青澀的硬件開發(fā)夢

我雖然有幾年的硬件開發(fā)經(jīng)驗，然而在這條路上依然是一個還沒有踏上社會的學生。項目經(jīng)驗和社會閱歷也恐怕一點不算豐富，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——此文僅獻給那些剛剛踏上硬件之路和還在徘徊的同學們，在此我簡要的記錄了我的學習經(jīng)歷和其間自己所獲的一些心得，以幫助初學者少走彎路。


我深知對于一個初學者來說，身邊有一個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者要花上幾天甚至是幾個月的時間去思考和驗證。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)絡發(fā)達，這致使我們不得不經(jīng)常求助于網(wǎng)絡，網(wǎng)絡上豐富的個人經(jīng)驗是非常值得借鑒的，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力。


借此機會我想介紹一下我曾經(jīng)的工作團隊，因為他們對我影響極大。團隊有四個人，其一是擁有11年工作經(jīng)驗且已擁有自己專利的高級工程師（我習慣叫他二導，他是我為什么在團隊的原因），一個是擁有5年經(jīng)驗、熱心腸的工程師，還有兩個分別是電源和視頻方面的專家和元老級人物。耳濡目染，自己漸漸的對硬件發(fā)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(xiàn)在正在努力研究的ARM，我是憑著無限的熱情來做的。


但熱情不是唯一的原因，另一個原因是試驗室提供了便捷的學習環(huán)境。這里有現(xiàn)成的winbond 51單片機、有偉福仿真器、advanced labtool 48uxp萬能編程器，一臺12萬的示波器，自己買了個萬能板。學習階段時，找本書就能在上邊進行試驗了。從簡單的led閃爍、數(shù)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通信）、I2Ceeprom讀寫、A/D轉(zhuǎn)換、溫度的測量等。當時令我神魂顛倒的是每一個試驗經(jīng)過資料的查找、程序的編寫以及調(diào)試、再到后來問題的解決，那份成就感與喜悅之情，相信只有經(jīng)歷過的人才能夠體會。正是有這份熱情和愛好，我常常在實驗室呆上十二、三小時，通常是晚飯在食堂吃了后直接到驗室，晚上9點半回宿舍。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都是我知識積累過程中的點滴，有了這積累，之后我才能涉足更大的項目。


剛進實驗室的時候，二導就給了我一塊開發(fā)版，是Altera公司的nios ep1c20 cyclone系列開發(fā)板，當時是以大學計劃的名義買的，5000元人民幣。于是就開始了我的FPGA學習之路。之前學習過verilog，只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(jié)果，但是一旦下載到芯片里邊運行，問題就會接踵而至。萬事開頭難，我做的第一個實驗是點亮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(fā)板和pc，將sof文件下載到芯片?，F(xiàn)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，花費了相當?shù)臅r間和精力來查找資料和埋頭反復實驗。特別是引腳的分配，文檔上只說需要這么做，那為什么要這么做呢？當時沒有過多的想法，只想看到實驗的結(jié)果，有了結(jié)果我就有了無限的成就感和高漲的熱情，所以當經(jīng)過努力，第一個FPGA實驗里的led終于按照意圖動作的時候，那種激動與當初學習單片機時得以實現(xiàn)led閃爍的情形如出一轍。


我做實驗的一個慣例同時也是一個經(jīng)驗就是邊做實驗邊看書，在實驗中發(fā)現(xiàn)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，如果讓我坐在實驗室看上1天的純理論書籍，而不讓動手試驗，我想我的腦袋肯定會爆炸，正因為沒有這樣看過書，所以這腦袋也一直健在。到后來學習ucos嵌入式操作系統(tǒng)我也采用了這個方法，我把它叫做“階梯成就感”（實在是寫這篇文章的時候突然覺得這個詞語非常貼切，臨時杜撰的）。抱著這種熱情，后來一點一點地深入學習FPGA，一些常規(guī)邏輯電路的設計，包括邏輯門電路、數(shù)據(jù)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，如FIFO、數(shù)字跑表、頻率計、狀態(tài)機、交通等的控制、卡式電話計費系統(tǒng)以及UART等。


