硬件设计1---什么是硬件工程师？
时间：2018.1.21 作者：Tom 工作：HWE 说明：如需转载，请注明出处。1.什么是硬件？百度百科介绍"硬件（英文名Hardware）是计算机硬件的简称（中国大陆及香港用语，台湾作硬体），是指计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。"也就是说硬件是物理层面的，至少是你能看得到摸得着的东西，它是一种物质载体，物质基础。广义来说人类都是生活在物质基础之上，你可以把所有你能看到的东西都统称为硬件。当然狭义来说，一般我们所说的软件和硬件指的是电子领域的。
软件代码也是人编写的，我们所熟知的语言比如C、C++等都是通过编译器翻译成汇编语言，然后汇编语言通过汇编器翻译成二进制机器语言，机器语言操控门电路完成相应的动作。个人觉得，没有硬件，软件就没有存在的意义，硬件是一切的基础，这里可以看出硬件设计是多重要。
但软件和硬件又有明显的区分，至少工作内容区别很大。按照行业内描述硬件属于底层（一般称为底层硬件），软件称为上层（软件又分为：底层驱动、上层业务以及应用层等）。如果非要举个例子来说明软件和硬件， 那最好的例子就是人，硬件指人的躯体，而软件指人的思维。
其实对于非电子领域的人，很难想明白计算机是怎么工作的，硬件是怎样工作的，软件是怎样工作的，即使你知道都是0和1，但你没做过相关工作，你发现不了其中的神奇之处。其实你只要知道，软件驱动硬件工作，驱动的激励是什么？是电讯号！硬件接收到的这个电讯号分为0和1，硬件的响应速度非常快，多快呢？举个例子，硬件中常用的串口波特率115200bit per second，一秒钟115200个0或者1，英语字母是8个bit（可在ASCII表看到，这在大学都学过），那就是一秒钟可打印14400个字母。 你眨下眼睛一万多个字母就出来了。当然实际上并没有这么多，这只是个形象的例子。
但在电路设计上100kHz属于比较慢的速率了。再比如显示器一幅图的刷新频率在一秒钟24个以上，我们人眼就看不出来。24帧的数据是非常大的，比如1080p30格式输出，总的数据量是一秒钟1920*1080*12*30= 746496000个0或者1，也就是7亿个0或者1。
2.什么是硬件设计？
一般来说硬件设计指的是电路设计，这样说是没问题的，因为你所有的工作都是围绕电路设计，最终的目标也是产出一个优秀的电路，能够满足各种要求，经历各种考验。但实际上我们要求的是产品，而不是单板。
网上有一篇文章讲的挺好："硬件设计就是根据产品经理的需求PRS（Product Requirement Specification），在COGS（Cost of Goods Sale）的要求下，利用目前业界成熟的芯片方案或者技术，在规定时间内完成符合：
- PRS功能（Function）
- 性能（perrformance）
- 电源设计（power Supply）
- 功耗（power Consumption）
- 散热（Thermal/Cooling）
- 噪音（Noise）
- 信号完整性（Signal Integrity），
- 电磁辐射（EMC/EMI）
- 安规（Safet）
- 器件采购（Component Sourcing）
- 可靠性（Reliability）
- 可测试性（DFT: design for test）
- 可生产性（DFM：design for manufacture）
等上述要求的硬件产品（注意：是产品不是开发板）。可以看到，一个成功的硬件设计，主要功能的实现只是所有环节中的一小部分。刚开始工作的时候，觉得板子电路设计完就完成了50%工作，PCB回板主要功能都能实现了，那就完成了80%的工作。实际上不是的，PCB回板主要功能都实现了，连30%工作都没有。所以不管是时间上，还是阶段上，产品的硬件设计时一个漫长过程。
而且你在一个公司做产品硬件设计，一般情况下都是参考成熟的方案，主芯片CPU主要功能的实现最终还是依靠芯片厂商提供的套片方案，一般来说为了降低风险，主要是参考套片方案的参考设计完成，芯片厂商也会提供包括器件封装，参考设计，仿真模型，PCB参考等等全部资料，在芯片功能越来越复杂的今天，一个片子动不动就几百上千个PIN，对于一个新项目来说，是没有时间一页页去吃透每个PIN，每个输入输出的具体功能，电气参数的，尤其是对于高速设计，比如DDR3接口，XAUI接口等等。一般来说芯片厂商提供的参考设计就是他们经过开发，验证，测试的最佳方案了，很多情况就是你必须按照参考设计来做，否则硬件可能就有问题，一般来说就是信号完整性问题或者EMC问题。"
