一個工程師的硬件之路
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我總是想用最簡短的話語來表達我的思想，說出我最想對初學(xué)者說的話，但是往往力不能及。也深知大家時間的寶貴，不愿把時間浪費在毫無意義的事情上，所以我把我最想說的話用提綱的形式列在文章的前頭了，沒有時間的話，各位看官只需看看前頭就可以了。
優(yōu)秀硬件工程師需要什么（來自網(wǎng)上文章以及自己的總結(jié)）：
1． 對硬件無限的熱情（第一位，本人認為）
2． 數(shù)字電路、模擬電路、protel 等（高頻等其他的知識我還沒有用過）
3． C 語言
4． 單片機（匯編語言）
5． FPGA（包括verilog/vhdl、sopc）
6． ARM（包括嵌入式操作系統(tǒng)，建議先學(xué)UCOS，適合初學(xué)者）
7． DSP
以上并非每一種都要精通，根據(jù)自己的實際，5、6、7 可以選擇其中的一到兩種，當然都會的話那更好。2-4 本人認為這是基礎(chǔ)，必須精通。
硬件需求配置：
1．學(xué)習(xí)單片機的話，仿真器是必不可少的，有沒有編程器倒是影響不大，建議自己買一塊即插即用的萬能板，自己搭建系統(tǒng)來試驗。這樣不用烙鐵焊接了，因為我們作為學(xué)習(xí)者，很容易焊錯器件或者是引腳。買開發(fā)板的話，就會對硬件的連接不會很了解，建議初學(xué)者自己搭建系統(tǒng)以及其他的外擴器件。這會讓你對整體的硬件連接了如指掌。全在自己的掌控之中。還有有一臺示波器的話那是再理想不過了，那會幫助我們分析解決問題，特別是在做串口實驗、中斷、I2CEEPROM 讀寫的時候。
2． 學(xué)習(xí)FPGA，那么就不能像學(xué)習(xí)單片機一樣找來一片芯片就可以動手了。像51 類單片機的引腳不是很多，但是FPGA 就不一樣了，往往有幾十個甚至一百多的引腳，我用的altera 的ep1c20 有144 個引腳，全貼片工藝，所以這個時候我們就必須在市場上買一個開發(fā)板了。我用的是altera 公司的EP1C20cyclone 系列的開發(fā)板，是我們辦公室的人以前買的，現(xiàn)在正好我用。據(jù)說是5000 元，還是大學(xué)計劃時候買的。有條件用好的當然好，但是對于我們一般初學(xué)者用的話，只要帶有常用功能的開發(fā)板就可以了，市場上1000 元左右的還是有的。
3． ARM 學(xué)習(xí)的話，當然也離不開開發(fā)板的購買，上次給我二導(dǎo)提建議給我買一個，他很爽快的答應(yīng)了，讓我挑選一塊，我選了周立功的smartarm2200，1980 元RMB，貨現(xiàn)在還沒有來。學(xué)習(xí)arm 的話，嵌入式操作系統(tǒng)是少不了的。操作系統(tǒng)有很多，用的最多的是linux ，由之發(fā)展而來的有uclinux、armlinux 等；其次是ucos。本人建議先學(xué)習(xí)ucos，它代碼量少，容易學(xué)習(xí)。要是有altera 的nios 開發(fā)板的話，也可以學(xué)習(xí)ucos，altera 公司的nios ide 支持好幾種RTOS，其中就包括ucos，直接用就ok 了。
4．ＤＳＰ屬于比較高的層次，對人的要求比較高。開發(fā)板價格應(yīng)該也不菲，我現(xiàn)在還沒有用過。各位同學(xué)看了后會發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)這些東西不光是時間、精力的問題，還涉及到一個讓我們同學(xué)們很感冒的問題，那就是器件的購買，這些都需要錢，而且價格都不菲。大部分的我們是沒有這份閑錢的，同學(xué)們可以找?guī)讉€志同道合的同學(xué)一塊買，還可以一塊討論。要是學(xué)校實驗室有的話就在實驗室搞，要是導(dǎo)師有就找導(dǎo)師要，總之不要放過任何可能的機會，同志們要深知我們的命運把握在我們自己手中，既然選擇了硬件這條路，就要認認真真地走下去，不光要走下去，還要想方設(shè)法走的很好。以上都是我的一家之言，同學(xué)們千萬不要全信，僅給諸君一個初步的認識，如若錯誤還請一笑了之，純當小孩之言，無稽之談。
在啰嗦之前，我想介紹一下我辦公室的人員組成，因為這個對我有很大的影響。辦公室有四個人，一個是擁有十一年工作經(jīng)驗且已擁有自己專利的高級工程師（我的導(dǎo)師要他帶我，我習(xí)慣叫他二導(dǎo)，這是我為什么在這個辦公室的原因），一個是擁有5 年經(jīng)驗熱心助人的工程師，還有兩個分別是電源和視頻方面的專家或者元老級人物。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，F(xiàn)PGA，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。
熱情不是唯一的原因，還有另外一個原因就是試驗室給我提供了很好的學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)習(xí)單片機的時候，試驗室有現(xiàn)成的winbond 51 單片機，有偉福仿真器，有advanced labtool 48uxp 萬能編程器，有一臺十二萬的示波器，自己買個萬能板，找本書就在上邊進行試驗了。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 機通信）、I2Ceeprom 讀寫、A/D轉(zhuǎn)換、溫度的測量等等，給我成就感的是每一個試驗經(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心只有有過這種經(jīng)歷的人才能夠體會。正是有這份熱情和愛好，常常在實驗室呆上十二三個小時，通常是晚飯在食堂吃了后直接到驗室，晚上九點半回寢室（辦公樓10 點關(guān)門）。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也是人生知識的積累，有了這些知識的積累，我想也為以后作更大的項目打下了基礎(chǔ)。
