì)的分析：系統(tǒng)能夠提供的電源輸入；單板需要產(chǎn)生的電源輸出；各個(gè)電源需要提供的電流大??；電源電路效率；各個(gè)電源能夠允許的波動范圍；整個(gè)電源系統(tǒng)需要的上電順序等等。比如A項(xiàng)目中的網(wǎng)絡(luò)處理器需要1.25V作為核心電壓，要求精度在+5%--3%之間，電流需要12A左右，根據(jù)這些要求，設(shè)計(jì)中采用5V的電源輸入，利用Linear的開關(guān)電源控制器和IR的MOSFET搭建了合適的電源供應(yīng)電路，精度要求決定了輸出電容的ESR選擇，并且為防止電流過大造成的電壓跌落，加入了遠(yuǎn)端反饋的功能。

時(shí)鐘電路的實(shí)現(xiàn)要考慮到目標(biāo)電路的抖動等要求，A項(xiàng)目中用到了GE的PHY器件，剛開始的時(shí)候使用一個(gè)內(nèi)部帶鎖相環(huán)的零延時(shí)時(shí)鐘分配芯片提供100MHz時(shí)鐘，結(jié)果GE鏈路上出現(xiàn)了丟包，后來換成簡單的時(shí)鐘Buffer器件就解決了丟包問題，分析起來就是內(nèi)部的鎖相環(huán)引入了抖動。

芯片之間的互連要保證數(shù)據(jù)的無誤傳輸，在這方面，高速的差分信號線具有速率高，好布線，信號完整性好等特點(diǎn)，A項(xiàng)目中的多芯片間互連均采用了高速差分信號線，在調(diào)試和測試中沒有出現(xiàn)問題。

需要熟悉各種電平標(biāo)準(zhǔn)，保證電平匹配。

三．硬件PCB圖設(shè)計(jì)

目的：通過具體的項(xiàng)目案例，進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)全部經(jīng)驗(yàn)揭密，使你迅速成長為優(yōu)秀的硬件工程師

1）高速CPU板PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

2）普通PCB的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與精華

3）PowerPC、ARM、MIPS、單片機(jī)的PCB設(shè)計(jì)精華

4）Intel公司PC主板的PCB設(shè)計(jì)精華

5）PC主板、工控機(jī)主板、電信設(shè)備用主板的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)精華

6）國內(nèi)著名通信公司PCB設(shè)計(jì)規(guī)范與工作流程

7）PCB設(shè)計(jì)中生產(chǎn)、加工工藝的相關(guān)要求

8）高速PCB設(shè)計(jì)中的傳輸線問題

9）電信與數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域主流CPU（PowerPC系列）的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

10）電信與數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域通用物理層接口（百兆、千兆以太網(wǎng)，ATM等）的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

11）網(wǎng)絡(luò)處理器的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

12）PCB步線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)極其重要性

13）PCI步線的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

14）SDRAM、DDRSDRAM（125/133MHz）的PCB設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與精華

15）項(xiàng)目案例：中端路由器PCB設(shè)計(jì)

PCB設(shè)計(jì)中要注意的問題：

PCB設(shè)計(jì)中要做到目的明確，對于重要的信號線要非常嚴(yán)格的要求布線的長度和處理地環(huán)路，而對于低速和不重要的信號線就可以放在稍低的布線優(yōu)先級上。重要的部分包括：電源的分割；內(nèi)存的時(shí)鐘線，控制線和數(shù)據(jù)線的長度要求；高速差分線的布線等等。

項(xiàng)目中使用內(nèi)存芯片實(shí)現(xiàn)了1G大小的DDRmemory，針對這個(gè)部分的布線是非常關(guān)鍵的，要考慮到控制線和地址線的拓?fù)浞植?，?shù)據(jù)線和時(shí)鐘線的長度差別控制等方面，在實(shí)現(xiàn)的過程中，根據(jù)芯片的數(shù)據(jù)手冊和實(shí)際的工作頻率可以得出具體的布線規(guī)則要求，比如同一組內(nèi)的數(shù)據(jù)線長度相差不能超過多少個(gè)mil，每個(gè)通路之間的長度相差不能超過多少個(gè)mil等等。當(dāng)這些要求確定后就可以明確要求PCB設(shè)計(jì)人員來實(shí)現(xiàn)了，如果設(shè)計(jì)中所有的重要布線要求都明確了，可以轉(zhuǎn)換成整體的布線約束，利用CAD中的自動布線工具軟件來實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)，這也是在高速PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)發(fā)展趨勢。
 

 

四．硬件調(diào)試

目的：以具體的項(xiàng)目案例，傳授硬件調(diào)試、測試經(jīng)驗(yàn)與要點(diǎn)

1）硬件調(diào)試等同于黑箱調(diào)試，如何快速分析、解決問題？

2）大量調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的傳授；

3）如何加速硬件調(diào)試過程；

4）如何迅速解決硬件調(diào)試問題；

5）DATACOM終端設(shè)備的CE測試要求。

當(dāng)準(zhǔn)備調(diào)試一塊板的時(shí)候，一定要先認(rèn)真的做好目視檢查，檢查在焊接的過程中是否有可見的短路和管腳搭錫等故障，檢查是否有元器件型號放置錯(cuò)誤，第一腳放置錯(cuò)誤，漏裝配等問題，然后用萬用表測量各個(gè)電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這個(gè)好習(xí)慣可以避免貿(mào)然上電后損壞單板。調(diào)試的過程中要有平和的心態(tài)，遇見問題是非常正常的，要做的就是多做比較和分析，逐步的排除可能的原因，要堅(jiān)信“凡事都是有辦法解決的”和“問題出現(xiàn)一定有它的原因”，這樣最后一定能調(diào)試成功。

五．軟硬件聯(lián)合調(diào)試

1）如何判別是軟件的錯(cuò)？

2）如何與軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試？

3）大量的聯(lián)合調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的傳授。

現(xiàn)在從技術(shù)的角度來說，每個(gè)設(shè)計(jì)最終都可以做出來，但是一個(gè)項(xiàng)目的成功與否，不僅僅取決于技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)，還與完成的時(shí)間，產(chǎn)品的質(zhì)量，團(tuán)隊(duì)的配合密切相關(guān)，所以良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，透明坦誠的項(xiàng)目溝通，精細(xì)周密的研發(fā)安排，充裕的物料和人員安排，這樣才能保證一個(gè)項(xiàng)目的成功。