這些試驗當時我都是采用的verilog語言實現(xiàn)的。初接觸FPGA時本想學VHDL，那時的同學都用verilog，為了與他們討論問題的方便，就改學verilog了。一學不打緊，慢慢發(fā)現(xiàn)自己深深地愛上了verilog，對于我來說，它無疑更適合我。這也是我要推薦的一個經(jīng)驗，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前最廣泛最流行的，但你若要和他們交流討論問題，那還是遷就一下，和別人所用工具一樣，交流起來也會順暢方便。到實驗室后，因為實驗室的員工都用偉福的仿真器，所以軟件當然還是用偉福提供的。偉福的軟件我認為不怎么好，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題不會的時候周邊竟沒有人幫助你，不然在前期還是選擇偉福的軟件方便溝通。再后來，經(jīng)過自己的摸索和向身邊的工程師們請教，偉福用很熟悉了，匯編也有了自己的一套，這時候我開始在偉福里邊嵌入keil，用c語言來寫程序，但調(diào)試的時候用偉福軟件還是有缺陷，比如不能夠單步執(zhí)行等。所以再后來我就下載了keil c51軟件，從此以后便正式地在keil的開發(fā)界面下寫程序了。當然仿真的時候也可以在keil環(huán)境下用偉福仿真器，我想偉福在制造自己產(chǎn)品的時候就已經(jīng)考慮到這點了，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寫程序后，就不想用匯編了。但是匯編是每一個硬件研發(fā)工程師們必備的，匯編有c不可企及之處，但有時候還非用匯編不可。匯編的運行效率高，寫起來很是煩瑣，煩瑣規(guī)煩瑣，在某些特定的時刻，匯編還是發(fā)揮了它不可替代的作用。比如在將usoc移植到單片機的時候，與處理器相關的程序還真是必須用匯編來完成的。


再后來，學習sopc。從最小系統(tǒng)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，心中熱情澎湃。每一次接觸新知識都有一種發(fā)自內(nèi)心的激動，每一次接觸的新東西我都從最簡單的led閃爍開始，從單片機到FPGA到sopc再到ucos，每天一個小小的進步能讓我燃起對工作的熱情，只要有這每天小小的看得見的“階梯成就感”，就能激發(fā)我對更多知識的追求。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。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)境下對硬件系統(tǒng)進行軟件編程，在這里，完全用c語言來完成所需要的功能。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(zhuǎn)向一些比較復雜的功能設計上去，也無非是實現(xiàn)以前用verilog實現(xiàn)過的一些功能。兩者的區(qū)別是：一種完全用verilog語言來實現(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，因為在這種方法里，我們使用的是“拿來主義”，IP核已經(jīng)實現(xiàn)了我們的功能，要做的僅僅是去利用它而已。


再后來學習ucos嵌入式操作系統(tǒng)，主要是運用在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用戶界面里進行一些相應的設置就可以使用了。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、時間管理等提供了很好的模板，我們需要做的是認真的閱讀，研究它，必要的話對模板進行一些改寫來完成自己的功能，這是模仿的更高境界了，把他的一些東西進行吸收轉(zhuǎn)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，我遇到過問題停滯不前，試驗沒有進展，心情沮喪的時候。那時對底層硬件一無所知，連對基本的原理圖也看不太懂，更別說程序在開發(fā)板上是怎么運行的了。再到后來進行nios開發(fā)的時候，這種沮喪感與日俱增，每天感受不到一點進步，真是很漫長難熬的日子。一次，我和辦公室的一個工程師聊天，談到了我的困惑，他建議我先學習單片機，自己搭建硬件平臺，從最小系統(tǒng)做起。這個工程師古道熱腸，學習方面的問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)境當中學習。還有我的導師，他是一個擁有近30年硬件開發(fā)經(jīng)驗的資深研究員，開始工作的時候我什么都不懂，但總喜歡往導師辦公室跑，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，事情逐漸有了轉(zhuǎn)機，我也慢慢適應了這種心情，調(diào)整好了心態(tài)?，F(xiàn)在想起來，慶幸自己并沒有絕望，沒有對自己熱愛的硬件失去信心。我想說的還是那句老話：遇到問題的時候，當我們感覺事情沒法進展下去的時候，不妨換一種方式，與周邊的人聊聊，或許會有改變。人生總是有很多坎坷，我們的學習職業(yè)生涯也是如此。在這個時候若能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》，或者去看看李嘉誠寫給青年們的《Are you ready》，在那里你可以學到謙虛、勇氣、智慧、毅力，我想這會增添我們積極生活下去的勇氣。當確定了一個目標，我們需要鼓足勇氣，滿腔熱情地去擁抱它，遇到困難、阻撓時一定不要獨自等待，多和人交流吧，一切從溝通開始！


本文泛泛而談，必然淺薄，若是能夠給初學者帶來哪怕是一丁點好的影響，能夠提供一丁點的幫助，那我將感到無限的欣慰。最后送給我們初學者一句話，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；沒有的，連他所有的也要奪過來。