知识
基础知识
整体硬件设计
当启动一个硬件开发项目时，最初的驱动力会来自很多方面，比如市场需求、基于整个系统架构的需求、应用软件部门的功能实现需求、系统某些方面能力提升的需求等。 。 相关文章：。 作为一名硬件系统设计师，应该主动了解各方面的需求，并结合起来提出最合适的硬件解决方案。
例如，项目A的最初推动力来自于公司内部的一个高层软件团队。 在实践中，他们发现处理器板原有的IP转发能力无法满足要求，这会给系统的配置和使用带来很大的不便。 因此，他们提出了对新硬件的需求。 根据这一目标，硬件方案中专门选择了两个高性能网络处理器，然后与软件设计人员深入沟通，确定存储器大小、内部结构、外部接口和调试接口的数量和类型，等等和其他细节。 例如，软件人员喜欢将控制信令路径和数据路径完全分开，这样在确定内部数据方向时必须仔细考虑。
在项目开始时，需要召开大量的讨论会。 应尽可能邀请各相关部门参与。 有三个好处。 首先，能够充分了解每个人的需求，避免在系统设计时遗漏重要功能。 二是可以让各部门了解本项目的情况，提前做好时间、人员等方面的协作准备。 第三，从情感上来说，设计之初各个部门都参与其中，这个项目成为大家共同努力的成果。 ，会得到大家的关心和良好的配合，对工作的完成有很大的帮助。
掌握整体硬件设计所必需的硬件设计经验和设计思路：
硬件原理图设计技术
目的：通过具体的项目案例，将方案设计的全部经验进行详细落实，揭示设计的要点和本质。
原理图设计应注意的问题：
原理图设计要有“借用原则”。 现在芯片厂商一般都可以提供参考设计的原理图，所以我们应该尽量利用这些资源，在充分了解参考设计的基础上，利用一些自己的资源。 当主芯片选定后，最关键的外围设计包括电源、时钟以及芯片之间的互连。
电源是保证硬件系统正常运行的基础。 设计时需要详细分析：系统能够提供的功率输入； 单板需要产生的功率输出； 每个电源需要提供的电流大小； 电源电路的效率； 以及每个电源允许的波动。 范围; 例如，项目A中的网络处理器需要1.25V作为核心电压，要求精度在+5%到-3%之间，电流约为12A。 基于这些要求，设计中采用5V电源输入，采用Linear的开关电源。 控制器和 IR MOSFET 构建了合适的电源电路。 精度要求决定了输出电容的ESR选择。 为了防止电流过大引起的电压下降，增加了远程反馈功能。
时钟电路的实现必须考虑目标电路的抖动和其他要求。 在项目A中，使用了GE的PHY设备。 一开始，采用内部锁相环的零延迟时钟分配芯片来提供100MHz时钟。 导致系统出现GE链路丢包。 后来通过更换简单的时钟缓冲设备解决了丢包问题。 分析表明内部锁相环引入了抖动。
芯片之间的互连必须保证数据传输无差错。 对此，高速差分信号线具有速度高、布线方便、信号完整性好的特点。 项目A中多个芯片之间的互连均采用高速差分信号线，在调试和测试过程中没有出现任何问题。 您需要熟悉各种级别标准，以确保级别匹配。
硬件PCB设计
目的：通过具体的项目案例，揭示PCB设计的全部经验，让你快速成长为一名优秀的硬件工程师。
PCB设计需要注意的问题：
PCB设计的目的必须明确。 重要的信号线必须对布线长度和处理地环路有非常严格的要求，而低速和不重要的信号线可以放置在稍低的布线优先级上。 重要部分包括：电源部分； 内存时钟线、控制线和数据线的长度要求； 高速差分线的布线等
在该项目中，使用存储芯片来实现1G大小的DDR存储器。 该部分的接线非常关键。 必须考虑控制线和地址线的拓扑分布、数据线和时钟线的长度差异控制等。 在实现过程中，可以根据芯片的数据表和实际工作频率得出具体的布线规则要求。 例如，同一组中的数据线的长度相差不能超过数密耳，并且每个通道的长度相差不能超过数密耳。 当这些要求确定后，就可以明确要求PCB设计人员去实现。 如果设计中所有重要的布线要求都明确了，就可以将其转化为整体布线约束，并利用CAD中的自动布线工具软件来实现PCB设计。 这也是高速PCB设计的发展趋势。
硬件调试
目的：通过具体的项目案例传授硬件调试和测试经验及要点
