2023年硬件工程师基础知识.docx

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1、2023年硬件工程师基础知识 第一篇：硬件工程师基础学问 硬件工程师基础学问 目的：基于实际阅历与实际项目具体理解并驾驭成为合格的硬件工程师的最基本学问。 1基本设计规范 2CPU基本学问、架构、性能及选型指导 3MOTOROLA公司的PowerPC系列基本学问、性能详解及选型指导 4网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)的基本学问、架构、性能及选型 5常用总线的基本学问、性能详解 6各种存储器的具体性能介绍、设计要点及选型 7Datacom、Telecom领域常用物理层接口芯片基本学问，性能、设计要点及选型 8常用器件选型要点与精华 9FPGA、CPLD、EPLD的具体性能介绍、

2、设计要点及选型指导 10VHDL和Verilog HDL介绍 11网络基础 12国内大型通信设备公司硬件探讨开发流程； 二最流行的EDA工具指导 娴熟驾驭并运用业界最新、最流行的专业设计工具 1Innoveda公司的ViewDraw，PowerPCB，Cam350 2CADENCE公司的OrCad，Allegro，Spectra 3Altera公司的MAX+PLUS II 4学习娴熟运用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX+PLUS II、ISE、FOUNDATION等工具； 5XILINX公司的FOUNDATION、ISE 一

3、 硬件总体设计 驾驭硬件总体设计所必需具备的硬件设计阅历与设计思路 1产品需求分析 2开发可行性分析 3系统方案调研 4总体架构，CPU选型，总线类型 5数据通信与电信领域主流CPU：M68k系列，PowerPC860,PowerPC8240,8260体系结构，性能及对比; 6总体硬件结构设计及应留意的问题； 7通信接口类型选择 8任务分解 9最小系统设计； 10PCI总线学问与规范； 11如何在总体设计阶段避开出现致命性错误； 12如何合理地进行任务分解以到达事半功倍的效果? 13项目案例：中、低端路由器等 二 硬件原理图设计技术 目的：通过具体的项目案例，具体进行原理图设计全部阅历，设计要

4、点与精髓揭密。 1电信与数据通信领域主流CPUM68k,PowerPC860,8240,8260等的原理设计阅历与精华； 2Intel公司PC主板的原理图设计精髓 3网络处理器的原理设计阅历与精华； 4总线结构原理设计阅历与精华； 5内存系统原理设计阅历与精华； 6数据通信与电信领域通用物理层接口的原理设计阅历与精华； 7电信与数据通信设备常用的WATCHDOG的原理设计阅历与精华； 8电信与数据通信设备系统带电插拔原理设计阅历与精华； 9晶振与时钟系统原理设计阅历与精华； 10PCI总线的原理图设计阅历与精华； 11项目案例：中、低端路由器等 三硬件PCB图设计 目的：通过具体的项目案例，进

5、行PCB设计全部阅历揭密，使你快速成长为优秀的硬件工程师 1高速CPU板PCB设计阅历与精华； 2一般PCB的设计要点与精华 3MOTOROLA公司的PowerPC系列的PCB设计精华 4Intel公司PC主板的PCB设计精华 5PC主板、工控机主板、电信设备用主板的PCB设计阅历精华； 6国内著名通信公司PCB设计规范与工作流程； 7PCB设计中生产、加工工艺的相关要求； 8高速PCB设计中的传输线问题； 9电信与数据通信领域主流CPUPowerPC系列的PCB设计阅历与精华； 10电信与数据通信领域通用物理层接口(百兆、千兆以太网，ATM等)的PCB设计阅历与精华； 11网络处理器的PCB

6、设计阅历与精华； 12PCB步线的拓扑结构极其重要性； 13PCI步线的PCB设计阅历与精华； 14SDRAM、DDR SDRAM125/133MHz的PCB设计阅历与精华； 15项目案例：中端路由器PCB设计 四硬件调试 目的：以具体的项目案例，传授硬件调试、测试阅历与要点 1硬件调试等同于黑箱调试，如何快速分析、解决问题？ 2大量调试阅历的传授； 3如何加速硬件调试过程 4如何快速解决硬件调试问题 5DATACOM终端设备的CE测试要求 五软硬件联合调试 1如何判别是软件的错？ 2如何与软件进行联合调试？ 3大量的联合调试阅历的传授； 目的：明确职业进展的方向与定位，真正理解大企业对人才的

7、要求，明确个人在职业技能方面努力的方向。 1职业生涯询问与指导 2如何成为优秀的硬件开发工程师并获得高薪与高职？ 3硬件工程师的逆境与出路 4优秀的硬件工程师的标准 其次篇：硬件工程师 硬件工程师必看-必杀技学习(转)充分了解各方的设计需求,确定合适的解决方案 启动一个硬件开发项目,原始的推动力会来自于很多方面,比方市场的需要,基于整个系统架构的需要,应用软件部门的功能实现需要,提高系统某方面实力的需要等等,所以作为一个硬件系统的设计者,要主动的去了解各个方面的需求,并且综合起来,提出最合适的硬件解决方案。比方A项目的原始推动力来自于公司内部的一个高层软件小组,他们在实际当中觉察原有的处理器板

