一個(gè)工程師的硬件之路（致初學(xué)者）

翠花

本人是一個(gè)在校研究生，本科就讀于吉林大學(xué)通信工程學(xué)院，碩士正就讀于中船重工709 研究所計算機應用專(zhuān)業(yè)。對硬件有著(zhù)無(wú)限的熱情與愛(ài)好，對未來(lái)也有著(zhù)無(wú)限的憧憬與向往。每一個(gè)人都在為自己的將來(lái)作著(zhù)各種各樣的計劃，都在考慮我們未來(lái)的職業(yè)，既然我們已經(jīng)選擇了硬件，那么我們就熱愛(ài)它吧，把我們的才能與熱情都奉獻出來(lái)，我們不僅僅能夠得到物質(zhì)的補償（赫赫，現在還沒(méi)有得到什么物質(zhì)補償，我想畢業(yè)后就會(huì )的），還會(huì )在精神上感到滿(mǎn)足與快樂(lè )（已經(jīng)有所感受了，哈哈）。我是一個(gè)還沒(méi)有踏上社會(huì )的學(xué)生，沒(méi)有豐富的項目經(jīng)驗和社會(huì )閱歷，所以凡想在此文中獲取高深的人生哲理與職業(yè)箴言，那我懇請您趕緊不要看下去，如若不然，我恐怕受到您的譏笑；僅以此文獻給那些剛剛踏上硬件之路和還在徘徊的同學(xué)們，我簡(jiǎn)要的記錄了我的學(xué)習經(jīng)歷和其間自己所獲的一些心得，以避免初學(xué)者走彎路或者是少走彎路。我深知對于一個(gè)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，身邊有一個(gè)手把手的老師那該是多么幸福的一件事情，他的一句不經(jīng)意的話(huà)或許我們初學(xué)者都要花上幾天甚至是幾個(gè)月的時(shí)間去思考和驗證。但是我們身邊并非總是有一個(gè)這么樣的老師，我們就需要在網(wǎng)絡(luò )上去尋找答案了，前人的經(jīng)驗是非常值得借鑒的，我們從他們寫(xiě)得一些文章中可以悟出一些東西，為我所用，或者是從中吸取精神動(dòng)力等等。搞硬件的人一定要讀一讀任正非的文章，李嘉誠的文章，周立功的文章，以及網(wǎng)上流傳的其他一些文章�，F在還記得學(xué)習單片機的時(shí)候找到的一片文章叫做《學(xué)習單片機的八個(gè)步驟》。這些文章總是像一個(gè)指路標，指引初學(xué)者向著(zhù)正確的方向走去。此文純屬無(wú)稽之談，毫無(wú)含金量，若是能夠給初學(xué)者帶來(lái)哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)地影響，能夠為你們提供一點(diǎn)點(diǎn)地幫助，那么我將感到無(wú)限的欣慰。

我總是想用最簡(jiǎn)短的話(huà)語(yǔ)來(lái)表達我的思想，說(shuō)出我最想對初學(xué)者說(shuō)的話(huà)，但是往往力不能及。也深知大家時(shí)間的寶貴，不愿把時(shí)間浪費在毫無(wú)意義的事情上，所以我把我最想說(shuō)的話(huà)用提綱的形式列在文章的前頭了，沒(méi)有時(shí)間的話(huà)，各位看官只需看看前頭就可以了。

優(yōu)秀硬件工程師需要什么（來(lái)自網(wǎng)上文章以及自己的總結）：

1． 對硬件無(wú)限的熱情（第一位，本人認為）
2． 數字電路、模擬電路、protel 等（高頻等其他的知識我還沒(méi)有用過(guò)）
3． C 語(yǔ)言
4． 單片機（匯編語(yǔ)言）
5． FPGA（包括verilog/vhdl、sopc）
6． ARM（包括嵌入式操作系統，建議先學(xué)UCOS，適合初學(xué)者）
7． DSP

