01 什么是硬件？
百度百科介紹"硬件（英文名Hardware）是計(jì)算機(jī)硬件的簡(jiǎn)稱(chēng)（中國(guó)大陸及香港用語(yǔ)，臺(tái)灣作硬體），是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子，機(jī)械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱(chēng)。這些物理裝置按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體為計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行提供物質(zhì)基礎(chǔ)。"
也就是說(shuō)硬件是物理層面的，至少是你能看得到摸得著的東西，它是一種物質(zhì)載體，物質(zhì)基礎(chǔ)。廣義來(lái)說(shuō)人類(lèi)都是生活在物質(zhì)基礎(chǔ)之上，你可以把所有你能看到的東西都統(tǒng)稱(chēng)為硬件。當(dāng)然狹義來(lái)說(shuō)，一般我們所說(shuō)的軟件和硬件指的是電子領(lǐng)域的。軟件代碼也是人編寫(xiě)的，我們所熟知的語(yǔ)言比如C、C++等都是通過(guò)編譯器翻譯成匯編語(yǔ)言，然后匯編語(yǔ)言通過(guò)匯編器翻譯成二進(jìn)制機(jī)器語(yǔ)言，機(jī)器語(yǔ)言操控門(mén)電路完成相應(yīng)的動(dòng)作。個(gè)人覺(jué)得，沒(méi)有硬件，軟件就沒(méi)有存在的意義，硬件是一切的基礎(chǔ)，這里可以看出硬件設(shè)計(jì)是多重要。但軟件和硬件又有明顯的區(qū)分，至少工作內(nèi)容區(qū)別很大。按照行業(yè)內(nèi)描述硬件屬于底層（一般稱(chēng)為底層硬件），軟件稱(chēng)為上層（軟件又分為：底層驅(qū)動(dòng)、上層業(yè)務(wù)以及應(yīng)用層等）。如果非要舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明軟件和硬件， 那最好的例子就是人，硬件指人的軀體，而軟件指人的思維。其實(shí)對(duì)于非電子領(lǐng)域的人，很難想明白計(jì)算機(jī)是怎么工作的，硬件是怎樣工作的，軟件是怎樣工作的，即使你知道都是0和1，但你沒(méi)做過(guò)相關(guān)工作，你發(fā)現(xiàn)不了其中的神奇之處。其實(shí)你只要知道，軟件驅(qū)動(dòng)硬件工作，驅(qū)動(dòng)的激勵(lì)是什么？是電訊號(hào)！硬件接收到的這個(gè)電訊號(hào)分為0和1，硬件的響應(yīng)速度非�？�，多快呢？舉個(gè)例子，硬件中常用的串口波特率115200bit per second，一秒鐘115200個(gè)0或者1，英語(yǔ)字母是8個(gè)bit（可在A(yíng)SCII表看到，這在大學(xué)都學(xué)過(guò)），那就是一秒鐘可打印14400個(gè)字母。你眨下眼睛一萬(wàn)多個(gè)字母就出來(lái)了。當(dāng)然實(shí)際上并沒(méi)有這么多，這只是個(gè)形象的例子。但在電路設(shè)計(jì)上100kHz屬于比較慢的速率了。再比如顯示器一幅圖的刷新頻率在一秒鐘24個(gè)以上，我們?nèi)搜劬涂床怀鰜?lái)。24幀的數(shù)據(jù)是非常大的，比如1080p30格式輸出，總的數(shù)據(jù)量是一秒鐘1920*1080*12*30= 746496000個(gè)0或者1，也就是7億個(gè)0或者1。
02 什么是硬件設(shè)計(jì)？
一般來(lái)說(shuō)硬件設(shè)計(jì)指的是電路設(shè)計(jì)，這樣說(shuō)是沒(méi)問(wèn)題的，因?yàn)槟闼械墓ぷ鞫际菄@電路設(shè)計(jì)，最終的目標(biāo)也是產(chǎn)出一個(gè)優(yōu)秀的電路，能夠滿(mǎn)足各種要求，經(jīng)歷各種考驗(yàn)。但實(shí)際上我們要求的是產(chǎn)品，而不是單板。網(wǎng)上有一篇文章講的挺好："硬件設(shè)計(jì)就是根據(jù)產(chǎn)品經(jīng)理的需求PRS（Product Requirement Specification），在COGS（Cost of Goods Sale）的要求下，利用目前業(yè)界成熟的芯片方案或者技術(shù)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成符合：PRS功能（Function）
性能（perrformance）
電源設(shè)計(jì)（power Supply）
功耗（power Consumption）
散熱（Thermal/Cooling）
噪音（Noise）
信號(hào)完整性（Signal Integrity）
電磁輻射（EMC/EMI）
