青澀的硬件開(kāi)發(fā)夢(mèng)

我雖然有幾年的硬件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，然而在這條路上依然是一個(gè)還沒(méi)有踏上社會(huì)的學(xué)生。項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和社會(huì)閱歷也恐怕一點(diǎn)不算豐富，所以凡想在此文中獲取高深的人生哲理與職業(yè)箴言者，那我懇請(qǐng)您趕緊不要看下去，如若不然，我恐怕要受到您的譏笑——此文僅獻(xiàn)給那些剛剛踏上硬件之路和還在徘徊的同學(xué)們，在此我簡(jiǎn)要的記錄了我的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和其間自己所獲的一些心得，以幫助初學(xué)者少走彎路。


我深知對(duì)于一個(gè)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，身邊有一個(gè)能手把手相授的老師該是多么幸福的事情，老師一句不經(jīng)意的話可能我們初學(xué)者要花上幾天甚至是幾個(gè)月的時(shí)間去思考和驗(yàn)證。遺憾的是，我們身邊并非總有這么一位老師。所幸的是而今網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，這致使我們不得不經(jīng)常求助于網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上豐富的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)是非常值得借鑒的，我們能從一些文章中悟出一些東西，為我所用，或者從中感受精神動(dòng)力。


借此機(jī)會(huì)我想介紹一下我曾經(jīng)的工作團(tuán)隊(duì)，因?yàn)樗麄儗?duì)我影響極大。團(tuán)隊(duì)有四個(gè)人，其一是擁有11年工作經(jīng)驗(yàn)且已擁有自己專利的高級(jí)工程師（我習(xí)慣叫他二導(dǎo)，他是我為什么在團(tuán)隊(duì)的原因），一個(gè)是擁有5年經(jīng)驗(yàn)、熱心腸的工程師，還有兩個(gè)分別是電源和視頻方面的專家和元老級(jí)人物。耳濡目染，自己漸漸的對(duì)硬件發(fā)生了濃厚的興趣。從單片機(jī)，FPGA、SOPC硬件的搭建以及軟件編程，以及現(xiàn)在正在努力研究的ARM，我是憑著無(wú)限的熱情來(lái)做的。


但熱情不是唯一的原因，另一個(gè)原因是試驗(yàn)室提供了便捷的學(xué)習(xí)環(huán)境。這里有現(xiàn)成的winbond 51單片機(jī)、有偉福仿真器、advanced labtool 48uxp萬(wàn)能編程器，一臺(tái)12萬(wàn)的示波器，自己買(mǎi)了個(gè)萬(wàn)能板。學(xué)習(xí)階段時(shí)，找本書(shū)就能在上邊進(jìn)行試驗(yàn)了。從簡(jiǎn)單的led閃爍、數(shù)碼管顯示、pwm到中斷、串口通信（單片機(jī)與單片機(jī)通信，單片機(jī)與pc通信）、I2Ceeprom讀寫(xiě)、A/D轉(zhuǎn)換、溫度的測(cè)量等。當(dāng)時(shí)令我神魂顛倒的是每一個(gè)試驗(yàn)經(jīng)過(guò)資料的查找、程序的編寫(xiě)以及調(diào)試、再到后來(lái)問(wèn)題的解決，那份成就感與喜悅之情，相信只有經(jīng)歷過(guò)的人才能夠體會(huì)。正是有這份熱情和愛(ài)好，我常常在實(shí)驗(yàn)室呆上十二、三小時(shí)，通常是晚飯?jiān)谑程贸粤撕笾苯拥津?yàn)室，晚上9點(diǎn)半回宿舍。雖說(shuō)那時(shí)候沒(méi)有做過(guò)什么大項(xiàng)目，但是這每一個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)都是我知識(shí)積累過(guò)程中的點(diǎn)滴，有了這積累，之后我才能涉足更大的項(xiàng)目。


剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，二導(dǎo)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(dāng)時(shí)是以大學(xué)計(jì)劃的名義買(mǎi)的，5000元人民幣。于是就開(kāi)始了我的FPGA學(xué)習(xí)之路。之前學(xué)習(xí)過(guò)verilog，只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(jié)果，但是一旦下載到芯片里邊運(yùn)行，問(wèn)題就會(huì)接踵而至。萬(wàn)事開(kāi)頭難，我做的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)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下載線連接開(kāi)發(fā)板和pc，將sof文件下載到芯片?，F(xiàn)在想起來(lái)這是多么簡(jiǎn)單的幾個(gè)步驟，但是對(duì)于當(dāng)時(shí)的我來(lái)說(shuō)，花費(fèi)了相當(dāng)?shù)臅r(shí)間和精力來(lái)查找資料和埋頭反復(fù)實(shí)驗(yàn)。特別是引腳的分配，文檔上只說(shuō)需要這么做，那為什么要這么做呢？當(dāng)時(shí)沒(méi)有過(guò)多的想法，只想看到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，有了結(jié)果我就有了無(wú)限的成就感和高漲的熱情，所以當(dāng)經(jīng)過(guò)努力，第一個(gè)FPGA實(shí)驗(yàn)里的led終于按照意圖動(dòng)作的時(shí)候，那種激動(dòng)與當(dāng)初學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí)得以實(shí)現(xiàn)led閃爍的情形如出一轍。