以上并非每一種都要精通，根據自己的實(shí)際，5、6、7 可以選擇其中的一到兩種，當然都會(huì )的話(huà)那更好。2-4 本人認為這是基礎，必須精通。

硬件需求配置：

1． 學(xué)習單片機的話(huà)，仿真器是必不可少的，有沒(méi)有編程器倒是影響不大，建議自己買(mǎi)一塊即插即用的萬(wàn)能板，自己搭建系統來(lái)試驗。這樣不用烙鐵焊接了，因為我們作為學(xué)習者，很容易焊錯器件或者是引腳。買(mǎi)開(kāi)發(fā)板的話(huà)，就會(huì )對硬件的連接不會(huì )很了解，建議初學(xué)者自己搭建系統以及其他的外擴器件。這會(huì )讓你對整體的硬件連接了如指掌。全在自己的掌控之中。還有有一臺示波器的話(huà)那是再理想不過(guò)了，那會(huì )幫助我們分析解決問(wèn)題，特別是在做串口實(shí)驗、中斷、I2CEEPROM 讀寫(xiě)的時(shí)候。

2． 學(xué)習FPGA，那么就不能像學(xué)習單片機一樣找來(lái)一片芯片就可以動(dòng)手了。像51 類(lèi)單片機的引腳不是很多，但是FPGA 就不一樣了，往往有幾十個(gè)甚至一百多的引腳，我用的altera 的ep1c20 有144 個(gè)引腳，全貼片工藝，所以這個(gè)時(shí)候我們就必須在市場(chǎng)上買(mǎi)一個(gè)開(kāi)發(fā)板了。我用的是altera 公司的EP1C20cyclone 系列的開(kāi)發(fā)板，是我們辦公室的人以前買(mǎi)的，現在正好我用。據說(shuō)是5000 元，還是大學(xué)計劃時(shí)候買(mǎi)的。有條件用好的當然好，但是對于我們一般初學(xué)者用的話(huà)，只要帶有常用功能的開(kāi)發(fā)板就可以了，市場(chǎng)上1000 元左右的還是有的。

3． ARM 學(xué)習的話(huà)，當然也離不開(kāi)開(kāi)發(fā)板的購買(mǎi)，上次給我二導提建議給我買(mǎi)一個(gè)，他很爽快的答應了，讓我挑選一塊，我選了周立功的smartarm2200，1980 元RMB，貨現在還沒(méi)有來(lái)。學(xué)習arm 的話(huà)，嵌入式操作系統是少不了的。操作系統有很多，用的最多的是linux ，由之發(fā)展而來(lái)的有uclinux、armlinux 等；其次是ucos。本人建議先學(xué)習ucos，它代碼量少，容易學(xué)習。要是有altera 的nios 開(kāi)發(fā)板的話(huà)，也可以學(xué)習ucos，altera 公司的nios ide 支持好幾種RTOS，其中就包括ucos，直接用就ok 了。

4． ＤＳＰ屬于比較高的層次，對人的要求比較高。開(kāi)發(fā)板價(jià)格應該也不菲，我現在還沒(méi)有用過(guò)。各位同學(xué)看了后會(huì )發(fā)現學(xué)習這些東西不光是時(shí)間、精力的問(wèn)題，還涉及到一個(gè)讓我們同學(xué)們很感冒的問(wèn)題，那就是器件的購買(mǎi)，這些都需要錢(qián)，而且價(jià)格都不菲。大部分的我們是沒(méi)有這份閑錢(qián)的，同學(xué)們可以找幾個(gè)志同道合的同學(xué)一塊買(mǎi)，還可以一塊討論。要是學(xué)校實(shí)驗室有的話(huà)就在實(shí)驗室搞，要是導師有就找導師要，總之不要放過(guò)任何可能的機會(huì )，同志們要深知我們的命運把握在我們自己手中，既然選擇了硬件這條路，就要認認真真地走下去，不光要走下去，還要想方設法走的很好。以上都是我的一家之言，同學(xué)們千萬(wàn)不要全信，僅給諸君一個(gè)初步的認識，如若錯誤還請一笑了之，純當小孩之言，無(wú)稽之談。