安規(guī)（Safet）
器件采購(gòu)（Component Sourcing）
可靠性（Reliability）
可測(cè)試性（DFT: design for test）
可生產(chǎn)性（DFM：design for manufacture）
等上述要求的硬件產(chǎn)品（注意：是產(chǎn)品不是開(kāi)發(fā)板）�？梢钥吹剑粋�(gè)成功的硬件設(shè)計(jì)，主要功能的實(shí)現(xiàn)只是所有環(huán)節(jié)中的一小部分。剛開(kāi)始工作的時(shí)候，覺(jué)得板子電路設(shè)計(jì)完就完成了50%工作，PCB回板主要功能都能實(shí)現(xiàn)了，那就完成了80%的工作。實(shí)際上不是的，PCB回板主要功能都實(shí)現(xiàn)了，連30%工作都沒(méi)有。所以不管是時(shí)間上，還是階段上，產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)是一個(gè)漫長(zhǎng)過(guò)程。而且你在一個(gè)公司做產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)，一般情況下都是參考成熟的方案，主芯片CPU主要功能的實(shí)現(xiàn)最終還是依靠芯片廠(chǎng)商提供的套片方案，一般來(lái)說(shuō)為了降低風(fēng)險(xiǎn)，主要是參考套片方案的參考設(shè)計(jì)完成，芯片廠(chǎng)商也會(huì)提供包括器件封裝，參考設(shè)計(jì)，仿真模型，PCB參考等等全部資料，在芯片功能越來(lái)越復(fù)雜的今天，一個(gè)片子動(dòng)不動(dòng)就幾百上千個(gè)PIN，對(duì)于一個(gè)新項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，是沒(méi)有時(shí)間一頁(yè)頁(yè)去吃透每個(gè)PIN，每個(gè)輸入輸出的具體功能，電氣參數(shù)的，尤其是對(duì)于高速設(shè)計(jì)，比如DDR3接口，XAUI接口等等。一般來(lái)說(shuō)芯片廠(chǎng)商提供的參考設(shè)計(jì)就是他們經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)，驗(yàn)證，測(cè)試的最佳方案了，很多情況就是你必須按照參考設(shè)計(jì)來(lái)做，否則硬件可能就有問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)就是信號(hào)完整性問(wèn)題或者EMC問(wèn)題。"
03 什么是硬件電路設(shè)計(jì)？
顧名思義，硬件電路設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)電路的，能夠熟練使用cadence繪制電路與查看PCB。硬件設(shè)計(jì)中的電路設(shè)計(jì)是HWE最重要的職責(zé)。電路設(shè)計(jì)考驗(yàn)的是HWE的設(shè)計(jì)基本功，即對(duì)一些硬件器件的理解以及靈活應(yīng)用，比如：CPU
電阻
電容
電感
二極管
三極管
保護(hù)器件
接口器件
邏輯芯片
邏輯功能
小芯片
電源
我們上述討論的硬件設(shè)計(jì)的13條東西都應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)候考慮，目前大公司的各種流程保證了設(shè)計(jì)時(shí)各部門(mén)的聯(lián)動(dòng)，還是很好的。每個(gè)公司都會(huì)有自己的硬件電路設(shè)計(jì)規(guī)范，這個(gè)需要自己好好去看一下，并用在實(shí)踐中。硬件電路設(shè)計(jì)主要針對(duì)電路設(shè)計(jì)，里面涉及的東西比較多，對(duì)電路模塊的設(shè)計(jì)后面會(huì)有單獨(dú)的章節(jié)討論。硬件電路設(shè)計(jì)需要足夠的經(jīng)驗(yàn)與理論知識(shí)。
04 硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程
硬件部門(mén)開(kāi)發(fā)流程指定后，需要硬件部門(mén)人員嚴(yán)格按照開(kāi)發(fā)流程完成開(kāi)發(fā)工作。硬件部開(kāi)發(fā)流程主要分為如下幾個(gè)步驟： 1） 市場(chǎng)調(diào)研 對(duì)即將進(jìn)行的項(xiàng)目，需要進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研。市 2） 立項(xiàng)
