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從事電子工程相關(guān)專業(yè)的人可能知道，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的空間無比廣大，但嵌入式開發(fā)的復(fù)雜性也是剛?cè)腴T的工程師以及在校學(xué)生所難以完全理解的。如何成為一名嵌入式系統(tǒng)硬件工程師？應(yīng)該從哪些方面深入學(xué)習(xí)和研究？本文將為大家分享一位資深硬件工程師的成長經(jīng)歷。

 

 

一、嵌入式系統(tǒng)的概念

主要從三個方面上來理解。

1、從硬件上，將基于CPU的處圍器件，整合到CPU芯片內(nèi)部，比如早期基于X86體系結(jié)構(gòu)下的計算機，CPU只是有運算器和累加器的功能，一切芯片要造外部橋路來擴展實現(xiàn)，象串口之類的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片實現(xiàn)，而目前的這種串口控制器芯片早已集成到CPU內(nèi)部，還有PC機有顯卡，而多數(shù)嵌入式處理器都帶有LCD控制器，但其種意義上就相當(dāng)于顯卡。

2、從軟件上前，就是在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核里將應(yīng)用一并選入，編譯后將內(nèi)核下載到ROM中。而在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核時所選擇的應(yīng)用程序組件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內(nèi)核定制時，會有相應(yīng)選擇，其中就是Wordpad,PDF,MediaPlay等等選擇，如果我們選擇了，在CE啟動后，就可以在界面中找到這些東西，如果是以前PC上將的windows操作系統(tǒng)，多半的東西都需要我們得新再裝。

3、把軟件內(nèi)核或應(yīng)用文件系統(tǒng)等東西燒到嵌入式系統(tǒng)硬件平臺中的ROM中就實現(xiàn)了一個真正的“嵌入”。

二、嵌入式系統(tǒng)的分層與專業(yè)的分類

硬件層，是整個嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語言來編程的話，從嵌入式系統(tǒng)的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅(qū)動層的基礎(chǔ)，一個優(yōu)秀的驅(qū)動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設(shè)計的，同時還要對操作系統(tǒng)內(nèi)核及其調(diào)度性相當(dāng)?shù)氖煜さ摹５布脚_是基礎(chǔ)，增值還要靠軟件。硬件層比較適合于，電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類專業(yè)的人來搞，需要掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識有，單片機原理及接口技術(shù)、微機原理及接口技術(shù)、C語言。

驅(qū)動層，這部分比較難，驅(qū)動工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統(tǒng)內(nèi)核十分的精通，以便其所寫的驅(qū)動程序在系統(tǒng)調(diào)用時，不會獨占操作系統(tǒng)時間片，而導(dǎo)至其它任務(wù)不能動行，不懂操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)和實時調(diào)度性，沒有良好的驅(qū)動編寫風(fēng)格，按大多數(shù)書上所說添加的驅(qū)動的方式，很多人都能做到，但可能連個初級的驅(qū)動工程師的水平都達(dá)不到，這樣所寫的驅(qū)動在應(yīng)用調(diào)用時就如同windows下我們打開一個程序運行后，再打開一個程序時，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會才能運行后來打開的程序。想做個好的驅(qū)動人員沒有三、四年功底，操作系統(tǒng)內(nèi)核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統(tǒng)四層中可是最高的。

操作系統(tǒng)層，對于操作系統(tǒng)層目前可能只能說是簡單的移植，而很少有人來自已寫操作系統(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來，這部分工作大都由驅(qū)動工程師來完成。操作系統(tǒng)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統(tǒng)的實時性十分重要。據(jù)說，XP操作系統(tǒng)是微軟投入300人用兩年時間才搞定的，總時工時是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統(tǒng)估計也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對來講沒有太大意義。

應(yīng)用層，相對來講較為容易的，如果會在windows下如何進行編程接口函數(shù)調(diào)用，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開發(fā)環(huán)境有相應(yīng)的變化而已。如果涉及Jave方面的編程也是如此的。嵌入式系統(tǒng)中涉及算法的由專業(yè)算法的人來處理的，不必歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)范疇內(nèi)。但如果涉及嵌入式系統(tǒng)下面嵌入式數(shù)據(jù)庫、基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編程和基于某此應(yīng)用層面的協(xié)議應(yīng)用開發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復(fù)雜，并且有難度了.