在啰嗦之前，我想介紹一下我辦公室的人員組成，因為這個(gè)對我有很大的影響。辦公室有四個(gè)人，一個(gè)是擁有十一年工作經(jīng)驗且已擁有自己專(zhuān)利的高級工程師（我的導師要他帶我，我習慣叫他二導，這是我為什么在這個(gè)辦公室的原因），一個(gè)是擁有5 年經(jīng)驗熱心助人的工程師，還有兩個(gè)分別是電源和視頻方面的專(zhuān)家或者元老級人物。耳濡目染，自己漸漸的對硬件發(fā)生了濃厚的興趣。從單片機，FPGA，SOPC 硬件的搭建以及軟件編程，以及現在正在努力研究的ＡＲＭ，我是憑著(zhù)無(wú)限的熱情來(lái)做的。

熱情不是唯一的原因，還有另外一個(gè)原因就是試驗室給我提供了很好的學(xué)習環(huán)境。學(xué)習單片機的時(shí)候，試驗室有現成的winbond 51 單片機，有偉福仿真器，有advanced labtool 48uxp 萬(wàn)能編程器，有一臺十二萬(wàn)的示波器，自己買(mǎi)個(gè)萬(wàn)能板，找本書(shū)就在上邊進(jìn)行試驗了。從簡(jiǎn)單的led 閃爍、數碼管顯示、pwm 到中斷、串口通信（單片機與單片機通信，單片機與pc 機通信）、I2Ceeprom 讀寫(xiě)、A/D轉換、溫度的測量等等，給我成就感的是每一個(gè)試驗經(jīng)過(guò)資料的查找、程序的編寫(xiě)以及調試、再到后來(lái)問(wèn)題的解決，那份成就感與喜悅之心只有有過(guò)這種經(jīng)歷的人才能夠體會(huì )。正是有這份熱情和愛(ài)好，常常在實(shí)驗室呆上十二三個(gè)小時(shí)，通常是晚飯在食堂吃了后直接到驗室，晚上九點(diǎn)半回寢室（辦公樓10 點(diǎn)關(guān)門(mén)）。雖說(shuō)那時(shí)候沒(méi)有做過(guò)什么大項目，但是這每一個(gè)小小的實(shí)驗也是人生知識的積累，有了這些知識的積累，我想也為以后作更大的項目打下了基礎。

