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

　　1、掌握成為合格的硬件工程師的最基本知識

　　1） 基本設計規(guī)范

　　2） CPU基本知識、架構、性能及選型指導

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

　　4） 網(wǎng)絡處理器（INTEL、MOTOROLA、IBM）的基本知識、架構、性能及選型

　　5） 常用總線的基本知識、性能詳解

　　6） 各種存儲器的詳細性能介紹、設計要點及選型

　　7） Datacom、Telecom領域常用物理層接口芯片基本知識，性能、設計要點及選型

　　8） 常用器件選型要點與精華

　　9） FPGA、CPLD、EPLD的詳細性能介紹、設計要點及選型指導

　　10） VHDL和Verilog HDL介紹

　　11） 網(wǎng)絡基礎

　　12） 國內(nèi)大型通信設備公司硬件研究開發(fā)流程

　　2、最流行的EDA工具指導

　　熟練掌握并使用業(yè)界最新、最流行的專業(yè)設計工具

　　1） Innoveda公司的ViewDraw，PowerPCB，Cam350

　　2） CADENCE公司的OrCad， Allegro，Spectra

　　3） Altera公司的MAX+PLUS II

　　4） 學習熟練使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX+PLUS II、ISE、FOUNDATION等工具；

　　5） XILINX公司的FOUNDATION、ISE。

　　一、硬件總體設計

　　啟動一個硬件開發(fā)項目，原始的推動力會來自于很多方面，比如市場的需要，基于整個系統(tǒng)架構的需要，應用軟件部門的功能實現(xiàn)需要，提高系統(tǒng)某方面能力的需要等等，所以作為一個硬件系統(tǒng)的設計者，要主動的去了解各個方面的需求，并且綜合起來，提出最合適的硬件解決方案。

　　比如A項目的原始推動力來自于公司內(nèi)部的一個高層軟件小組，他們在實際當中發(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)這個目標，硬件方案中就針對性的選用了兩個高性能網(wǎng)絡處理器，然后還需要深入的和軟件設計者交流，以確定內(nèi)存大小，內(nèi)部結(jié)構，對外接口和調(diào)試接口的數(shù)量及類型等等細節(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)走向的時候要慎重考慮。

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

　　掌握硬件總體設計所必須具備的硬件設計經(jīng)驗與設計思路

　　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，CPU選型，總線類型

　　5） 數(shù)據(jù)通信與電信領域主流CPU：M68k系列，

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

　　6） 總體硬件結(jié)構設計及應注意的問題

　　7） 通信接口類型選擇

　　8） 任務分解

　　9） 最小系統(tǒng)設計

　　10） PCI總線知識與規(guī)范

　　11） 如何在總體設計階段避免出現(xiàn)致命性錯誤

　　12） 如何合理地進行任務分解以達到事半功倍的效果？

　　13） 項目案例：中、低端路由器等

　　二． 硬件原理圖設計技術

　　目的：通過具體的項目案例，詳細進行原理圖設計全部經(jīng)驗，設計要點與精髓揭密。

　　1） 電信與數(shù)據(jù)通信領域主流CPU（M68k，PowerPC860，8240，8260等）的原理設計經(jīng)驗與精華

　　2） Intel公司PC主板的原理圖設計精髓

　　3） 網(wǎng)絡處理器的原理設計經(jīng)驗與精華

　　4） 總線結(jié)構原理設計經(jīng)驗與精華

　　5） 內(nèi)存系統(tǒng)原理設計經(jīng)驗與精華

　　6） 數(shù)據(jù)通信與電信領域通用物理層接口的原理設計經(jīng)驗與精華

　　7） 電信與數(shù)據(jù)通信設備常用的WATCHDOG的原理設計經(jīng)驗與精華

　　8） 電信與數(shù)據(jù)通信設備系統(tǒng)帶電插拔原理設計經(jīng)驗與精華

　　9） 晶振與時鐘系統(tǒng)原理設計經(jīng)驗與精華

　　10） PCI總線的原理圖設計經(jīng)驗與精華

　　11） 項目案例：中、低端路由器等

　　原理圖設計中要注意的問題：

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

　　電源是保證硬件系統(tǒng)正常工作的基礎，設計中要詳細的分析：系統(tǒng)能夠提供的電源輸入；單板需要產(chǎn)生的電源輸出；各個電源需要提供的電流大小；電源電路效率；各個電源能夠允許的波動范圍；整個電源系統(tǒng)需要的上電順序等等。比如A項目中的網(wǎng)絡處理器需要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，設計中采用5V的電源輸入，利用Linear的開關電源控制器和IR的MOSFET搭建了合適的電源供應電路，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，加入了遠端反饋的功能。

　　時鐘電路的實現(xiàn)要考慮到目標電路的抖動等要求，A項目中用到了GE的PHY器件，剛開始的時候使用一個內(nèi)部帶鎖相環(huán)的零延時時鐘分配芯片提供100MHz 時鐘，結(jié)果GE鏈路上出現(xiàn)了丟包，后來換成簡單的時鐘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，A項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。