我做實(shí)驗(yàn)的一個(gè)慣例同時(shí)也是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)就是邊做實(shí)驗(yàn)邊看書(shū)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)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(xí)慣動(dòng)手，如果讓我坐在實(shí)驗(yàn)室看上1天的純理論書(shū)籍，而不讓動(dòng)手試驗(yàn)，我想我的腦袋肯定會(huì)爆炸，正因?yàn)闆](méi)有這樣看過(guò)書(shū)，所以這腦袋也一直健在。到后來(lái)學(xué)習(xí)ucos嵌入式操作系統(tǒng)我也采用了這個(gè)方法，我把它叫做“階梯成就感”（實(shí)在是寫(xiě)這篇文章的時(shí)候突然覺(jué)得這個(gè)詞語(yǔ)非常貼切，臨時(shí)杜撰的）。抱著這種熱情，后來(lái)一點(diǎn)一點(diǎn)地深入學(xué)習(xí)FPGA，一些常規(guī)邏輯電路的設(shè)計(jì)，包括邏輯門(mén)電路、數(shù)據(jù)選擇器、編譯碼器、加減乘除運(yùn)算器、移位器，到后來(lái)的稍微復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，如FIFO、數(shù)字跑表、頻率計(jì)、狀態(tài)機(jī)、交通等的控制、卡式電話計(jì)費(fèi)系統(tǒng)以及UART等。


這些試驗(yàn)當(dāng)時(shí)我都是采用的verilog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的。初接觸FPGA時(shí)本想學(xué)VHDL，那時(shí)的同學(xué)都用verilog，為了與他們討論問(wèn)題的方便，就改學(xué)verilog了。一學(xué)不打緊，慢慢發(fā)現(xiàn)自己深深地愛(ài)上了verilog，對(duì)于我來(lái)說(shuō)，它無(wú)疑更適合我。這也是我要推薦的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)，那就是多看看你周圍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不是當(dāng)前最廣泛最流行的，但你若要和他們交流討論問(wèn)題，那還是遷就一下，和別人所用工具一樣，交流起來(lái)也會(huì)順暢方便。到實(shí)驗(yàn)室后，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的員工都用偉福的仿真器，所以軟件當(dāng)然還是用偉福提供的。偉福的軟件我認(rèn)為不怎么好，只支持匯編，比起大名鼎鼎的keil c51遜了一大截，但除非你想等到自己有問(wèn)題不會(huì)的時(shí)候周邊竟沒(méi)有人幫助你，不然在前期還是選擇偉福的軟件方便溝通。再后來(lái)，經(jīng)過(guò)自己的摸索和向身邊的工程師們請(qǐng)教，偉福用很熟悉了，匯編也有了自己的一套，這時(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，但調(diào)試的時(shí)候用偉福軟件還是有缺陷，比如不能夠單步執(zhí)行等。所以再后來(lái)我就下載了keil c51軟件，從此以后便正式地在keil的開(kāi)發(fā)界面下寫(xiě)程序了。當(dāng)然仿真的時(shí)候也可以在keil環(huán)境下用偉福仿真器，我想偉福在制造自己產(chǎn)品的時(shí)候就已經(jīng)考慮到這點(diǎn)了，他們的一些產(chǎn)品肯定要考慮兼容主流軟件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)工程師們必備的，匯編有c不可企及之處，但有時(shí)候還非用匯編不可。匯編的運(yùn)行效率高，寫(xiě)起來(lái)很是煩瑣，煩瑣規(guī)煩瑣，在某些特定的時(shí)刻，匯編還是發(fā)揮了它不可替代的作用。比如在將usoc移植到單片機(jī)的時(shí)候，與處理器相關(guān)的程序還真是必須用匯編來(lái)完成的。


