如何才能成為一名卓越的硬件工程師？

對于很多硬件工程師而言，每天都在忙活著(zhù)手頭上的工作，但是有時(shí)候并不知道自己的水平去到哪里，也不知道怎樣提高，這在這個(gè)瞬息萬(wàn)變的社會(huì )里面，其實(shí)有點(diǎn)危險！

畢竟我們這些憑手藝吃飯的人不像某些尸位素餐的某猿，是跟不上潮流就會(huì )被淘汰的。

所以就算我們不能成為最TOP的那個(gè)，也力爭成為排在前面的那一批人。

但我們工程師怎樣成為最TOP呢？該怎么學(xué)習呢？

根據我們從小受到的教育中我們知道，這首先要求我們對于知識要理解透徹，越深入越好，對于任何一個(gè)知識點(diǎn)，通過(guò)基本公式，用數學(xué)工具推導到最后來(lái)驗證高級定律和公式。我想對于這一點(diǎn)，高考物理是達到了極點(diǎn)，高中物理知識其實(shí)不難，但是我們?yōu)榱诉x拔的目的，把物理各種定律糅合在一起，結合一些腦筋急轉彎，復雜的運算，造成高考物理是最難的科目了。

但如果我們拿著(zhù)解高考物理難題的精神來(lái)解決硬件問(wèn)題，當然精神可嘉，工作之余還是值得鼓勵這種學(xué)習和探索精神的；可是這樣對于項目開(kāi)發(fā)卻是沒(méi)有多少好處，畢竟硬件工程師的工作是工程開(kāi)發(fā)，在規定的時(shí)間和預算之內完成硬件項目，而不是你在這個(gè)時(shí)間呢自己推導出來(lái)了什么公式和計算結果，那是科學(xué)家的工作，那是Research的工作。

工程開(kāi)發(fā)一個(gè)重要特點(diǎn)就是“踩在前人的足跡”，就是通過(guò)過(guò)去幾十上百年的工程實(shí)踐，對于各種情況有了很多經(jīng)驗數據和經(jīng)驗方法，比如對于PCB layout來(lái)說(shuō)，基本上每個(gè)公司都有自己的design guidelines/check list，這就是公司在過(guò)去很多項目中總結出來(lái)的，每一條可以說(shuō)都付出了“血”的代價(jià)，這是對于板級設計來(lái)說(shuō)了；對于核心芯片和器件，就更是如此了，芯片或器件公司幾十數百人歷時(shí)數年搞出來(lái)的一款芯片和器件，又豈是你通過(guò)幾百頁(yè)datasheet可以徹底理解的。

大多數情況下，知道主要接口，參數，功能和性能就足夠了，尤其是芯片/器件公司提供的design guidelines或者application notes，里面一般都是芯片/器件工程師的肺腑之言，經(jīng)驗之談，一般來(lái)說(shuō)沒(méi)有個(gè)十年二十年工作經(jīng)驗的工程師是寫(xiě)不了這些東西的。

看起來(lái)雖然很簡(jiǎn)單，看起來(lái)像是廢話(huà)，但是細細分析，結合電路定理和電磁定律，略微分析，就會(huì )發(fā)現簡(jiǎn)直字字珠璣。

剛畢業(yè)的好學(xué)生（一般來(lái)說(shuō)學(xué)習好，喜歡啃難題，學(xué)習能力強，求知欲強）初干硬件設計，就會(huì )發(fā)現涉及的知識點(diǎn)和技術(shù)要點(diǎn)太多了，如果這個(gè)知識點(diǎn)想要理解透徹，那個(gè)知識點(diǎn)也要理解透徹，會(huì )發(fā)現一天24小時(shí)根本不夠用，但是對不起，公司請你過(guò)來(lái)不是讓你學(xué)習的，是要干硬件設計的，過(guò)一個(gè)月就要見(jiàn)原理圖了，你還在這捧著(zhù)OrCAD手冊一個(gè)命令一個(gè)命令學(xué)習OrCAD使用技巧，研究為啥要有串行電阻呢，研究這個(gè)電容是取0.1uF還是0.01uF.。

有求知欲是好事，但是那是在工作之余，項目之余，虛心向前輩學(xué)習，盡量利用各種design guidelines，盡快完成設計工作，記錄自己的知識缺點(diǎn)，在業(yè)余時(shí)間努力學(xué)習，理解透徹，通過(guò)設計驗證/測試，加深對于知識點(diǎn)的了解，這才是正確的工作方法。