　　三．硬件PCB圖設計

　　目的：通過具體的項目案例，進行PCB設計全部經(jīng)驗揭密，使你迅速成長為優(yōu)秀的硬件工程師

　　1） 高速CPU板PCB設計經(jīng)驗與精華

　　2） 普通PCB的設計要點與精華

　　3） MOTOROLA公司的PowerPC系列的PCB設計精華

　　4） Intel公司PC主板的PCB設計精華

　　5） PC主板、工控機主板、電信設備用主板的PCB設計經(jīng)驗精華

　　6） 國內(nèi)著名通信公司PCB設計規(guī)范與工作流程

　　7） PCB設計中生產(chǎn)、加工工藝的相關要求

　　8） 高速PCB設計中的傳輸線問題

　　9） 電信與數(shù)據(jù)通信領域主流CPU（PowerPC系列）的PCB設計經(jīng)驗與精華

　　10） 電信與數(shù)據(jù)通信領域通用物理層接口（百兆、千兆以太網(wǎng)，ATM等）的PCB設計經(jīng)驗與精華

　　11） 網(wǎng)絡處理器的PCB設計經(jīng)驗與精華

　　12） PCB步線的拓撲結(jié)構極其重要性

　　13） PCI步線的PCB設計經(jīng)驗與精華

　　14） SDRAM、DDR SDRAM（125/133MHz）的PCB設計經(jīng)驗與精華

　　15） 項目案例：中端路由器PCB設計

　　PCB設計中要注意的問題：

　　PCB設計中要做到目的明確，對于重要的信號線要非常嚴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。

　　A項目中使用內(nèi)存芯片實現(xiàn)了1G大小的DDR memory，針對這個部分的布線是非常關鍵的，要考慮到控制線和地址線的拓撲分布，數(shù)據(jù)線和時鐘線的長度差別控制等方面，在實現(xiàn)的過程中，根據(jù)芯片的數(shù)據(jù)手冊和實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mil，每個通路之間的長度相差不能超過多少個mil等等。當這些要求確定后就可以明確要求PCB設計人員來實現(xiàn)了，如果設計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現(xiàn)PCB設計，這也是在高速PCB設計中的一個發(fā)展趨勢。

　　四．硬件調(diào)試

　　目的：以具體的項目案例，傳授硬件調(diào)試、測試經(jīng)驗與要點

　　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終端設備的CE測試要求。

　　當準備調(diào)試一塊板的時候，一定要先認真的做好目視檢查，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誤，第一腳放置錯誤，漏裝配等問題，然后用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這個好習慣可以避免貿(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？

　　2） 如何與軟件進行聯(lián)合調(diào)試？

　　3） 大量的聯(lián)合調(diào)試經(jīng)驗的傳授。

　　總結(jié)：

　　現(xiàn)在從技術的角度來說，每個設計最終都可以做出來，但是一個項目的成功與否，不僅僅取決于技術上的實現(xiàn)，還與完成的時間，產(chǎn)品的質(zhì)量，團隊的配合密切相關，所以良好的團隊協(xié)作，透明坦誠的項目溝通，精細周密的研發(fā)安排，充裕的物料和人員安排，這樣才能保證一個項目的成功。

　　一個好的硬件工程師實際上就是一個項目經(jīng)理，他/她需要從外界交流獲取對自己設計的需求，然后匯總，分析成具體的硬件實現(xiàn)。還要跟眾多的芯片和方案供應商聯(lián)系，從中挑選出合適的方案，當原理圖完成后，他/她要組織同事來進行配合評審和檢查，還要和CAD工程師一起工作來完成PCB的設計。與此同時，還要準備好BOM清單，開始采購和準備物料，聯(lián)系加工廠家完成板的貼裝。在調(diào)試的過程中他/她要組織好軟件工程師來一起攻關調(diào)試，配合測試工程師一起解決測試中發(fā)現(xiàn)的問題，等到產(chǎn)品推出到現(xiàn)場，如果出現(xiàn)問題，還需要做到及時的支持。所以做一個硬件設計人員要鍛煉出良好的溝通能力，面對壓力的調(diào)節(jié)能力，同一時間處理多個事務的協(xié)調(diào)和決斷能力和良好平和的心態(tài)等等。

　　還有細心和認真，因為硬件設計上的一個小疏忽往往就會造成非常大的經(jīng)濟損失，比如以前碰到一塊板在PCB設計完備出制造文件的時候誤操作造成了電源層和地層連在了一起，PCB板制造完畢后又沒有檢查直接上生產(chǎn)線貼裝，到測試的時候才發(fā)現(xiàn)短路問題，但是元器件已經(jīng)都焊接到板上了，結(jié)果造成了幾十萬的損失。所以細心和認真的檢查，負責任的測試，不懈的學習和積累，才能使得一個硬件設計人員持續(xù)不斷的進步，而后術業(yè)有所小成。