一個工程師的硬件之路（致初學者）

翠花

本人是一個在校研究生，本科就讀于吉林大學通信工程學院，碩士正就讀于中船重工709 研究所計算機應用專業。對硬件有著無限的熱情與愛好，對未來也有著無限的憧憬與向往。每一個人都在為自己的將來作著各種各樣的計劃，都在考慮我們未來的職業，既然我們已經選擇了硬件，那么我們就熱愛它吧，把我們的才能與熱情都奉獻出來，我們不僅僅能夠得到物質的補償（赫赫，現在還沒有得到什么物質補償，我想畢業后就會的），還會在精神上感到滿足與快樂（已經有所感受了，哈哈）。我是一個還沒有踏上社會的學生，沒有豐富的項目經驗和社會閱歷，所以凡想在此文中獲取高深的人生哲理與職業箴言，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們，我簡要的記錄了我的學習經歷和其間自己所獲的一些心得，以避免初學者走彎路或者是少走彎路。我深知對于一個初學者來說，身邊有一個手把手的老師那該是多么幸福的一件事情，他的一句不經意的話或許我們初學者都要花上幾天甚至是幾個月的時間去思考和驗證。但是我們身邊并非總是有一個這么樣的老師，我們就需要在網絡上去尋找答案了，前人的經驗是非常值得借鑒的，我們從他們寫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，以及網上流傳的其他一些文章。現在還記得學習單片機的時候找到的一片文章叫做《學習單片機的八個步驟》。這些文章總是像一個指路標，指引初學者向著正確的方向走去。此文純屬無稽之談，毫無含金量，若是能夠給初學者帶來哪怕是一點點地影響，能夠為你們提供一點點地幫助，那么我將感到無限的欣慰。

我總是想用最簡短的話語來表達我的思想，說出我最想對初學者說的話，但是往往力不能及。也深知大家時間的寶貴，不愿把時間浪費在毫無意義的事情上，所以我把我最想說的話用提綱的形式列在文章的前頭了，沒有時間的話，各位看官只需看看前頭就可以了。

優秀硬件工程師需要什么（來自網上文章以及自己的總結）：

1． 對硬件無限的熱情（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有用過）
3． C 語言
4． 單片機（匯編語言）
5． FPGA（包括verilog/vhdl、sopc）
6． ARM（包括嵌入式操作系統，建議先學UCOS，適合初學者）
7． DSP

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

硬件需求配置：

1． 學習單片機的話，仿真器是必不可少的，有沒有編程器倒是影響不大，建議自己買一塊即插即用的萬能板，自己搭建系統來試驗。這樣不用烙鐵焊接了，因為我們作為學習者，很容易焊錯器件或者是引腳。買開發板的話，就會對硬件的連接不會很了解，建議初學者自己搭建系統以及其他的外擴器件。這會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那是再理想不過了，那會幫助我們分析解決問題，特別是在做串口實驗、中斷、I2CEEPROM 讀寫的時候。

2． 學習FPGA，那么就不能像學習單片機一樣找來一片芯片就可以動手了。像51 類單片機的引腳不是很多，但是FPGA 就不一樣了，往往有幾十個甚至一百多的引腳，我用的altera 的ep1c20 有144 個引腳，全貼片工藝，所以這個時候我們就必須在市場上買一個開發板了。我用的是altera 公司的EP1C20cyclone 系列的開發板，是我們辦公室的人以前買的，現在正好我用。據說是5000 元，還是大學計劃時候買的。有條件用好的當然好，但是對于我們一般初學者用的話，只要帶有常用功能的開發板就可以了，市場上1000 元左右的還是有的。

3． ARM 學習的話，當然也離不開開發板的購買，上次給我二導提建議給我買一個，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，貨現在還沒有來。學習arm 的話，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 ，由之發展而來的有uclinux、armlinux 等；其次是ucos。本人建議先學習ucos，它代碼量少，容易學習。要是有altera 的nios 開發板的話，也可以學習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。開發板價格應該也不菲，我現在還沒有用過。各位同學看了后會發現學習這些東西不光是時間、精力的問題，還涉及到一個讓我們同學們很感冒的問題，那就是器件的購買，這些都需要錢，而且價格都不菲。大部分的我們是沒有這份閑錢的，同學們可以找幾個志同道合的同學一塊買，還可以一塊討論。要是學校實驗室有的話就在實驗室搞，要是導師有就找導師要，總之不要放過任何可能的機會，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，同學們千萬不要全信，僅給諸君一個初步的認識，如若錯誤還請一笑了之，純當小孩之言，無稽之談。