以上的試驗我都是采用的verilog 語言來實現(xiàn)的。當初接觸fpga 的時候向?qū)W習(xí)VHDL，那時同學(xué)們都用verilog，以便和他們討論問題的方便，后來就改學(xué)習(xí)verilog 了，一學(xué)不要緊，發(fā)現(xiàn)自己深深地愛上了verilog，因為對于我來說，他無疑更加適合我。這也是我的一個經(jīng)驗，那就是看看你旁邊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是不是當前最流行的和用的最廣泛的，但是你若要和他們交流討論問題的話，那你還是遷就一下，大環(huán)境是這樣的，和你旁邊的人所用工具一樣，交流起來也會順暢方便。來實驗室后，因為我們實驗室的員工用的偉福的仿真器，所以軟件當然還是用偉福提供的。偉福的軟件不怎么好，只支持匯編，比起大名鼎鼎的keil c51 那是遜了一大截。但是在前期的時候我還是選擇了偉福的軟件，因為我不想到時候我有問題不會的時候周邊沒有人幫助我。再后來，經(jīng)過自己的摸索和向身邊的工程師們請教，偉福用的已經(jīng)很熟悉了，匯編也有了自己的一套，這個時候我開始在偉福里邊嵌入keil，用c 語言來寫程序，但是調(diào)試的時候用偉福軟件還是有缺陷，比如說不能夠單步執(zhí)行。所以再后來我下載了keil c51 軟件，從此以后我正式的在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，我想偉福在制造他的產(chǎn)品的時候就已經(jīng)考慮到這點了，他的一些產(chǎn)品肯定要兼容主流軟件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)工程師們都必需的，匯編有c 不可企及之處，有時候還非用匯編不可。匯編的運行效率高，但是寫起來很是繁瑣，繁瑣規(guī)繁瑣，當在某些特定的時刻，匯編發(fā)揮了他不可替代的作用。比如在將usoc 移植到單片機的時候，與處理器相關(guān)的程序還真是必須用匯編來完成。
再后來，開始學(xué)習(xí)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，心中一直充滿著無限的熱清。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是從最簡單的led 閃爍開始，從單片機到fpga 到sopc 再到ucos，只有每天的一個小小的進步才能讓我擁有對工作的熱情，只有這每天小小的看得見的"階梯成就感"，才能激發(fā)自己對更多知識的追求。本人比較欣賞altera 公司推出的可編程片上系統(tǒng)（即sopc），她解放了我們搭建硬件系統(tǒng)的繁瑣，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 公司為我們提供的nios IDE環(huán)境里邊對我們的硬件系統(tǒng)進行軟件編程，在這里，完全用c 語言來完成我們所需要的功能。與前邊學(xué)習(xí)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(fù)雜的功能設(shè)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)我們需要的功能，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，要做的僅僅是去用它而已。
最近一段時間在學(xué)習(xí)ucos 嵌入式操作系統(tǒng)，主要是運用在FPGA 里面。nios 已經(jīng)為我們移植好了，不需要修改任何文件。在nios 用戶界面里進行一些相應(yīng)的設(shè)置，就可以用它了。altera 公司為我們提供的模板里邊有幾個很好的例子，任務(wù)管理、信號量、郵箱傳遞、事件標志、時間管理等都為我們提供了很好的模板，我們需要作的是認真的閱讀它，研究它，必要的話對模板進行一些改寫來完成自己的功能，這是模仿的更高的一個境地了，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(xué)者非常樂于做的事情。
在進行fpga 學(xué)習(xí)的時候，我遇到過事情停滯不前，沒有進展，心情沮喪的時候。那個時候?qū)Φ讓佑布粺o所知，連對基本的原理圖也看不懂，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，每天一點進步也沒有，那是一個很漫長的日子，現(xiàn)在想起來，依然慶幸自己沒有絕望，沒有對自己熱愛的硬件失去信心。后來事件出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機。有一次我和我辦公室的一個工程師聊天，談到了我的空惑，他建議我先學(xué)習(xí)單片機，自己搭建硬件平臺從最小系統(tǒng)做起。這個工程師熱心助人，學(xué)習(xí)方面的問題他總是很耐心的為我解答，讓我受益匪淺，我很慶幸能夠在這種環(huán)境當中學(xué)習(xí)，雖說我不在高校，但是研究所為我提供的學(xué)習(xí)環(huán)境與硬件設(shè)施我想不是每個高校學(xué)生能夠享受到的。我想說的是，遇到問題的時候，當我們感覺事情沒法進展下去的時候，我們不妨換一種方式，多與周邊的人聊聊天。在我的環(huán)境里，我的導(dǎo)師是一個擁有近30 年硬件開發(fā)經(jīng)驗的資深研究員，才開始的時候我什么都不懂（赫赫，感覺現(xiàn)在依然什么都不懂，東西越學(xué)越多，總也學(xué)不完），但是我總喜歡跑到我導(dǎo)師的辦公室和他瞎聊。他和藹可親，容易接近，和他交流的時候總是給我一些職業(yè)和人生方面的忠告，這些忠告將會伴隨著我的人生。
人生總是有很多坎坷，我們的學(xué)習(xí)也是的。在這個時候我們就要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》，在那里我們可以找到好好活下去的理由；當看中了某件事情的時候，我們就需要鼓足勇氣，滿腔熱情地去迎接它，遇到困難的時候多和別人交流，或者是去網(wǎng)上看看李嘉誠的寫給青年的《are you ready》，在那里我們可以學(xué)到謙虛、勇氣、智慧、毅力。
最后送給我們的初學(xué)者一句話。《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。
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