怎樣成為高級嵌入式系統(tǒng)硬件工程師

在學習的道路上我們一直是新手，硬件行業(yè)顯得更加如此。想成為高級嵌入式硬件工程師，你還缺少什么？

有很多朋友經(jīng)常會問，成為高級嵌入式系統(tǒng)硬件工程師，需要做到哪些呢？這里的話你可以留下企鵝，相信我一定可以幫的到你。那么，我們就先從嵌入式硬件工程師是個什么概念入手

一、如何理解“嵌入式”的概念呢？

1、從硬件上，將基于CPU的處圍器件，整合到CPU芯片內部，比如早期基于X86體系結構下的計算機，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于顯卡。比較高端的ARM類Intel Xscale架構下的IXP網(wǎng)絡處理器CPU內部集成PCI控制器（可配成支持4個PCI從設備或配成自身為CPI從設備）;還集成3個NPE網(wǎng)絡處理器引擎，其中兩個對應于兩個MAC地址， 可用于網(wǎng)關交換用，而另外一個NPE網(wǎng)絡處理器引擎支持DSL，只要外面再加個PHY芯片即可以實現(xiàn)DSL上網(wǎng)功能。IXP系列最高主頻可以達到 1.8G，支持2G內存，1G×10或10G×1的以太網(wǎng)口或Febre channel的光通道。IXP系列應該是目標基于ARM體系統(tǒng)結構下由 intel進行整合后成Xscale內核的最高的處理器了。

2、從軟件上，就是在定制操作系統(tǒng)內核里將應用一并選入，編譯后將內核下載到ROM中。而在定制操作系統(tǒng)內核時所選擇的應用程序組 件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內核定制時，會有相應選擇，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、把軟件內核或應用文件系統(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”。

以上的定義是重于理解型的定義，書上的定義也有很多，但在這個領域范圍內，誰都不敢說自己的定義是十分確切的，包括那些專家學者們，歷為畢竟嵌入式系統(tǒng)是計算機范疇下的一門綜合性學科

二、嵌入式系統(tǒng)的分層與專業(yè)的分類

嵌入式系統(tǒng)分為4層，硬件層、驅動層、操作系統(tǒng)層和應用層。

1、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，硬件層也是驅動層的基礎，一個優(yōu)秀的驅動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設計的，同時還要對操作系統(tǒng)內核及其調度性相當?shù)氖煜さ?。但硬件平臺是基礎，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)基礎知識有，單片機原理及接口技術、微機原理及接口技術、C語言。

2、 驅動層，這部分比較難，驅動工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統(tǒng)內核十分的精通，以便其所寫的驅動程序在系統(tǒng)調用時，不會獨占操作系統(tǒng)時間片，而導 至其它任務不能動行，不懂操作系統(tǒng)內核架構和實時調度性，沒有良好的驅動編寫風格，按大多數(shù)書上所說添加的驅動的方式，很多人都能做到，但可能連個初級的 驅動工程師的水平都達不到，這樣所寫的驅動在應用調用時就如同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。想做個好的驅動人員沒有三、四年功底，操作系統(tǒng)內核不研究上幾編，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。

驅動層比較適合于電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類專業(yè)尤其是計算機偏體系結構類專業(yè)的人來搞，除硬件層所具備的基礎學科外，還要對數(shù)據(jù)結構與算法、操作系統(tǒng)原理、編譯原理都要十分精通了解。

3、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動工程師來完成。操作系統(tǒng)是負責系統(tǒng)任務的調試、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。

4、應用層，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)調用，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開發(fā)環(huán) 境有相應的變化而已。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，不必歸結到嵌入式系統(tǒng)范疇內。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)絡編程和基于某此應用層面的協(xié)議應用開發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復雜， 并且有難度了。