翠花

剛進(jìn)實(shí)驗室的時(shí)候，我的二導就給了我一塊開(kāi)發(fā)版，是altera 公司的nios ep1c20 cyclone 系列開(kāi)發(fā)板，當時(shí)是以大學(xué)計劃買(mǎi)的，5000RMB。于是就開(kāi)始了我的fpga 學(xué)習之路。以前學(xué)習過(guò)verilog，當時(shí)只是停留在純粹的理論階段，編幾個(gè)小小的程序，用quartus-ii 自帶的仿真軟件進(jìn)行一下仿真就ok 了。用仿真軟件進(jìn)行仿真，往往能夠得出你所想要的結果，但是一旦下載到芯片里邊運行的話(huà)問(wèn)題就會(huì )接踵而來(lái)。和單片機機學(xué)習一樣，萬(wàn)事開(kāi)有難。我做的第一個(gè)實(shí)驗也是點(diǎn)亮led。自己編寫(xiě)程序（幾行而已），編譯，引腳分配，仿真，然后就用jtag 下載線(xiàn)連接開(kāi)發(fā)版板和pc 機，將sof 文件下載到芯片�，F在想起來(lái)這是多么簡(jiǎn)單的幾個(gè)步驟，但是對于當時(shí)的我來(lái)說(shuō)，是花費了很多的時(shí)間和精力來(lái)查找資料和埋頭做實(shí)驗的。特別是引腳的分配，對著(zhù)文檔只說(shuō)需要這么做，然而為什么要這么做呢？當時(shí)沒(méi)有過(guò)多的想法，只想讓我看到實(shí)驗的結果，有了結果我就有了無(wú)限的成就感和對做實(shí)驗的熱情，所以當看到經(jīng)過(guò)我的努力，在我的第一個(gè)fpga 實(shí)驗里led 按照我的意圖來(lái)動(dòng)作的時(shí)候，那種喜悅之情與當初學(xué)習單片機時(shí)候實(shí)現led 閃爍的情形是多么的相似。這也是我做實(shí)驗的一個(gè)慣例和一個(gè)經(jīng)驗，那就是邊做實(shí)驗邊看書(shū)，在實(shí)驗中發(fā)現問(wèn)題，遇到不懂的問(wèn)題或者原理在查找相關(guān)的文檔，我習慣動(dòng)手，要是讓我坐在實(shí)驗室看上哪怕是1 天的純理論書(shū)籍，我的腦袋也會(huì )爆炸的，赫赫，因為沒(méi)有這么看過(guò)書(shū)，所以腦袋也一直沒(méi)有爆炸。以及后來(lái)學(xué)習ucos 嵌入式操作系統我也采用的這個(gè)方法，我把它叫做"階梯成就感"（在寫(xiě)這篇文章的時(shí)候突然覺(jué)得這個(gè)詞語(yǔ)很符合這種情形，臨時(shí)想出來(lái)的）。抱著(zhù)這種熱情，自己后來(lái)一點(diǎn)一點(diǎn)地深入的學(xué)習fpga，一些常規邏輯電路的設計，包括邏輯門(mén)電路、數據選擇器、編譯碼器、加減乘除運算器、移位器，到后來(lái)的稍微復雜的電路設計，包括FIFO、數字跑表、頻率計、狀態(tài)機、交通等的控制、卡式電話(huà)計費系統以及UART 等。


以上的試驗我都是采用的verilog 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現的。當初接觸fpga 的時(shí)候向學(xué)習VHDL，那時(shí)同學(xué)們都用verilog，以便和他們討論問(wèn)題的方便，后來(lái)就改學(xué)習verilog 了，一學(xué)不要緊，發(fā)現自己深深地愛(ài)上了verilog，因為對于我來(lái)說(shuō)，他無(wú)疑更加適合我。這也是我的一個(gè)經(jīng)驗，那就是看看你旁邊的人用的是什么工具，他們用的工具往往不是你最喜歡的或者是不是當前最流行的和用的最廣泛的，但是你若要和他們交流討論問(wèn)題的話(huà)，那你還是遷就一下，大環(huán)境是這樣的，和你旁邊的人所用工具一樣，交流起來(lái)也會(huì )順暢方便。來(lái)實(shí)驗室后，因為我們實(shí)驗室的員工用的偉福的仿真器，所以軟件當然還是用偉福提供的。偉福的軟件不怎么好，只支持匯編，比起大名鼎鼎的keil c51 那是遜了一大截。但是在前期的時(shí)候我還是選擇了偉福的軟件，因為我不想到時(shí)候我有問(wèn)題不會(huì )的時(shí)候周邊沒(méi)有人幫助我。再后來(lái)，經(jīng)過(guò)自己的摸索和向身邊的工程師們請教，偉福用的已經(jīng)很熟悉了，匯編也有了自己的一套，這個(gè)時(shí)候我開(kāi)始在偉福里邊嵌入keil，用c 語(yǔ)言來(lái)寫(xiě)程序，但是調試的時(shí)候用偉福軟件還是有缺陷，比如說(shuō)不能夠單步執行。所以再后來(lái)我下載了keil c51 軟件，從此以后我正式的在keil 的開(kāi)發(fā)界面下寫(xiě)程序了。當然仿真的時(shí)候也可以在keil 環(huán)境下用偉福仿真器，我想偉福在制造他的產(chǎn)品的時(shí)候就已經(jīng)考慮到這點(diǎn)了，他的一些產(chǎn)品肯定要兼容主流軟件keil 的。用了keil C51 后就不想用偉福編譯軟件了，同樣的用了c 寫(xiě)程序后，就不想用匯編了。但是匯編是每一個(gè)硬件研發(fā)工程師們都必需的，匯編有c 不可企及之處，有時(shí)候還非用匯編不可。匯編的運行效率高，但是寫(xiě)起來(lái)很是繁瑣，繁瑣規繁瑣，當在某些特定的時(shí)刻，匯編發(fā)揮了他不可替代的作用。比如在將usoc 移植到單片機的時(shí)候，與處理器相關(guān)的程序還真是必須用匯編來(lái)完成。