8、IP转发实力不能满意要求,从而对于系统的配置和运用都会造成很大的不便,所以他们提出了对新硬件的需求。根据这个目标,硬件方案中就针对性的选用了两个高性能网络处理器,然后还需要深化的和软件设计者沟通,以确定内存大小,内部结构,对外接口和调试接口的数量及类型等等微小环节,比方软件人员宠爱将限制信令通路和数据通路完全分开来,这样在确定内部数据走向的时候要慎重考虑。项目起先之初是需要召开很多的探讨会议的,应当尽量邀请全部相关部门来参与,好处有三个,第一可以充分了解大家的需要,以免在系统设计上遗漏重要的功能,其次是可以让各个部门了解这个项目的状况,提早做好时间和人员上协作的准备,第三是从感情方面讲,在设计

9、之初各个部门就参与了进来,这个项目就变成了大家共同的一个心血结晶,会得到大家的呵护和良好合作,对完成工作是很有关心的。原理图设计中要留意的问题 原理图设计中要有“拿来主义,如今的芯片厂家一般都可以供应参考设计的原理图,所以要尽量的借助这些资源,在充分理解参考设计的基础上,做一些自己的发挥。当主要的芯片选定以后,最关键的外围设计包括了电源,时钟和芯片间的互连。 电源是保证硬件系统正常工作的基础,设计中要具体的分析：系统能够供应的电源输入;单板需要产生的电源输出;各个电源需要供应的电流大小;电源电路效率;各个电源能够允许的波动范围;整个电源系统需要的上电依次等等。比方A项目中的网络处理器需要1.2

10、5V作为核心电压,要求精度在5%-3%之间,电流需要12A左右,根据这些要求,设计中接受5V的电源输入,利用Linear的开关电源限制器和IR的MOSFET搭建了合适的电源供应电路,精度要求确定了输出电容的ESR选择,并且为防止电流过大造成的电压跌落,加入了远端反馈的功能。 时钟电路的实现要考虑到目标电路的抖动等要求,A项目中用到了GE的PHY器件,刚起先的时候运用一个内部带锁相环的零延时时钟支配芯片供应100MHz时钟,结果GE链路上出现了丢包,后来换成简洁的时钟Buffer器件就解决了丢包问题,分析起来就是内部的锁相环引入了抖动。 芯片之间的互连要保证数据的无误传输,在这方面,高速的差分信

11、号线具有速率高,好布线,信号完好性好等特点,A项目中的多芯片间互连均接受了高速差分信号线,在调试和测试中没有出现问题。PCB设计中要留意的问题 PCB设计中要做到目的明确,对于重要的信号线要特殊严格的要求布线的长度和处理地环路,而对于低速和不重要的信号线就可以放在稍低的布线优先级上。重要的部分包括：电源的分割;内存的时钟线,限制线和数据线的长度要求;高速差分线的布线等等。 A项目中运用内存芯片实现了1G大小的DDR memory,针对这个部分的布线是特殊关键的,要考虑到限制线和地址线的拓扑分布,数据线和时钟线的长度差异限制等方面,在实现的过程中,根据芯片的数据手册和实际的工作频率可以得出具体的

12、布线规则要求,比犹如一组内的数据线长度相差不能超过多少个mil,每个通路之间的长度相差不能超过多少个mil等等。当这些要求确定后就可以明确要求PCB设计人员来实现了,假如设计中全部的重要布线要求都明确了,可以转换成整体的布线约束,利用CAD中的自动布线工具软件来实现PCB设计,这也是在高速PCB设计中的一个进展趋势。检查和调试 当准备调试一块板的时候,确定要先认真的做好目视检查,检查在焊接的过程中是否有可见的短路和管脚搭锡等故障,检查是否有元器件型号放置错误,第一脚放置错误,漏装配等问题,然后用万用表测量各个电源到地的电阻,以检查是否有短路,这个好习惯可以避开贸然上电后损坏单板。调试的过程中要

13、有平和的心态,遇见问题是特殊正常的,要做的就是多做比较和分析,逐步的解除可能的缘由,要坚信“凡事都是有方法解决的和“问题出现确定有它的缘由,这样最终确定能调试胜利。一些总结的话 如今从技术的角度来说,每个设计最终都可以做出来,但是一个项目的胜利与否,不仅仅取决于技术上的实现,还与完成的时间,产品的质量,团队的协作亲热相关,所以良好的团队协作,透亮坦诚的项目沟通,精细周密的研发支配,充裕的物料和人员支配,这样才能保证一个项目的胜利。 一个好的硬件工程师事实上就是一个项目经理,他/她需要从外界沟通获得对自己设计的需求,然后汇总,分析成具体的硬件实现。还要跟众多的芯片和方案供应商联系,从中选择出合适

14、的方案,当原理图完成后,他/她要组织同事来进行协作评审和检查,还要和CAD工程师一起工作来完成PCB的设计。与此同时,还要准备好BOM清单,起先选购和准备物料,联系加工厂家完成板的贴装。在调试的过程中他/她要组织好软件工程师来一起攻关调试,协作测试工程师一起解决测试中觉察的问题,等到产品推出到现场,假如出现问题,还需要做到刚好的支持。所以做一个硬件设计人员要熬炼出良好的沟通实力,面对压力的调整实力,同一时间处理多个事务的协调和决断实力和良好平和的心态等等。 还有细心和认真,因为硬件设计上的一个小疏忽往往就会造成特殊大的经济损失,比方以前遇到一块板在PCB设计完备出制造文件的时候误操作造成了电源层和地层连在了一起,PCB板制造完毕后又没有检查干脆上生产线贴装,到测试的时候才觉察短路问题,但是元器件已经都焊接到板上了,结果造成了几十万的损失。所以细心和认真的检查,负责任的测试,不懈的学习和积累,才能使得一个硬件设计人员持续不断的进步,而后术业有所小成。