我在剛畢業(yè)的時(shí)候欣喜的發(fā)現傳輸線(xiàn)理論太重要了，遂花了一個(gè)月把傳輸線(xiàn)理論努力了一把，并推導了大量公式進(jìn)行驗證，其實(shí)總結起來(lái)就是幾句話(huà)，阻抗匹配，如果接收端阻抗大于發(fā)送端，信號會(huì )怎么樣；如果小于，信號會(huì )怎么樣；如果開(kāi)路，會(huì )怎么樣；如果短路，會(huì )怎么樣，這幾條基本每本信號完整性的書(shū)上都會(huì )介紹，也不會(huì )有很復雜的數學(xué)公式推導，知道就行了，然后就是如何平衡****端的阻抗，串行電阻，PCB阻抗，匹配阻抗等等，都是簡(jiǎn)單的數學(xué)公式。

所以說(shuō)，對于求知欲特別強的人（比如我），有時(shí)候一定要學(xué)會(huì )“淺嘗輒止”，充分利用前輩經(jīng)驗，避免陷入技術(shù)的誤區，比如放著(zhù)公式不用，非得自己用二重積分推導一遍。

硬件開(kāi)發(fā)最主要的特點(diǎn)就是“廣博”，什么東西都要知道，一個(gè)好的硬件工程師就要什么都要懂一點(diǎn)，當然對于某些方面能夠深入一些到原理層次就更好了。

關(guān)于硬件設計的各種技術(shù)/標準/芯片/器件都要知道，需要的時(shí)候，能夠信手拈來(lái)，功能性能，參數特性，優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)。

那一個(gè)好的硬件工程師應該具備哪些基本知識和能力呢？

1. 快速學(xué)習的能力：

作為一個(gè)通信汪，我就以通信設備方面來(lái)說(shuō)吧！

一方面，通信技術(shù)，標準，芯片更新的太快了，快到你根本來(lái)不及系統的了解它，只能通過(guò)特定的項目，需求進(jìn)行了解；另一方面對于公司來(lái)說(shuō)，需要做的硬件產(chǎn)品也是變化很快，客戶(hù)需要T1， E1， PDH， SDH，Ethernet， VoIP， Switch， Router， 沒(méi)有人是什么都懂的，都需要能夠結合客戶(hù)的需求，選擇的芯片方案進(jìn)行詳細了解，尤其對于接口協(xié)議和電氣特性。

假設你是做電源的，同理，你也需要對電源相關(guān)的知識和客戶(hù)的需求進(jìn)行深入的理解和學(xué)習吧？

2. 對協(xié)議和標準的理解：

繼續用通信設備做代表。

通信設備，顧名思義，就是用來(lái)實(shí)現多種通信協(xié)議（比如T1， E1， V.35，PDH， SDH/SONET， ATM， USB， VoIP， WiFi， Ethernet， TCP/IP，RS232等等常用協(xié)議）實(shí)現通信的設備，各種電路，PCB板，電源都是為了通信協(xié)議服務(wù)的。

通信協(xié)議一般都是由芯片實(shí)現，要么是成熟的 ASIC，要么是自己開(kāi)發(fā)的FPGA/CPLD，芯片工程師或者FPGA工程師比硬件工程師跟靠近通信協(xié)議，他們需要對于通信協(xié)議理解很透徹，實(shí)現各種邏輯上的狀態(tài)機以及滿(mǎn)足協(xié)議規定的電氣參數標準。

按照OSI的七層模型，硬件工程師尤其需要專(zhuān)注于一層物理層和二層數據鏈路層的協(xié)議標準，以 Ethernet距離，物理層是由PHY/transceiver芯片完成，數據鏈路層是由MAC/switch 芯片完成，對于從事Ethernet相關(guān)開(kāi)發(fā)的硬件工程師來(lái)說(shuō)，需要對于PHY和Switch芯片理解透徹，從編碼方式，電氣參數，眼圖標準，模板，信號頻率到幀格式，轉發(fā)處理邏輯，VLAN等等。

對于傳統PDH/SDH/SONET設備就更是如此，PDH/SDH/SONET是更硬件的設備，就是說(shuō)主要協(xié)議都是通過(guò)ASIC實(shí)現的，軟件的功能主要是管理，配置，監視，告警，性能，對于硬件工程師來(lái)說(shuō)，必須要熟悉使用的相關(guān)協(xié)議和接口標準，尤其對于電氣規范，眼圖模板，這樣在設計驗證的時(shí)候才能胸有成竹。

