资深硬件工程师从五个方面谈产品设计

　　一个好的硬件工程师实际上就是一个项目经理，你需要从外界交流获取对自己设计的需求，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，从中挑选出合适的方案，当原理图完成后，你需要组织同事来进行配合评审和检查，还要和CAD工程师一起工作来完成PCB的设计。与此同时，要准备好BOM清单，开始采购和准备物料，联系加工厂家完成板的贴装。”

　　1、掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识

　　1） 基本设计规范

　　2） CPU基本知识、架构、性能及选型指导

　　3） MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导

　　4） 网络处理器（INTEL、MOTOROLA、IBM）的基本知识、架构、性能及选型

　　5） 常用总线的基本知识、性能详解

　　6） 各种存储器的详细性能介绍、设计要点及选型

　　7） Datacom、Telecom领域常用物理层接口芯片基本知识，性能、设计要点及选型

　　8） 常用器件选型要点与精华

　　9） FPGA、CPLD、EPLD的详细性能介绍、设计要点及选型指导

　　10） VHDL和Verilog HDL介绍

　　11） 网络基础

　　12） 国内大型通信设备公司硬件研究开发流程

　　2、最流行的EDA工具指导

　　熟练掌握并使用业界最新、最流行的专业设计工具

　　1） Innoveda公司的ViewDraw，PowerPCB，Cam350

　　2） CADENCE公司的OrCad， Allegro，Spectra

　　3） Altera公司的MAX+PLUS II

　　4） 学习熟练使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX+PLUS II、ISE、FOUNDATION等工具；

　　5） XILINX公司的FOUNDATION、ISE。

　　一、硬件总体设计

　　启动一个硬件开发项目，原始的推动力会来自于很多方面，比如市场的需要，基于整个系统架构的需要，应用软件部门的功能实现需要，提高系统某方面能力的需要等等，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。

　　比如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，他们在实际当中发现原有的处理器板IP转发能力不能满足要求，从而对于系统的配置和使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，然后还需要深入的和软件设计者交流，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细节，比如软件人员喜欢将控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。

　　项目开始之初是需要召开很多的讨论会议的，应该尽量邀请所有相关部门来参与，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，第二是可以让各个部门了解这个项目的情况，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，对完成工作是很有帮助的。

　　掌握硬件总体设计所必须具备的硬件设计经验与设计思路

　　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注意的问题

　　7） 通信接口类型选择

　　8） 任务分解

　　9） 最小系统设计

　　10） PCI总线知识与规范

　　11） 如何在总体设计阶段避免出现致命性错误

　　12） 如何合理地进行任务分解以达到事半功倍的效果？

　　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，详细进行原理图设计全部经验，设计要点与精髓揭密。

　　1） 电信与数据通信领域主流CPU（M68k，PowerPC860，8240，8260等）的原理设计经验与精华

　　2） Intel公司PC主板的原理图设计精髓

　　3） 网络处理器的原理设计经验与精华

　　4） 总线结构原理设计经验与精华

　　5） 内存系统原理设计经验与精华

　　6） 数据通信与电信领域通用物理层接口的原理设计经验与精华

　　7） 电信与数据通信设备常用的WATCHDOG的原理设计经验与精华

　　8） 电信与数据通信设备系统带电插拔原理设计经验与精华

　　9） 晶振与时钟系统原理设计经验与精华

　　10） PCI总线的原理图设计经验与精华

　　11） 项目案例：中、低端路由器等

　　原理图设计中要注意的问题：

　　原理图设计中要有“拿来主义”，现在的芯片厂家一般都可以提供参考设计的原理图，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，设计中要详细的分析：系统能够提供的电源输入；单板需要产生的电源输出；各个电源需要提供的电流大小；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顺序等等。比如A项目中的网络处理器需要1.25V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，设计中采用5V的电源输入，利用Linear的开关电源控制器和IR的MOSFET搭建了合适的电源供应电路，精度要求决定了输出电容的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，刚开始的时候使用一个内部带锁相环的零延时时钟分配芯片提供100MHz 时钟，结果GE链路上出现了丢包，后来换成简单的时钟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，高速的差分信号线具有速率高，好布线，信号完整性好等特点，A项目中的多芯片间互连均采用了高速差分信号线，在调试和测试中没有出现问题。