那有的人就说了，硬件电路设计谈不上设计，都是copy成熟电路。芯片厂商提供越来越周到的服务，再加上公司沉淀的技术积累，硬件设计工程师可以完全不动脑子进行电路设计。看起来硬件工程师HWE（Hardware Engineer）的价值越来越低了，毕竟一个产品的核心功能或者技术一般都在IC或者FPGA里面了，HWE一般没有能力进行核心逻辑设计IC design。那如果按照这个逻辑软件设计也谈不上设计，都是copy成熟代码。试问有几个软件开发人员不移植别人的代码？再深入点，有几个软件工程师能随意更改uboot、kernel，不百度C语言语法，不移植业务程序，不去问芯片厂商的技术支持？ 即使都是成熟的东西，实际上工作过程中我并没有发现哪个项目做得很快，同样一套电路和代码，成熟产品没问题，新产品为什么就有问题？？最后还是是硬件设计去解决。
对于这上述问题，我也曾经困惑过，总是感觉硬件设计没有什么好搞的了，不就是抄抄参考设计，就跟组装一台电脑一样组装一个单板嘛。当然随着项目经验的增多，尤其从事现在硬件系统级设计的角色，感觉原来自己考虑更多是从一名原理图设计工程师的角度考虑问题，看问题总是很片面。就像开始说的，一个成功的硬件设计，功能Function只是一小部分，至于其他的因素和能力，一个HWE的能力取决于能考虑因素越多，越深入，就越是一个优秀的HWE工程师。
所以HWE是吃经验的，对公司来说培养一个HWE成本很高，硬件不会像软件一样代码错了修改一下几分钟就可以搞定，硬件设计错了，那有可能全部都要重来，整个项目周期可能就要延迟3周甚至一个月以上。比如最近遇到的SENSOR出图像，效果不好，亮坏点比较多，硬件电路这边没法跳线，这和布局布线有关，只有改板。
有个观点需要说明一下，啥都不懂也可以做出事情，但对个人来说会有发展天花板。硬件方面就像参考电路一样，你不知道电路怎么工作的也能把他用起来，软件方面就像uboot和kernel一样你看不懂也能用起来，但一旦你懂，那就不一样了。就像一谈到硬件设计，大家都认为是电路设计，好简单，没什么难度，但实际上不是的，越到底层越难，责任越大，部门交流越多。懂得越多，学的越容易，就能够走的越远。
3.什么是硬件电路设计？
顾名思义，硬件电路设计就是设计电路的，能够熟练使用cadence绘制电路与查看PCB。硬件设计中的电路设计是HWE最重要的职责。电路设计考验的是HWE的设计基本功，即对一些硬件器件的理解以及灵活应用，比如：
- CPU
- 电阻，电容，电感，
- 二极管，三极管，
- 保护器件，接口器件，
- 逻辑芯片，逻辑功能，
- 小芯片
- 电源
因为本人是EMC专业毕业，所以对设计时考虑的东西深有感触，我们上述讨论的硬件设计的13条东西都应该在设计时候考虑，目前大公司的各种流程保证了设计时各部门的联动，还是很好的。
每个公司都会有自己的硬件电路设计规范，这个需要自己好好去看一下，并用在实践中。硬件电路设计主要针对电路设计，里面涉及的东西比较多，对电路模块的设计后面会有单独的章节讨论。硬件电路设计需要足够的经验与理论知识。
4.硬件设计开发流程
硬件部门开发流程指定后，需要硬件部门人员严格按照开发流程完成开发工作。 硬件部开发流程主要分为如下几个步骤（这里进行简单介绍http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20171108576518.html?v=pc）：
1） 市场调研
对即将进行的项目，需要进行市场调研。 市
2） 立项
市场调研完成后后，首先需要进行立项工作。
3） 硬件总体设计
项目立项后，需要进行硬件总体设计。
4） 核心器件的实验及分模块的详细设计
总体设计完成后，需要对核心器件进行实验并且开始进行分模块的设计方案。
5） 电路、程序及外壳设计
核心器件的实验及分模块的详细设计完成后，进行电路、程序及外壳设计。 电路、程序及外壳设计按照项目设。
6） 系统联调
每个分块部分调试完成后，即可进行系统联调。
7） 内部审核、项目验收
系统联调完成后，项目即可进行内部审核、项目验收。
5.什么是硬件工程师？
硬件工程师负责整个产品的硬件设计。这里好久之前在知乎上看到一篇专门讲解硬件工程师的文章，觉得讲的很好，在这里贴出来：https://www.zhihu.com/question/28610994。
