如何成為一個優(yōu)秀的硬件工程師？

時間：2021-09-13 13:59:15

關鍵字：硬件工程師

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[導讀]完成一個大的硬件工程，需要考慮的事情很多。所以，這對工程師的要求就高了些。且看下面是一個很牛叉的硬件工程師做

完成一個大的硬件工程，需要考慮的事情很多。所以，這對工程師的要求就高了些。且看下面是一個很牛叉的硬件工程師做的分享，希望能幫助到各位。

一、成本

現(xiàn)象一

程序只要穩(wěn)定就可以了，代碼長一點，效率低一點不是關鍵。

點評：CPU的速度和存儲器的空間都是用錢買來的，如果寫代碼時多花幾天時間提高一下程序效率，那么從降低CPU主頻和減少存儲器容量所節(jié)約的成本絕對是劃算的。CPLD/FPGA設計也類似。

現(xiàn)象二

面板上的指示燈選什么顏色呢?我覺得藍色比較特別，就選它吧！

點評：其它紅綠黃橙等顏色的不管大小(5MM以下)封裝如何，都已成熟了幾十年，價格一般都在5毛錢以下，而藍色卻是近三四年才發(fā)明的東西，技術成熟度和供貨穩(wěn)定度都較差，價格卻要貴四五倍。目前藍色指示燈只用在不能用其它顏色替代的場合，如顯示視頻信號等。

現(xiàn)象三

這點邏輯用74XX的門電路搭也行，但太土，還是用CPLD吧，顯得高檔多了

點評：74XX的門電路只幾毛錢，而CPLD至少也得幾十塊，(GAL/PAL雖然只幾塊錢，但公司不推薦使用)。成本提高了N倍不說，還給生產(chǎn)、文檔等工作增添數(shù)倍的工作。

現(xiàn)象四

我們的系統(tǒng)要求這么高，包括MEM、CPU、FPGA等所有的芯片都要選最快的

點評：在一個高速系統(tǒng)中并不是每一部分都工作在高速狀態(tài)，而器件速度每提高一個等級，價格差不多要翻倍，另外還給信號完整性問題帶來極大的負面影響。

現(xiàn)象五

這板子的PCB設計要求不高，就用細一點的線，自動布吧

點評：自動布線必然要占用更大的PCB面積，同時產(chǎn)生比手動布線多好多倍的過孔，在批量很大的產(chǎn)品中，PCB廠家降價所考慮的因素除了商務因素外，就是線寬和過孔數(shù)量，它們分別影響到PCB的成品率和鉆頭的消耗數(shù)量，節(jié)約了供應商的成本，也就給降價找到了理由。

二：低功耗設計

現(xiàn)象一

我們這系統(tǒng)是220V供電，就不用在乎功耗問題了

點評：低功耗設計并不僅僅是為了省電，更多的好處在于降低了電源模塊及散熱系統(tǒng)的成本、由于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著設備溫度的降低，器件壽命則相應延長(半導體器件的工作溫度每提高10度，壽命則縮短一半)。

現(xiàn)象二

這些總線信號都用電阻拉一下，感覺放心些

點評：信號需要上下拉的原因很多，但也不是個個都要拉。上下拉電阻拉一個單純的輸入信號，電流也就幾十微安以下，但拉一個被驅(qū)動了的信號，其電流將達毫安級，現(xiàn)在的系統(tǒng)常常是地址數(shù)據(jù)各32位，可能還有244/245隔離后的總線及其它信號，都上拉的話，幾瓦的功耗就耗在這些電阻上了(不要用8毛錢一度電的觀念來對待這幾瓦的功耗)。

現(xiàn)象三

這款FPGA還剩這么多門用不完，可盡情發(fā)揮吧

點評：FGPA的功耗與被使用的觸發(fā)器數(shù)量及其翻轉(zhuǎn)次數(shù)成正比，所以同一型號的FPGA在不同電路不同時刻的功耗可能相差100倍。盡量減少高速翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器數(shù)量是降低FPGA功耗的根本方法。

現(xiàn)象四

這些小芯片的功耗都很低，不用考慮

點評：對于內(nèi)部不太復雜的芯片功耗是很難確定的，它主要由引腳上的電流確定，一個ABT16244，沒有負載的話耗電大概不到1毫安，但它的指標是每個腳可驅(qū)動60毫安的負載(如匹配幾十歐姆的電阻)，即滿負荷的功耗最大可達60*16=960mA，當然只是電源電流這么大，熱量都落到負載身上了。