再后來(lái)，開(kāi)始學(xué)習sopc。從最小系統硬件平臺的搭建，到簡(jiǎn)單的led 閃爍程序的編寫(xiě)，到sof 文件在芯片上跑起來(lái)，看著(zhù)led 的亮與滅，心中一直充滿(mǎn)著(zhù)無(wú)限的熱清。每一次接觸新知識都有一種發(fā)自?xún)刃牡募��?dòng)，每一次接觸的新東西我都是從最簡(jiǎn)單的led 閃爍開(kāi)始，從單片機到fpga 到sopc 再到ucos，只有每天的一個(gè)小小的進(jìn)步才能讓我擁有對工作的熱情，只有這每天小小的看得見(jiàn)的"階梯成就感"，才能激發(fā)自己對更多知識的追求。本人比較欣賞altera 公司推出的可編程片上系統（即sopc），她解放了我們搭建硬件系統的繁瑣，僅僅需要按照需求在系統里邊加上自己的IP 核和一些必須的外設。altera公司或者其他的第三方公司已經(jīng)為我們提供了性能和功能很完善的IP 核，我們所要做的只是將這些IP核加入到我們的系統里完成我們需要的功能。硬件系統完成后，需要在altera 公司為我們提供的nios IDE環(huán)境里邊對我們的硬件系統進(jìn)行軟件編程，在這里，完全用c 語(yǔ)言來(lái)完成我們所需要的功能。與前邊學(xué)習單片機、fpga 一樣，第一個(gè)實(shí)驗還是led 閃爍，然后慢慢的轉向一些比較復雜的功能設計上去，也無(wú)非是實(shí)現以前用verilog 實(shí)現過(guò)的一些功能。兩者的區別是：一種完全用verilog 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現全部功能；一種需要先用sopc builder 搭建硬件系統，然后在nios ide 中進(jìn)行軟件的編程。這兩種方法都能夠實(shí)現我們需要的功能，但是后者更方便快捷，因為在這種方法里，我們使用的是"拿來(lái)主義"，IP 核已經(jīng)實(shí)現了我們的功能，要做的僅僅是去用它而已。


最近一段時(shí)間在學(xué)習ucos 嵌入式操作系統，主要是運用在FPGA 里面。nios 已經(jīng)為我們移植好了，不需要修改任何文件。在nios 用戶(hù)界面里進(jìn)行一些相應的設置，就可以用它了。altera 公司為我們提供的模板里邊有幾個(gè)很好的例子，任務(wù)管理、信號量、郵箱傳遞、事件標志、時(shí)間管理等都為我們提供了很好的模板，我們需要作的是認真的閱讀它，研究它，必要的話(huà)對模板進(jìn)行一些改寫(xiě)來(lái)完成自己的功能，這是模仿的更高的一個(gè)境地了，把他的一些東西進(jìn)行吸收轉化成為自己的東西，我想這是一個(gè)硬件愛(ài)好者和初學(xué)者非常樂(lè )于做的事情。