5.1.硬件工程师的职责
首先看下大公司的研发分工如下图所示，可以看到自己所处的部门与位置。
而一个硬件产品的研发流程，如下图所示：
公司内的所有岗位都同等重要的。虽然各团队的重要性一致的，但研发团队在产品开发中的位置应该更加核心。研发人员可以转去做市场、测试、供应链或者质量管理等，但市场等岗位的人却很难转做研发。一来研发门槛高，二来研发工作接触面广。而在整个研发团队中，硬件工程师做主导作用。
一般情况下我们所说的研发不仅仅局限于软件硬件，而是整个项目组，这里包括基本上所有部门的产品负责人。
而硬件工程师在研发团队中是重要的一员，硬件产品的研发团队可以如下图所示：
当然上图中所展示的并不完全，比如热设计也是非常重要的一员。但需要说明的是，在整个项目研发团队中，有两个人和所有人打交道，一个就是项目经理，另一个就是硬件工程师。硬件工程师需要和各种研发人员打交道 、协调工作，这也要求硬件工程师具有丰富的知识面和强大的协调能力。
硬件工程师的本职工作，如下图所示：
硬件工程师可以大致分为如下四个阶段：
- 初级硬件工程师
在别人的指导下完成阶段三、四的部分，这个是应届毕业生入职三个月基本可以达到。
- 普通的硬件工程师
独立完成阶段三、四的工作，一般工作1到2年即可。
- 资深的硬件工程师
主导完成阶段三、四的工作，参与完成阶段二总体设计的工作。
- 专家级硬件工程师
主导完成阶段一、二的工作。
5.2.时间点把握
作为一个硬件工程师，负责整个产品的研发过程。所以必须对每个时间段进行精确把握。项目都会有项目周期，虽然项目经理在把控时间，但具体的操作还是硬件工程师来搞。因为本人只是处于阶段三，对阶段二、一没什么时间概念，对于正常进度的项目来说：
- 原理图和详细设计方案：5周，包括参考设计以及原理图评审。
- PCB布板布线：4周，包括配合结构、PCB进行电路调整或者器件重新选型。
- 发板及等待回板：2周，这两周是最闲的，发板同时必须完成BOM上传，这个不能忘。多看自己的图！
- 回板检查：1周，将自己的板子跑起来，能烧录uboot，网口能ping通。检查有无焊接问题。联系结构进行机器组装，查看结构有没有问题。
- 驱动调试：5周，配合完成所有底层功能的调试。
- 媒体版本：2周，这个是驱动调试之后第一个整机跑起来的版本，准备拿给测试进行测试。
- 信号测试：3周，配合信号测试人员完成信号测试。同时给做业务研发人员准备板子给他们研发。
- 功能测试：2周，配合功能测试人员完成环境测试，防护静电浪涌测试，以及其他功能测试，EMC测试等。
- 解BUG等待：2周，解决上述出现的所有BUG！
- 改板与发板：2周。
- 。。。。。。。。。
具体时间会随着产品的复杂程度而变化，上述只是本人了解的大致时间=，不能一概而论。
- 目标：产品零缺陷
- 过程：设计电路、解BUG、部门沟通交流。
- 能力：主要集中在解BUG能力。
- 结果：一个字-------忙！！！！
这里给出华为硬件工程师手册中的定位，看起来还是不错的。
6.硬件工程师需具备什么样的性格？
- 沟通能力 要有逻辑，想法要全面点，这样才能与其他部门人员好好沟通，说不清会导致吵架！！
- 性格温和 因为你会和所有部门交流，不要拉着脸，也不要命令式的，性格偏激会导致吵架！！
- 谦虚谨慎 别人的意见即使不采纳也要倾听，然后说出自己的见解与原因，一意孤行会导致吵架！！
- 认真仔细 设计电路要认真仔细，解BUG要认真仔细，因为一旦出问题这个责任只有自己背！！
- 要有耐心 不论是沟通还是解BUG还是检查电路，一定要有耐心！
- 不会就问 不会的东西就问，因为产品开发时间比较短，不可能给你大把时间去研究！！
- 有责任心 对电路负责，对产品负责，对BUG负责！！
- 分清主次 出了问题要先想怎样去解决问题，而不是先去追究谁的责任！！
- 乐善好学 善于帮助别人，善于学习，必须有扎实的经验知识与理论知识！！！
其实总结出来，上述是作为一个硬件工程师必须的性格，可以说是缺一不可。性格偏激的人不适合做硬件研发，甚至可以说不适合做所有研发。所以一般情况下硬件工程师做产品经理的人很多，因为这个职位本身要求就很高，良好的性格与经验理论知识会让你一直进步的。
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