再后來(lái)，學(xué)習(xí)sopc。從最小系統(tǒng)硬件平臺(tái)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led的亮與滅，心中熱情澎湃。每一次接觸新知識(shí)都有一種發(fā)自內(nèi)心的激動(dòng)，每一次接觸的新東西我都從最簡(jiǎn)單的led閃爍開(kāi)始，從單片機(jī)到FPGA到sopc再到ucos，每天一個(gè)小小的進(jìn)步能讓我燃起對(duì)工作的熱情，只要有這每天小小的看得見(jiàn)的“階梯成就感”，就能激發(fā)我對(duì)更多知識(shí)的追求。在此期間本人比較欣賞Altera公司推出的可編程片上系統(tǒng)即sopc，它解放了我們搭建硬件系統(tǒng)的煩瑣，僅僅需要按照需求在系統(tǒng)里邊加上自己的IP核和一些必須的外設(shè)。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(tǒng)里完成我們需要的功能。硬件系統(tǒng)完成后，需要在Altera公司提供的nios IDE環(huán)境下對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程，在這里，完全用c語(yǔ)言來(lái)完成所需要的功能。與前邊學(xué)習(xí)單片機(jī)、FPGA一樣，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)還是led閃爍，然后慢慢的轉(zhuǎn)向一些比較復(fù)雜的功能設(shè)計(jì)上去，也無(wú)非是實(shí)現(xiàn)以前用verilog實(shí)現(xiàn)過(guò)的一些功能。兩者的區(qū)別是：一種完全用verilog語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)全部功能；一種需要先用sopc builder搭建硬件系統(tǒng)，然后在nios ide中進(jìn)行軟件的編程。這兩種方法都能夠?qū)崿F(xiàn)需要的功能，但是后者更方便快捷，因?yàn)樵谶@種方法里，我們使用的是“拿來(lái)主義”，IP核已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了我們的功能，要做的僅僅是去利用它而已。


再后來(lái)學(xué)習(xí)ucos嵌入式操作系統(tǒng)，主要是運(yùn)用在FPGA里面。nios已經(jīng)為使用者移植好了，不需要修改任何文件。在nios用戶界面里進(jìn)行一些相應(yīng)的設(shè)置就可以使用了。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(hào)量、郵箱傳遞、事件標(biāo)志、時(shí)間管理等提供了很好的模板，我們需要做的是認(rèn)真的閱讀，研究它，必要的話對(duì)模板進(jìn)行一些改寫(xiě)來(lái)完成自己的功能，這是模仿的更高境界了，把他的一些東西進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)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(xí)的時(shí)候，我遇到過(guò)問(wèn)題停滯不前，試驗(yàn)沒(méi)有進(jìn)展，心情沮喪的時(shí)候。那時(shí)對(duì)底層硬件一無(wú)所知，連對(duì)基本的原理圖也看不太懂，更別說(shuō)程序在開(kāi)發(fā)板上是怎么運(yùn)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，每天感受不到一點(diǎn)進(jìn)步，真是很漫長(zhǎng)難熬的日子。一次，我和辦公室的一個(gè)工程師聊天，談到了我的困惑，他建議我先學(xué)習(xí)單片機(jī)，自己搭建硬件平臺(tái)，從最小系統(tǒng)做起。這個(gè)工程師古道熱腸，學(xué)習(xí)方面的問(wèn)題他總是很耐心地幫助解答，讓我受益匪淺，我很慶幸能夠在這種環(huán)境當(dāng)中學(xué)習(xí)。還有我的導(dǎo)師，他是一個(gè)擁有近30年硬件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的資深研究員，開(kāi)始工作的時(shí)候我什么都不懂，但總喜歡往導(dǎo)師辦公室跑，喜歡和他瞎聊。他為人和藹可親，容易接近，和他交流的時(shí)候總能得到一些職業(yè)和人生方面的忠告，這些忠告將伴隨著我一生。到后來(lái)，事情逐漸有了轉(zhuǎn)機(jī)，我也慢慢適應(yīng)了這種心情，調(diào)整好了心態(tài)?，F(xiàn)在想起來(lái)，慶幸自己并沒(méi)有絕望，沒(méi)有對(duì)自己熱愛(ài)的硬件失去信心。我想說(shuō)的還是那句老話：遇到問(wèn)題的時(shí)候，當(dāng)我們感覺(jué)事情沒(méi)法進(jìn)展下去的時(shí)候，不妨換一種方式，與周邊的人聊聊，或許會(huì)有改變。人生總是有很多坎坷，我們的學(xué)習(xí)職業(yè)生涯也是如此。在這個(gè)時(shí)候若能看看任正非寫(xiě)給華為員工的一封信《要快樂(lè)的度過(guò)充滿困難的一生》，或者去看看李嘉誠(chéng)寫(xiě)給青年們的《Are you ready》，在那里你可以學(xué)到謙虛、勇氣、智慧、毅力，我想這會(huì)增添我們積極生活下去的勇氣。當(dāng)確定了一個(gè)目標(biāo)，我們需要鼓足勇氣，滿腔熱情地去擁抱它，遇到困難、阻撓時(shí)一定不要獨(dú)自等待，多和人交流吧，一切從溝通開(kāi)始！


本文泛泛而談，必然淺薄，若是能夠給初學(xué)者帶來(lái)哪怕是一丁點(diǎn)好的影響，能夠提供一丁點(diǎn)的幫助，那我將感到無(wú)限的欣慰。最后送給我們初學(xué)者一句話，以共勉，這也是《圣經(jīng)》中馬太福音里的一句話：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)。