在啰嗦之前，我想介紹一下我辦公室的人員組成，因為這個對我有很大的影響。辦公室有四個人，一個是擁有十一年工作經驗且已擁有自己專利的高級工程師（我的導師要他帶我，我習慣叫他二導，這是我為什么在這個辦公室的原因），一個是擁有5 年經驗熱心助人的工程師，還有兩個分別是電源和視頻方面的專家或者元老級人物。耳濡目染，自己漸漸的對硬件發生了濃厚的興趣。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，我是憑著無限的熱情來做的。

熱情不是唯一的原因，還有另外一個原因就是試驗室給我提供了很好的學習環境。學習單片機的時候，試驗室有現成的winbond 51 單片機，有偉福仿真器，有advanced labtool 48uxp 萬能編程器，有一臺十二萬的示波器，自己買個萬能板，找本書就在上邊進行試驗了。從簡單的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、A/D轉換、溫度的測量等等，給我成就感的是每一個試驗經過資料的查找、程序的編寫以及調試、再到后來問題的解決，那份成就感與喜悅之心只有有過這種經歷的人才能夠體會。正是有這份熱情和愛好，常常在實驗室呆上十二三個小時，通常是晚飯在食堂吃了后直接到驗室，晚上九點半回寢室（辦公樓10 點關門）。雖說那時候沒有做過什么大項目，但是這每一個小小的實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

剛進實驗室的時候，我的二導就給了我一塊開發版，是altera 公司的nios ep1c20 cyclone 系列開發板，當時是以大學計劃買的，5000RMB。于是就開始了我的fpga 學習之路。以前學習過verilog，當時只是停留在純粹的理論階段，編幾個小小的程序，用quartus-ii 自帶的仿真軟件進行一下仿真就ok 了。用仿真軟件進行仿真，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問題就會接踵而來。和單片機機學習一樣，萬事開有難。我做的第一個實驗也是點亮led。自己編寫程序（幾行而已），編譯，引腳分配，仿真，然后就用jtag 下載線連接開發版板和pc 機，將sof 文件下載到芯片。現在想起來這是多么簡單的幾個步驟，但是對于當時的我來說，是花費了很多的時間和精力來查找資料和埋頭做實驗的。特別是引腳的分配，對著文檔只說需要這么做，然而為什么要這么做呢？當時沒有過多的想法，只想讓我看到實驗的結果，有了結果我就有了無限的成就感和對做實驗的熱情，所以當看到經過我的努力，在我的第一個fpga 實驗里led 按照我的意圖來動作的時候，那種喜悅之情與當初學習單片機時候實現led 閃爍的情形是多么的相似。這也是我做實驗的一個慣例和一個經驗，那就是邊做實驗邊看書，在實驗中發現問題，遇到不懂的問題或者原理在查找相關的文檔，我習慣動手，要是讓我坐在實驗室看上哪怕是1 天的純理論書籍，我的腦袋也會爆炸的，赫赫，因為沒有這么看過書，所以腦袋也一直沒有爆炸。以及后來學習ucos 嵌入式操作系統我也采用的這個方法，我把它叫做"階梯成就感"（在寫這篇文章的時候突然覺得這個詞語很符合這種情形，臨時想出來的）。抱著這種熱情，自己后來一點一點地深入的學習fpga，一些常規邏輯電路的設計，包括邏輯門電路、數據選擇器、編譯碼器、加減乘除運算器、移位器，到后來的稍微復雜的電路設計，包括FIFO、數字跑表、頻率計、狀態機、交通等的控制、卡式電話計費系統以及UART 等。


以上的試驗我都是采用的verilog 語言來實現的。當初接觸fpga 的時候向學習VHDL，那時同學們都用verilog，以便和他們討論問題的方便，后來就改學習verilog 了，一學不要緊，發現自己深深地愛上了verilog，因為對于我來說，他無疑更加適合我。這也是我的一個經驗，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題的話，那你還是遷就一下，大環境是這樣的，和你旁邊的人所用工具一樣，交流起來也會順暢方便。來實驗室后，因為我們實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。但是在前期的時候我還是選擇了偉福的軟件，因為我不想到時候我有問題不會的時候周邊沒有人幫助我。再后來，經過自己的摸索和向身邊的工程師們請教，偉福用的已經很熟悉了，匯編也有了自己的一套，這個時候我開始在偉福里邊嵌入keil，用c 語言來寫程序，但是調試的時候用偉福軟件還是有缺陷，比如說不能夠單步執行。所以再后來我下載了keil c51 軟件，從此以后我正式的在keil 的開發界面下寫程序了。當然仿真的時候也可以在keil 環境下用偉福仿真器，我想偉福在制造他的產品的時候就已經考慮到這點了，他的一些產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 寫程序后，就不想用匯編了。但是匯編是每一個硬件研發工程師們都必需的，匯編有c 不可企及之處，有時候還非用匯編不可。匯編的運行效率高，但是寫起來很是繁瑣，繁瑣規繁瑣，當在某些特定的時刻，匯編發揮了他不可替代的作用。比如在將usoc 移植到單片機的時候，與處理器相關的程序還真是必須用匯編來完成。