三、目標與定位

先有目標，再去定位。

學 ARM，從硬件上講，一方面就是學習接口電路設計，另一方面就是學習匯編和C語言的板級編程。如果從軟件上講，就是要學習基于ARM處理器的操作系統(tǒng)層面 的驅動、移植了。這些對于初學都來說必須明確，要么從硬件著手開始學，要么從操作系統(tǒng)的熟悉到應用開始學，但不管學什么，只要不是純的操作系統(tǒng)級以上基于 API的應用層的編程，硬件的寄存器類的東西還是要能看懂的，基于板級的匯編和C編程還是要會的。因此針對于嵌入式系統(tǒng)的硬件層和驅動程的人，ARM的接 口電路設計、ARM的C語言和匯編語言編程及調試開發(fā)環(huán)境還是需要掌握的。

因此對于初學者必然要把握住方向，自己的目標是什么，自己要在那一層面上走。然后再著手學習較好，與ARM相關的嵌入式系統(tǒng)的較為實際的兩個層面硬件層和驅動層，不管學好了那一層都會很有前途的。

學 ARM，從硬件上講，一方面就是學習接口電路設計，另一方面就是學習匯編和C語言的板級編程

如果想從嵌入式系統(tǒng)的應用層面的走的話，可能與ARM及其它體系相去較遠，要著重研究基嵌入式操作系統(tǒng)的環(huán)境應用與相應開發(fā)工具鏈，比如WinCe操作系統(tǒng)下的EVC應用開發(fā)（與windows下的VC相類似），如果想再有突破就往某些音視頻類的協(xié)議上靠，比如VOIP領域的基于SIP或H.323協(xié)議的應用層開發(fā)，或是基于嵌入式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的開發(fā)等等。

對 于初學者來講，要量力而行，不要認為驅動層工資高就把它當成方向了，要結合自身特點，嵌入式系統(tǒng)四個層面上那個層面上來講都是有高人存在，當然高人也對應 的高工資，我是做硬件層的，以前每月工資中個人所得稅要被扣上近3千大元，當然我一方面充當工程師的角色，一方面充當主管級人物的角色，兩個職位我一個人 干，但上班時間就那些。硬件這方面上可能與我PK的人很少了，才讓我拿到那么多的工資。

四、開發(fā)系統(tǒng)選擇

很多ARM初學者都希望有一套自己能用的系統(tǒng)，但他們住住會產(chǎn)生一種錯誤認識就是認為處理器版本越高、性能越高越好，就象很多人認為ARM9與 ARM7好， 我想對于初學者在此方面以此入門還應該理智，開發(fā)系統(tǒng)的選擇最終要看自己往嵌入式系統(tǒng)的那個方向上走，是做驅動開發(fā)還是應用，還是做嵌入式系統(tǒng)硬件層設計 與板級測試。如果想從操作系統(tǒng)層面或應用層面上走，不管是驅動還是應用，那當然處理器性能越高越好了，但這個東西自學，有十分大的困難，不是幾個月或半年 或是一年二年能搞定的事。

在某種意義上請，ARM7與9的差別就是在某些功能指令集上豐富了些，主頻提高一些而已，就比如286和386。對于用戶來講可能覺查不到什么，只能是感覺速度有些快而已。

ARM7比較適合于那些想從硬件層面上走的人，因為ARM7系列處理器內部帶MMU的很少，而且比較好控制，就比如S3C44B0來講，可以很容易將 Cache關了，而且內部接口寄存器很容易看明白，各種接口對于用硬件程序控制或AXD單步命令行指令都可以控制起來，基于51單片機的思想很容易能把他 搞懂，就當成個32位的單片機，從而消除很多51工程師想轉為嵌入式系統(tǒng)硬件ARM開發(fā)工程師的困惑，從而不會被業(yè)界某此不是真正懂嵌入式爛公司帶到操作 系統(tǒng)層面上去，讓他們望而失畏，讓業(yè)界更加缺少這方面的人才。