硬件调试相当于黑盒调试。 如何快速分析、解决问题？
准备调试电路板时，首先必须仔细进行目视检查，检查焊接过程中是否有可见的短路和引脚焊接故障。 检查是否存在不正确的元件模型放置。 第一个引脚如果存在放置不正确或漏装等问题，则用万用表测量每个电源对地的电阻，检查是否存在短路。 这个好习惯可以避免仓促上电后损坏板子。 在调试过程中，一定要保持平和的心态。 遇到问题是很正常的。 你需要做的就是多做比较和分析，逐步排除可能的原因。 你要坚信“凡事都有解决的办法”，“出现问题就有一定的问题”。 这是有原因的”，这样最终调试才会成功。
软硬件联调
能力
快速学习能力
一方面，通信技术、标准、芯片更新太快，你没有时间系统地了解它们，只能通过具体的项目和需求来了解； 另一方面，对于企业来说，需要做的硬件产品也变化很快，客户需要T1、E1、PDH、SDH、以太网、VoIP、交换机、路由器，没有人什么都懂，他们都需要能够结合客户需求，对芯片方案的选择进行详细的了解，尤其是对接口协议和电气特性。
了解通信协议和标准
通信设备，顾名思义，是用来实现多种通信协议（如T1、E1、V.35、PDH、SDH/SONET、ATM、USB、VoIP、WiFi、以太网、TCP/IP、RS232等）其他常用协议）来实现通信设备，各种电路、PCB板、电源都是针对通信协议的。
通信协议一般由芯片实现，要么是成熟的ASIC，要么是自研的FPGA/CPLD。 芯片工程师或FPGA工程师比硬件工程师更接近通信协议。 他们需要对通信协议有透彻的理解并实现各种逻辑。 板上的状态机及协议规定的电参数标准。 根据OSI七层模型，硬件工程师尤其需要关注第一层物理层和第二层数据链路层的协议标准。 以以太网为例，物理层由PHY/收发器芯片完成，数据链路层由MAC/交换芯片完成。 对于从事以太网相关开发的硬件工程师来说，需要对PHY和Switch芯片有透彻的了解，从编码方式、电参数、眼图标准、模板、信号频率到帧格式、转发处理逻辑、VLAN等。 。 对于传统的 PDH/SDH/SONET 设备尤其如此。 PDH/SDH/SONET更多的是硬件设备，这意味着主要协议都是通过ASIC来实现的。 软件的功能主要有管理、配置、监控、报警、性能等。 对于硬件工程师来说，必须熟悉所使用的相关协议和接口标准，尤其是电气规范和眼图模板，这样在设计验证时才能充满信心。
撰写文档的能力
就像软件设计一样，好的软件设计需要好的设计文档，明确的需求，要实现什么功能，要满足什么验收标准。 相关文章推荐：随着芯片集成度的提高、接口速度的提高、板卡复杂度的提高，硬件设计越来越复杂，对热稳定性、可靠性、电磁兼容、环保等方面的要求无法满足不再通过小米和步枪的游击战来解决。
每个硬件项目都是一场战争，需要仔细的规划和分析，这需要仔细的文档记录。
对于硬件工程师来说，最重要的文件有两份：一是硬件设计说明书（HDS：硬件设计规范）和硬件测试报告（一般称为EVT：工程验证和测试报告或DVT：设计验证和测试报告），用于HDS要求详细明确，主要芯片选型/硬件初始化、CPU选型与初始化、接口芯片选型/初始化/管理、芯片间连接关系框图（Block Chart）、DRAM类型/尺寸/速度、FLASH类型/尺寸/速度、芯片选择、中断、GPIO定义、复位逻辑和拓扑图、时钟/晶振选择/拓扑、RTC的使用、存储器映射（Memory map）关系、I2C设备选择/拓扑、接口设备/线序定义、LED尺寸/颜色/驱动器、散热器、风扇、JTAG、电源拓扑/时序/电路等
对于DVT来说，要求很简单也很复杂：板上有什么接口、芯片、主要元件、电路，要测试什么，特别是板子正常工作时的功率/电压/纹波/时序，眼图/业务接口掩码、内部数据总线（如MII、RGMII、XAUI、PCIe、PCM总线、电信总线、SERDES、UART等）的信号完整性和时序、CPU子系统（如时钟、复位、SDRAM/DDR） ，FLASH接口）。
一个好的硬件工程师无论是制作文档还是报告，这个硬件系统需要使用什么方案、电路，最终验证测试的结果是什么，一目了然。 内容详细，不遗漏各种接口/电路； 简单明了，不废话； 它有丰富的图片和文字。 当需要时，时序图和示波器捕获可以很好地解释问题。