再后來，開始學習sopc。從最小系統硬件平臺的搭建，到簡單的led 閃爍程序的編寫，到sof 文件在芯片上跑起來，看著led 的亮與滅，心中一直充滿著無限的熱清。每一次接觸新知識都有一種發自內心的激動，每一次接觸的新東西我都是從最簡單的led 閃爍開始，從單片機到fpga 到sopc 再到ucos，只有每天的一個小小的進步才能讓我擁有對工作的熱情，只有這每天小小的看得見的"階梯成就感"，才能激發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環境里邊對我們的硬件系統進行軟件編程，在這里，完全用c 語言來完成我們所需要的功能。與前邊學習單片機、fpga 一樣，第一個實驗還是led 閃爍，然后慢慢的轉向一些比較復雜的功能設計上去，也無非是實現以前用verilog 實現過的一些功能。兩者的區別是：一種完全用verilog 語言來實現全部功能；一種需要先用sopc builder 搭建硬件系統，然后在nios ide 中進行軟件的編程。這兩種方法都能夠實現我們需要的功能，但是后者更方便快捷，因為在這種方法里，我們使用的是"拿來主義"，IP 核已經實現了我們的功能，要做的僅僅是去用它而已。


最近一段時間在學習ucos 嵌入式操作系統，主要是運用在FPGA 里面。nios 已經為我們移植好了，不需要修改任何文件。在nios 用戶界面里進行一些相應的設置，就可以用它了。altera 公司為我們提供的模板里邊有幾個很好的例子，任務管理、信號量、郵箱傳遞、事件標志、時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，必要的話對模板進行一些改寫來完成自己的功能，這是模仿的更高的一個境地了，把他的一些東西進行吸收轉化成為自己的東西，我想這是一個硬件愛好者和初學者非常樂于做的事情。


在進行fpga 學習的時候，我遇到過事情停滯不前，沒有進展，心情沮喪的時候。那個時候對底層硬件一無所知，連對基本的原理圖也看不懂，更別說程序在開發板上是怎么運行的了。再到后來進行nios 開發的時候，這種沮喪感與日俱增，每天一點進步也沒有，那是一個很漫長的日子，現在想起來，依然慶幸自己沒有絕望，沒有對自己熱愛的硬件失去信心。后來事件出現了轉機。有一次我和我辦公室的一個工程師聊天，談到了我的空惑，他建議我先學習單片機，自己搭建硬件平臺從最小系統做起。這個工程師熱心助人，學習方面的問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境當中學習，雖說我不在高校，但是研究所為我提供的學習環境與硬件設施我想不是每個高校學生能夠享受到的。我想說的是，遇到問題的時候，當我們感覺事情沒法進展下去的時候，我們不妨換一種方式，多與周邊的人聊聊天。在我的環境里，我的導師是一個擁有近30 年硬件開發經驗的資深研究員，才開始的時候我什么都不懂（赫赫，感覺現在依然什么都不懂，東西越學越多，總也學不完），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，和他交流的時候總是給我一些職業和人生方面的忠告，這些忠告將會伴隨著我的人生。


人生總是有很多坎坷，我們的學習也是的。在這個時候我們就要看看任正非寫給華為員工的一封信《要快樂的度過充滿困難的一生》，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候，我們就需要鼓足勇氣，滿腔熱情地去迎接它，遇到困難的時候多和別人交流，或者是去網上看看李嘉誠的寫給青年的《are you ready》，在那里我們可以學到謙虛、勇氣、智慧、毅力。


最后送給我們的初學者一句話。《圣經》中馬太福音里的一句話：凡有的，還要加給他叫他多余；沒有的，連他所有的也要奪過來。

翠花

轉載的，希望對正在學習硬件的工程師有用。

kring

呵，學習ing。。。

wyc20082009

多好呀

hanting8486

我也是在讀研究生，準備從事硬件方向發展，樓主說的真是精辟啊。

6665355

經驗之談

haip

很好，很精辟

王興梅

樓主很強！

gsywm

已閱！

srvee

很值得學習啊

樓主說得好啊！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學學，那才算是硬件工程師哦

bigxim

關鍵是動起來啊

xyzabc123333

感謝分享!!!

wcf68

都是電子界的精英啊

jarmusch

ding

kobeast

實踐是第一位的