如果你做智能家居的，你對藍牙、WIFI、Zigbee的新標準應該要深入了解吧，各自的優(yōu)劣勢也應該了如指掌吧，最新的標準有啥提升和缺點(diǎn)也可以信手拈來(lái)，說(shuō)不定這樣你就能做出符合消費者需求的全新產(chǎn)品呢！也指不定在跳槽的時(shí)候，因為你掌握了一個(gè)別人還沒(méi)有了解的技術(shù)，而獲得成功呢！

3. 寫(xiě)文檔的能力：

誠如軟件設計一樣，好的軟件設計需要好的設計文檔，明確需求，實(shí)現什么功能，達到什么驗收標準，隨著(zhù)芯片集成度的增加，接口速率的提高，單板復雜度的提高，硬件設計也越來(lái)越復雜以及對應熱穩定性，可靠性，電磁兼容，環(huán)境保護的要求，已經(jīng)不是通過(guò)小米加步木。

倉的游擊戰可以解決了，每一個(gè)硬件項目都是一場(chǎng)戰爭，都需要好好的規劃，好好的分析，這就需要好好做文檔。

對于硬件工程師來(lái)說(shuō)，最重要的文檔有兩個(gè)：一個(gè)是硬件設計規范（HDS ： hardware design specification）和硬件測試報告（一般叫EVT：Engineering Validation& Test report或者DVT： Design Validation & Test report），對于HDS的要求是內容詳實(shí)，明確，主芯片的選擇/硬件初始化，CPU的選擇和初始化，接口芯片的選擇/初始化/管理，各芯片之間連接關(guān)系框圖（Block Diagram），DRAM類(lèi)型/大小/速度，FLASH類(lèi)型/大小/速度，片選，中斷，GPIO的定義，復位邏輯和拓撲圖，時(shí)鐘/晶振選擇/拓撲，RTC的使用，內存映射（Memory map）關(guān)系， I2C器件選擇/拓撲，接口器件/線(xiàn)序定義，LED的大小/顏色/驅動(dòng)，散熱片，風(fēng)扇，JTAG，電源拓撲/時(shí)序/電路等等。

對于DVT來(lái)說(shuō)，要求很簡(jiǎn)單也很復雜：板卡上有什么接口，芯片，主要器件，電路，就要測試什么，尤其在板卡正常工作的情況下的電源/電壓/紋波/時(shí)序，業(yè)務(wù)接口的眼圖/模板，內部數據總線(xiàn)的信號完整性和時(shí)序（如MII， RGMII， XAUI， PCIe，PCM bus， Telecom Bus， SERDES， UART等等），CPU子系統（如時(shí)鐘，復位，SDRAM/DDR，FLASH接口）。

好的硬件工程師無(wú)論是做的文檔還是報道都是令人一目了然，這個(gè)硬件系統需要用什么方案和電路，最后驗證測試的結果如何。

內容詳實(shí)，不遺漏各種接口/電路；簡(jiǎn)單名了，不說(shuō)廢話(huà)；圖文并茂，需要的時(shí)候一個(gè)時(shí)序圖，一個(gè)示波器抓圖就很能說(shuō)明問(wèn)題了。

4. 儀表/軟件的使用能力：

儀表包括電烙鐵，萬(wàn)用表，示波器，邏輯分析儀，誤碼儀，傳輸分析儀，以太網(wǎng)測試儀Smartbits/IXIA，熱量計，衰減器，光功率計，射頻信號強度計等等；軟件包括Office（Outlook，Word， Excel， PowerPoint， Project， Visio），PDF，常用原理圖軟件Pads或者OrCAD，常用PCB軟件Pads或者Allegro，Allegro Viewer，電路仿真軟件PSPICE，信號仿真軟件HyperLynx等等。

無(wú)論儀表還是軟件，在政治經(jīng)濟學(xué)里說(shuō)都是生產(chǎn)工具，都是促進(jìn)生產(chǎn)力提高的，作為硬件工程師來(lái)說(shuō)，這些儀表和軟件就是手中的木。

倉炮，硬件工程師很大一部分能力的體現都在與儀表和軟件的使用上，尤其對于原理圖軟件和示波器的使用，更是十分重要，原理圖軟件的使用是硬件設計的具體實(shí)現，通過(guò)一個(gè)個(gè)器件的擺放，一個(gè)個(gè)NET的連接，構成了是十分復雜的硬件邏輯軟件，是整個(gè)硬件設計的核心工作，任何一個(gè)原理圖上的失誤和錯誤造成的損失都是巨大的，真是“如履薄冰，戰戰兢兢”。