而嵌入式系統(tǒng)不管硬件設計還是軟件驅動方面都是十分注重接口這部分的，選擇平臺還要考察一個處理器的外部資源，你接觸外部資源越多，越熟悉他們那你以后就業(yè)成功的機率就越高，這就是招聘時 所說的有無“相關技能”，因為一個人不可能在短短幾年內把所有的處理器都接觸一遍，而招聘單位所用的處理器就可能是我們完全沒有見過的，就拿***數(shù)十家小 公司（市價幾千萬）的公司生產(chǎn)的ARM類處理器，也很好用，但這些東西通用性太差，用這些處理器的公司就只能招有相關工作經(jīng)驗的人了，那什么是相關工作經(jīng) 驗，在硬件上講的是外圍接口設計，在軟件上講是操作系統(tǒng)方面相關接口驅動及應用開發(fā)經(jīng)驗。我從業(yè)近十年，2000年ARM出現(xiàn)，我一天始做ARM7，然后 直接跑到了Xscale（這個板本在ARM10-11之間），一做就是五年，招人面試都不下數(shù)百人，在這些方面還是深有體會的。

我個人認為新手學習一定要系統(tǒng)化，不能東學一點西學一點，浪費了時間還沒效率。這邊如果你有同樣的困惑可以留下企鵝。話不多說，我們接著往下看;

因此開發(fā)系統(tǒng)的選擇，要看自己的未來從來目標方向、要看開發(fā)板接口資源、還要看業(yè)界的通用性。

五、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，而當年國際上只有兩家公司有此技術，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，FPGA類， 國內FPGA的工程師大多是在IC設計公司從事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，如果不向驅動或是算法上靠攏，前途也不會太大。

而ARM單片機類的內容就較多，業(yè)界產(chǎn)品占用量大，應用人群廣，因此就業(yè)空間極大，而硬件設計最體現(xiàn)水平和水準的就是接口設計這塊，這是各個高級硬件工程師相互PK，判定水平高低的依據(jù)。

而接口設計這塊最關鍵的是看時序，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，最高還達不到100kbps的與它相接，必然要導致設計的失 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)秀的硬件工程師應該能夠在沒有參考方案的前提下設計 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?shù)目尚行圆眉?，但不是胡亂的來，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，因此導致地圖讀取速度十分的慢，這種情況是設計中嚴重的缺陷，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哪。其次是電路的調試能力和審圖能力，但最最基本的能力還是原理圖設計PCB繪 制，邏輯設計這塊。這是指的硬件設計工程師，從上面的硬件設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設計工程師，幫 人家解決EMC的問題。

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，在電路板調試過程中能通過自已編寫的測試程序對硬件功能進行 驗證。然后再交給基于操作系統(tǒng)級的驅動開發(fā)人員。

總之，硬件的內容很多很雜，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技能都要具備那些東西哪，首先要掌握EDA設計的輔助工具類如 ProtelORCADPowperPCBMaplux2ISE、VDHL語言，要能用到這些工具畫圖畫板做邏輯設計，再有就是接口設計審圖能力，再者就是調試能力，如果能走到總體方案設計這塊，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計能力還有具有相當深厚的基本功，就是EDA工具的使用，EDA工程師包括原理圖和PCB工具，邏輯設計工具和VHDL

SCH有Cadence下的Orcad 和Mentors公司pads下的powerpcb.

當然protel也具有這兩部分功能但它在國際上不通用。只是國內通用。如果想走得高些或到臺資、日資、美資公司及國內需要對外交流的大公司的話，上面的硬件的原理圖工具和PCB工資必須掌握的。邏輯這塊，硬件工程師主要是負責CPLD這塊，涉及FPGA這塊時應該會有專業(yè)FPGA人員來搞定的，因FPGA不太適合做邏輯的。因此硬件工程師只到CPLD為止。

硬件是要靠經(jīng)驗，也要靠積累的。最后，路漫漫其修遠兮，一定要在堅持堅持！