現(xiàn)象五

降低功耗都是硬件人員的事，與軟件沒關系

點評：硬件只是搭個舞臺，唱戲的卻是軟件，總線上幾乎每一個芯片的訪問、每一個信號的翻轉(zhuǎn)差不多都由軟件控制的，如果軟件能減少外存的訪問次數(shù)(多使用寄存器變量、多使用內(nèi)部CACHE等)、及時響應中斷(中斷往往是低電平有效并帶有上拉電阻)及其它針對具體單板的特定措施都將對降低功耗作出很大的獻。

三：系統(tǒng)效率

現(xiàn)象一

這主頻100M的CPU只能處理70%，換200M主頻的就沒事了

點評：系統(tǒng)的處理能力牽涉到多種多樣的因素，在通信業(yè)務中其瓶頸一般都在存儲器上，CPU再快，外部訪問快不起來也是徒勞。

現(xiàn)象二

CPU用大一點的CACHE，就應該快了

點評：CACHE的增大，并不一定就導致系統(tǒng)性能的提高，在某些情況下關閉CACHE反而比使用CACHE還快。原因是搬到CACHE中的數(shù)據(jù)必須得到多次重復使用才會提高系統(tǒng)效率。所以在通信系統(tǒng)中一般只打開指令CACHE，數(shù)據(jù)CACHE即使打開也只局限在部分存儲空間，如堆棧部分。同時也要求程序設計要兼顧CACHE的容量及塊大小，這涉及到關鍵代碼循環(huán)體的長度及跳轉(zhuǎn)范圍，如果一個循環(huán)剛好比CACHE大那么一點點，又在反復循環(huán)的話，那就慘了。

現(xiàn)象三

這么多任務到底是用中斷還是用查詢呢?還是中斷快些吧

點評：中斷的實時性強，但不一定快。如果中斷任務特別多的話，這個沒退出來，后面又接踵而至，一會兒系統(tǒng)就將崩潰了。如果任務數(shù)量多但很頻繁的話，CPU的很大精力都用在進出中斷的開銷上，系統(tǒng)效率極為低下，如果改用查詢方式反而可極大提高效率，但查詢有時不能滿足實時性要求，所以最好的辦法是在中斷中查詢，即進一次中斷就把積累的所有任務都處理完再退出。

現(xiàn)象四

存儲器接口的時序都是廠家默認的配置，不用修改的

點評：BSP對存儲器接口設置的默認值都是按最保守的參數(shù)設置的，在實際應用中應結合總線工作頻率和等待周期等參數(shù)進行合理調(diào)配。有時把頻率降低反而可提高效率，如RAM的存取周期是70ns，總線頻率為40M時，設3個周期的存取時間，即75ns即可;若總線頻率為50M時，必須設為4個周期，實際存取時間卻放慢到了 80ns。

現(xiàn)象五

一個CPU處理不過來，就用兩個分布處理，處理能力可提高一倍

點評：對于搬磚頭來說，兩個人應該比一個人的效率高一倍;對于作畫來說，多一個人只能幫倒忙。使用幾個CPU需對業(yè)務有較多的了解后才能確定，盡量減少兩個CPU間協(xié)調(diào)的代價，使1 1盡可能接近2，千萬別小于1。

四：可靠性設計

現(xiàn)象一

這塊單板已小批量生產(chǎn)了，經(jīng)過長時間測試沒發(fā)現(xiàn)任何問題

現(xiàn)象二

這部分電路只要要求軟件這樣設計就不會有問題

點評：硬件上很多電氣特性直接受軟件控制，但軟件是經(jīng)常發(fā)生意外的，程序跑飛了之后無法預料會有什么操作。設計者應確保不論軟件做什么樣的操作硬件都不應在短時間內(nèi)發(fā)生永久性損壞。

現(xiàn)象三

用戶操作錯誤發(fā)生問題就不能怪我了

點評：要求用戶嚴格按手冊操作是沒錯的，但用戶是人，就有犯錯的時候，不能說碰錯一個鍵就死機，插錯一個插頭就燒板子。所以對用戶可能犯的各種錯誤必須加以保護。