在進(jìn)行fpga 學(xué)習的時(shí)候，我遇到過(guò)事情停滯不前，沒(méi)有進(jìn)展，心情沮喪的時(shí)候。那個(gè)時(shí)候對底層硬件一無(wú)所知，連對基本的原理圖也看不懂，更別說(shuō)程序在開(kāi)發(fā)板上是怎么運行的了。再到后來(lái)進(jìn)行nios 開(kāi)發(fā)的時(shí)候，這種沮喪感與日俱增，每天一點(diǎn)進(jìn)步也沒(méi)有，那是一個(gè)很漫長(cháng)的日子，現在想起來(lái)，依然慶幸自己沒(méi)有絕望，沒(méi)有對自己熱愛(ài)的硬件失去信心。后來(lái)事件出現了轉機。有一次我和我辦公室的一個(gè)工程師聊天，談到了我的空惑，他建議我先學(xué)習單片機，自己搭建硬件平臺從最小系統做起。這個(gè)工程師熱心助人，學(xué)習方面的問(wèn)題他總是很耐心的為我解答，讓我受益匪淺，我很慶幸能夠在這種環(huán)境當中學(xué)習，雖說(shuō)我不在高校，但是研究所為我提供的學(xué)習環(huán)境與硬件設施我想不是每個(gè)高校學(xué)生能夠享受到的。我想說(shuō)的是，遇到問(wèn)題的時(shí)候，當我們感覺(jué)事情沒(méi)法進(jìn)展下去的時(shí)候，我們不妨換一種方式，多與周邊的人聊聊天。在我的環(huán)境里，我的導師是一個(gè)擁有近30 年硬件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗的資深研究員，才開(kāi)始的時(shí)候我什么都不懂（赫赫，感覺(jué)現在依然什么都不懂，東西越學(xué)越多，總也學(xué)不完），但是我總喜歡跑到我導師的辦公室和他瞎聊。他和藹可親，容易接近，和他交流的時(shí)候總是給我一些職業(yè)和人生方面的忠告，這些忠告將會(huì )伴隨著(zhù)我的人生。


人生總是有很多坎坷，我們的學(xué)習也是的。在這個(gè)時(shí)候我們就要看看任正非寫(xiě)給華為員工的一封信《要快樂(lè )的度過(guò)充滿(mǎn)困難的一生》，在那里我們可以找到好好活下去的理由；當看中了某件事情的時(shí)候，我們就需要鼓足勇氣，滿(mǎn)腔熱情地去迎接它，遇到困難的時(shí)候多和別人交流，或者是去網(wǎng)上看看李嘉誠的寫(xiě)給青年的《are you ready》，在那里我們可以學(xué)到謙虛、勇氣、智慧、毅力。


最后送給我們的初學(xué)者一句話(huà)�！妒ソ�(jīng)》中馬太福音里的一句話(huà)：凡有的，還要加給他叫他多余；沒(méi)有的，連他所有的也要奪過(guò)來(lái)。

翠花

轉載的，希望對正在學(xué)習硬件的工程師有用。

kring

呵，學(xué)習ing。。。

wyc20082009

多好呀

hanting8486

我也是在讀研究生，準備從事硬件方向發(fā)展，樓主說(shuō)的真是精辟啊。

6665355

經(jīng)驗之談

haip

很好，很精辟

王興梅

樓主很強！

gsywm

已閱！

srvee

很值得學(xué)習啊

樓主說(shuō)得好��！能從工作中感受到成就感證明你對你的工作付出了努力和熱情！

conhey

說(shuō)的好不如做的好

wxr7891

好牛 今年剛考上 研究生 還差好多啊

lelee007

o(∩∩)o...哈哈，這就時(shí)硬件工程師么？！太基本了

信號完整性，電源完整性這方面多跟版主riverpeak學(xué)學(xué)，那才算是硬件工程師哦

bigxim

關(guān)鍵是動(dòng)起來(lái)啊

xyzabc123333

感謝分享!!!

wcf68

都是電子界的精英啊

jarmusch

ding

kobeast

實(shí)踐是第一位的