使用仪器/软件的能力
仪器包括烙铁、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； 软件包括Office（Outlook、Word、Excel、PowerPoint、Project、Visio）、PDF、常用原理图软件Pads或OrCAD、常用PCB软件Pads或Allegro、Allegro Viewer、电路仿真软件PSPICE、信号仿真软件HyperLynx等。
仪器和软件都是政治经济中的生产工具，促进生产力的提高。 作为一名硬件工程师，这些仪器和软件在你手中就像木头一样。 藏炮，硬件工程师的能力很大一部分体现在仪器和软件的使用上，尤其是原理图软件和示波器的使用，这一点非常重要。 原理图软件的运用是硬件设计的具体实现，通过一个个器件的放置和各个NET的连接构成了一个非常复杂的硬件逻辑软件，是整个硬件设计的核心工作。 原理图上的任何一个错误和差错造成的损失都是巨大的，真是“如履薄冰”，胆战心惊。”
另外，原理图软件的使用还体现在原理图的美观上。 好的设计是简单明了，注释也清晰。 无论是谁在追随这个想法，他们都可以很快弄清楚设计意图以及需要特别注意的地方。 不好 设计有一个装置在东，一个装置在西。 没有逻辑，命名怪异难懂，以后维护起来也相当麻烦。 相关文章：。
在所有测试仪器中，示波器对于硬件工程师来说是最重要的。 原理图和PCB都是设计工作，但任何设计都需要仔细的验证和测试，尤其是信号方面，需要大量的示波器工作。 正确使用示波器远非正确验证。 接地是否连接正确，测试点的选择、触发器的选择、延时的选择、幅度和时间的选择都决定了测试结果。 如果示波器使用不当，必然会导致测试结果错误，这种情况下，原本错误的设计可能会被误认为是正确的，带来巨大的隐患； 原本正确的设计可能会被误认为是错误的，带来大量时间和精力的浪费。
电路设计能力
随着芯片集成度的提高，硬件设计似乎变得更加简单。 首先是逻辑连接，其次要考虑信号完整性、电源滤波和去耦所需的串联电阻选择和并联电容选择。 然而，对于优秀的硬件工程师来说，简单的逻辑连接（这个芯片同一总线的输出连接到另一个芯片的输入等）只是硬件设计最基本的技能。 电路是芯片功能、通信协议和各种软件的载体，对电路没有深入的了解，对硬件设计根本没有深入的了解，尤其是对电气性能的了解参数后面列出了芯片或分立器件的各种参数。 如果随机连接它们，可能会卡在 3.3V 总线上。 可以工作，但是现在工作电压已经降到1V了。 这是什么概念？ 信号线上的噪声已经足够大，足以导致采样误判。 随着信号速率的提高和工作电压的降低，数字信号变得越来越复杂。 越来越模拟化，这就需要深入了解PCB阻抗、容抗、感抗、分立器件（电阻、电容、电感、二极管、三极管、MOSFET、变压器等）、ASIC接口电气参数。 这都需要深入研究电路原理、模拟电路甚至电磁场理论。 电路可以说是电磁场理论的一个子集。 如果不了解电磁场理论，就无法了解电容、电感、串扰和电磁辐射。
尤其是在电源电路的设计上，现在芯片电压多样化，电压越来越低，电流越来越高。 运营商对通信设备的功耗和散热提出了严格的要求，这对电源设计提出了越来越大的挑战。 可以说，对于一个硬件设计来说，40%的工作在于原理图/PCB设计和电源电路的后测验证。 电源电路设计是硬件工程师电路能力的集中体现。 各种无源器件、半导体器件、保护器件以及典型的DC/DC转换拓扑都有很多参数，需要考虑和计算公式。 相关文章：
沟通能力和全局控制能力
在硬件项目中，硬件工程师一般担任Team Leader的角色。 要全面负责这个硬件项目，需要协调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、采购工程师进行沟通。密切配合，确保各个环节按期进行。 需要对整个项目计划、各个子任务的发布时间、对可能出现的技术难点和风险的预估和控制有清晰的认识。