另外，原理圖軟件的使用還體現在原理圖的美觀(guān)上，好的設計，簡(jiǎn)單明了，注釋明確，無(wú)論是誰(shuí)，順著(zhù)思路就能很快搞清楚設計意圖，需要特別注意之處，不好的設計，東一個(gè)器件，西一個(gè)器件，沒(méi)有邏輯，命名怪異，難以理解，日后維護起來(lái)相當麻煩；示波器在所有測試儀表之中，對于硬件工程師是最重要的，無(wú)論原理圖還是PCB都是設計工作，但是任何設計都需要仔細的驗證測試，尤其在信號方面，都需要大量的示波器工作，不會(huì )正確的使用示波器根本談不上正確的驗證，接地有沒(méi)有接好，測試點(diǎn)的選擇，觸發(fā)的選擇，延時(shí)的選擇，幅度、時(shí)間的選擇，都決定著(zhù)測試的結果。如果錯誤的使用示波器必然帶來(lái)錯誤的測試結果，這種情況下，有可能本來(lái)是錯誤的設計被誤認為是正確的，帶來(lái)巨大的隱患；本來(lái)是正確的設計被誤認為是錯誤的，帶來(lái)大量的時(shí)間精力浪費。

5. 電路設計的能力：

隨著(zhù)芯片集成度的提高，硬件設計似乎變簡(jiǎn)單了。首先是邏輯連接，其次考慮信號完整性需要的串行電阻選擇和并行電容選擇，電源濾波，退耦。

不過(guò)對于好的硬件工程師來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單的邏輯連接（這個(gè)芯片的同樣總線(xiàn)的輸出接另一個(gè)芯片的輸入，等等），只是硬件設計的最基本技能，電路是芯片功能，通信協(xié)議和各種軟件的載體，沒(méi)有對電路的深入理解，根本談不上對硬件設計的深入理解，尤其對于芯片后面列的電氣性能參數或者離散器件各種參數的理解，胡亂亂接，可能在3.3V的總線(xiàn)上可以工作，但是現在工作電壓已經(jīng)降到1V了，什么概念，信號線(xiàn)上的噪聲都已經(jīng)大到可以使采樣出現誤判了，隨著(zhù)信號速率的提高和工作電壓的降低，數字信號已經(jīng)越來(lái)越模擬化了，這就需要對于PCB的阻抗，容抗，感抗，離散器件（電阻，電容，電感，二極管，三極管，MOSFET，變壓器等），ASIC的接口電氣參數深入了解，這都需要對電路原理，模擬電路甚至電磁場(chǎng)理論深入學(xué)習，電路可以說(shuō)是電磁場(chǎng)理論的子集，沒(méi)有電磁場(chǎng)理論的理解，根本談不上對于電容，電感，串擾，電磁輻射的理解。

尤其對于電源電路設計上，現在芯片電壓多樣化，電壓越來(lái)越低，電流越來(lái)越大，運營(yíng)商對于通信設備功耗的嚴格要求，散熱要求，對于電源設計的挑戰越來(lái)越大。

可以說(shuō)，對于一個(gè)硬件設計來(lái)說(shuō)，40%的工作都是在于電源電路的原理圖/PCB設計和后期測試驗證，電源電路設計是硬件工程師電路能力的集中體現，各種被動(dòng)器件、半導體器件、保護器件、DC/DC轉換典型拓撲，都有很多參數，公式需要考慮到，計算到。

6. 溝通和全局控制的能力：

硬件工程師在一個(gè)硬件項目中，一般處于Team leader的作用，要對這個(gè)硬件項目全權負責，需要協(xié)調好PCB工程師，結構工程師，信號完整性工程師，電磁兼容工程師等各種資源，并與產(chǎn)品經(jīng)理，項目經(jīng)理，軟件工程師，生產(chǎn)工程師，采購工程師緊密配合，確保各個(gè)環(huán)節按部就班，需要對整個(gè)項目計劃了然于胸，各個(gè)子任務(wù)的發(fā)布時(shí)間，對于可能出現的技術(shù)難題和風(fēng)險的估計，控制。

對于外部來(lái)說(shuō)，硬件工程師還要與芯片的分銷(xiāo)商，FAE處理好關(guān)系，爭取獲得更大的技術(shù)支持和幫助；與EMC實(shí)驗室，外部實(shí)驗室打好交道，獲得更靈活的測試時(shí)間和更多的整改意見(jiàn)。