市場(chǎng)調(diào)研完成后后，首先需要進(jìn)行立項(xiàng)工作。 3） 硬件總體設(shè)計(jì) 項(xiàng)目立項(xiàng)后，需要進(jìn)行硬件總體設(shè)計(jì)。 4） 核心器件的實(shí)驗(yàn)及分模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)核心器件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并且開(kāi)始進(jìn)行分模塊的設(shè)計(jì)方案。 5） 電路、程序及外殼設(shè)計(jì) 核心器件的實(shí)驗(yàn)及分模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行電路、程序及外殼設(shè)計(jì)。電路、程序及外殼設(shè)計(jì)按照項(xiàng)目設(shè)。 6） 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 每個(gè)分塊部分調(diào)試完成后，即可進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 7） 內(nèi)部審核、項(xiàng)目驗(yàn)收 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)完成后，項(xiàng)目即可進(jìn)行內(nèi)部審核、項(xiàng)目驗(yàn)收。
5.1 硬件工程師的職責(zé)
首先看下大公司的研發(fā)分工如下圖所示，可以看到自己所處的部門(mén)與位置。
而一個(gè)硬件產(chǎn)品的研發(fā)流程，如下圖所示：
公司內(nèi)的所有崗位都同等重要的。雖然各團(tuán)隊(duì)的重要性一致的，但研發(fā)團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的位置應(yīng)該更加核心。研發(fā)人員可以轉(zhuǎn)去做市場(chǎng)、測(cè)試、供應(yīng)鏈或者質(zhì)量管理等，但市場(chǎng)等崗位的人卻很難轉(zhuǎn)做研發(fā)。一來(lái)研發(fā)門(mén)檻高，二來(lái)研發(fā)工作接觸面廣。而在整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)中，硬件工程師做主導(dǎo)作用。一般情況下我們所說(shuō)的研發(fā)不僅僅局限于軟件硬件，而是整個(gè)項(xiàng)目組，這里包括基本上所有部門(mén)的產(chǎn)品負(fù)責(zé)人。而硬件工程師在研發(fā)團(tuán)隊(duì)中是重要的一員，硬件產(chǎn)品的研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以如下圖所示：當(dāng)然上圖中所展示的并不完全，比如熱設(shè)計(jì)也是非常重要的一員。但需要說(shuō)明的是，在整個(gè)項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)中，有兩個(gè)人和所有人打交道，一個(gè)就是項(xiàng)目經(jīng)理，另一個(gè)就是硬件工程師。硬件工程師需要和各種研發(fā)人員打交道 、協(xié)調(diào)工作，這也要求硬件工程師具有豐富的知識(shí)面和強(qiáng)大的協(xié)調(diào)能力。硬件工程師的本職工作，如下圖所示：
硬件工程師可以大致分為如下四個(gè)階段：
初級(jí)硬件工程師 在別人的指導(dǎo)下完成階段三、四的部分，這個(gè)是應(yīng)屆畢業(yè)生入職三個(gè)月基本可以達(dá)到。 普通的硬件工程師 獨(dú)立完成階段三、四的工作，一般工作1到2年即可。 資深的硬件工程師 主導(dǎo)完成階段三、四的工作，參與完成階段二總體設(shè)計(jì)的工作。 專(zhuān)家級(jí)硬件工程師 主導(dǎo)完成階段一、二的工作。
5.2 時(shí)間點(diǎn)把握
作為一個(gè)硬件工程師，負(fù)責(zé)整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程。所以必須對(duì)每個(gè)時(shí)間段進(jìn)行精確把握。項(xiàng)目都會(huì)有項(xiàng)目周期，雖然項(xiàng)目經(jīng)理在把控時(shí)間，但具體的操作還是硬件工程師來(lái)搞。因?yàn)楸救酥皇翘幱陔A段三，對(duì)階段二、一沒(méi)什么時(shí)間概念，對(duì)于正常進(jìn)度的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)：
- 原理圖和詳細(xì)設(shè)計(jì)方案：5周，包括參考設(shè)計(jì)以及原理圖評(píng)審。
- PCB布板布線(xiàn)：4周，包括配合結(jié)構(gòu)、PCB進(jìn)行電路調(diào)整或者器件重新選型。