三、成為高級嵌入式系統(tǒng)硬件工程師要具備的技能

對于硬件來講有幾個方向，就單純信號來分為數(shù)字和模擬，模擬比較難搞，一般需要很長的經(jīng)驗積累，單單一個阻值或容值的精度不夠就可能使信號偏差很大。因此年輕人搞的較少，隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了模擬電路數(shù)字化，比如手機的Modem射頻模塊，都采用成熟的套片，而當(dāng)年國際上只有兩家公司有此技術(shù)，自我感覺模擬功能不太強的人，不太適合搞這個，如果真能搞定到手機的射頻模塊，只要達(dá)到一般程度可能月薪都在15K以上。

另一類就是數(shù)字部分了，在大方向上又可分為51/ARM的單片機類，DSP類，F(xiàn)PGA類，國內(nèi)FPGA的工程師大多是在IC設(shè)計公司從事IP核的前端驗證，這部分不搞到門級，前途不太明朗，即使做個IC前端驗證工程師，也要搞上幾年才能勝任。DSP硬件接口比較定型，如果不向驅(qū)動或是算法上靠攏，前途也不會太大。

而ARM單片機類的內(nèi)容就較多，業(yè)界產(chǎn)品占用量大，應(yīng)用人群廣，因此就業(yè)空間極大，而硬件設(shè)計最體現(xiàn)水平和水準(zhǔn)的就是接口設(shè)計這塊，這是各個高級硬件工程師相互PK，判定水平高低的依據(jù)。而接口設(shè)計這塊最關(guān)鍵的是看時序，而不是簡單的連接，比如PXA255處理器I2C要求速度在100Kbps，如果把一個I2C外圍器件，最高還達(dá)不到100kbps的與它相接，必然要導(dǎo)致設(shè)計的失敗。

這樣的情況有很多，比如51單片機可以在總線接LCD，但為什么這種LCD就不能掛在ARM的總線上，還有ARM7總線上可以外接個Winband的SD卡控制器，但為什么這種控制器接不到ARM9或是Xscale處理器上，這些都是問題。因此接口并不是一種簡單的連接，要看時序，要看參數(shù)。

一個優(yōu)秀的硬件工程師應(yīng)該能夠在沒有參考方案的前提下設(shè)計出一個在成本和性能上更加優(yōu)秀的產(chǎn)品，靠現(xiàn)有的方案，也要進行適當(dāng)?shù)目尚行圆眉簦皇呛鷣y的來，我遇到一個工程師把方案中的5V變1.8V的DC芯片，直接更換成LDO，有時就會把CPU燒上幾個。前幾天還有人希望我?guī)兔Π阉麄円郧盎赑XA255平臺的手持GPS設(shè)備做下程序優(yōu)化，我問了一下情況，地圖是存在SD卡中的，而SD卡與PXA255的MMC控制器間采用的SPI接口，因此導(dǎo)致地圖讀取速度十分的慢，這種情況是設(shè)計中嚴(yán)重的缺陷，而不是程序的問題，因此我提了幾條建議，讓他們更新試下再說。

因此想成為一個優(yōu)秀的工程師，需要對系統(tǒng)整體性的把握和對已有電路的理解，換句話說，給你一套電路圖你終究能看明白多少，看不明白80%以上的話，說明你離優(yōu)秀的工程師還差得遠(yuǎn)哪。其次是電路的調(diào)試能力和審圖能力，但最最基本的能力還是原理圖設(shè)計PCB繪制，邏輯設(shè)計這塊。這是指的硬件設(shè)計工程師，從上面的硬件設(shè)計工程師中還可以分出ECAD工程師，就是專業(yè)的畫PCB板的工程師，和EMC設(shè)計工程師，幫人家解決EMC的問題。

四、高級硬件工程師需要具備的其他能力

硬件工程師再往上就是板級測試工程師，就是C語功底很好的硬件工程師，在電路板調(diào)試過程中能通過自已編寫的測試程序?qū)τ布δ苓M行驗證。然后再交給基于操作系統(tǒng)級的驅(qū)動開發(fā)人員。

總之，硬件的內(nèi)容很多很雜，硬件那方面練成了都會成為一個高手，我時常會給人家做下方案評估，很多高級硬件工程師設(shè)計的東西，經(jīng)常被我一句話否定，因此工程師做到我這種地步，也會得罪些人，但硬件的確會有很多不為人知的東西，讓很多高級硬件工程師也摸不到頭腦。

那么高級硬件件工程師技術(shù)技能都要具備那些東西哪，首先要掌握EDA設(shè)計的輔助工具類如Protel\ORCAD\PowperPCB\Maplux2\ISE、VDHL語言，要能用到這些工具畫圖畫板做邏輯設(shè)計，再有就是接口設(shè)計審圖能力，再者就是調(diào)試能力，如果能走到總體方案設(shè)計這塊，那就基本上快成為資深工程師了。

高級硬件工程師不僅要有設(shè)計能力還有具有相當(dāng)深厚的基本功，就是EDA工具類的使用，EDA工程師包括原理圖和PCB工具，邏輯設(shè)計工具和VHDL。

硬件是要靠經(jīng)驗，也要靠積累的，十年磨一劍，百年磨一針。