- 發(fā)板及等待回板：2周，這兩周是最閑的，發(fā)板同時(shí)必須完成BOM上傳，這個(gè)不能忘。多看自己的圖！
- 回板檢查：1周，將自己的板子跑起來(lái)，能燒錄uboot，網(wǎng)口能ping通。檢查有無(wú)焊接問(wèn)題。聯(lián)系結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)器組裝，查看結(jié)構(gòu)有沒(méi)有問(wèn)題。
- 驅(qū)動(dòng)調(diào)試：5周，配合完成所有底層功能的調(diào)試。
- 媒體版本：2周，這個(gè)是驅(qū)動(dòng)調(diào)試之后第一個(gè)整機(jī)跑起來(lái)的版本，準(zhǔn)備拿給測(cè)試進(jìn)行測(cè)試。
- 信號(hào)測(cè)試：3周，配合信號(hào)測(cè)試人員完成信號(hào)測(cè)試。同時(shí)給做業(yè)務(wù)研發(fā)人員準(zhǔn)備板子給他們研發(fā)。
- 功能測(cè)試：2周，配合功能測(cè)試人員完成環(huán)境測(cè)試，防護(hù)靜電浪涌測(cè)試，以及其他功能測(cè)試，EMC測(cè)試等。
- 解BUG等待：2周，解決上述出現(xiàn)的所有BUG！
- 改板與發(fā)板：2周。
- 具體時(shí)間會(huì)隨著產(chǎn)品的復(fù)雜程度而變化，不能一概而論。
5.3 硬件工程師的本質(zhì)工作
5.4 硬件工程師基本素質(zhì)與技術(shù)
這里給出華為硬件工程師手冊(cè)中的定位，看起來(lái)還是不錯(cuò)的。
第一、由需求分析至總體方案、詳細(xì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)創(chuàng)造能力; 第二、熟練運(yùn)用設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)原理圖、EPLD、FPGA調(diào)試程序的能力;第三、運(yùn)用仿真設(shè)備、示波器、邏輯分析儀調(diào)測(cè)硬件的能力; 第四、掌握常用的標(biāo)準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)能力，如ID電路、WDT電路、Π型濾波電路、高速信號(hào)傳輸線(xiàn)的匹配電路等: 第五、故障定位、解決問(wèn)題的能力; 第六、文檔的寫(xiě)作技能; 第七、接觸供應(yīng)商、保守公司機(jī)密的技能。
06 硬件工程師需要具備什么樣的性格？
溝通能力：要有邏輯，想法要全面點(diǎn)，這樣才能與其他部門(mén)人員好好溝通，說(shuō)不清會(huì)導(dǎo)致吵架。
性格溫和：因?yàn)槟銜?huì)和所有部門(mén)交流，不要拉著臉，也不要命令式的，性格偏激會(huì)導(dǎo)致吵架。
謙虛謹(jǐn)：別人的意見(jiàn)即使不采納也要傾聽(tīng)，然后說(shuō)出自己的見(jiàn)解與原因，一意孤行會(huì)導(dǎo)致吵架。
認(rèn)真仔細(xì)：設(shè)計(jì)電路要認(rèn)真仔細(xì)，解BUG要認(rèn)真仔細(xì)，因?yàn)橐坏┏鰡?wèn)題這個(gè)責(zé)任只有自己背。
要有耐心：不論是溝通還是解BUG還是檢查電路，一定要有耐心。
不會(huì)就問(wèn)：不會(huì)的東西就問(wèn)，因?yàn)楫a(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間比較短，不可能給你大把時(shí)間去研究。
有責(zé)任心：對(duì)電路負(fù)責(zé)，對(duì)產(chǎn)品負(fù)責(zé)，對(duì)BUG負(fù)責(zé)。
分清主次：出了問(wèn)題要先想怎樣去解決問(wèn)題，而不是先去追究誰(shuí)的責(zé)任。
樂(lè)善好學(xué)：善于幫助別人，善于學(xué)習(xí)，必須有扎實(shí)的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與理論知識(shí)。
本文為CSDN博主「wangdapao12138」的原創(chuàng)文章，原文鏈接：https://blog.csdn.net/wangdapao12138/article/details/79121996
其實(shí)總結(jié)出來(lái)，上述是作為一個(gè)硬件工程師必須的性格，可以說(shuō)是缺一不可。性格偏激的人不適合做硬件研發(fā)，甚至可以說(shuō)不適合做所有研發(fā)。所以一般情況下硬件工程師做產(chǎn)品經(jīng)理的人很多，因?yàn)檫@個(gè)職位本身要求就很高，良好的性格與經(jīng)驗(yàn)理論知識(shí)會(huì)讓你一直進(jìn)步的。
電子產(chǎn)業(yè)一站式賦能平臺(tái)
