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從事電子工程相關專業的人可能知道，嵌入式系統技術發展的空間無比廣大，但嵌入式開發的復雜性也是剛入門的工程師以及在校學生所難以完全理解的。如何成為一名嵌入式系統硬件工程師？應該從哪些方面深入學習和研究？本文將為大家分享一位資深硬件工程師的成長經歷。

 

 

一、嵌入式系統的概念

主要從三個方面上來理解。

1、從硬件上，將基于CPU的處圍器件，整合到CPU芯片內部，比如早期基于X86體系結構下的計算機，CPU只是有運算器和累加器的功能，一切芯片要造外部橋路來擴展實現，象串口之類的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片實現，而目前的這種串口控制器芯片早已集成到CPU內部，還有PC機有顯卡，而多數嵌入式處理器都帶有LCD控制器，但其種意義上就相當于顯卡。

2、從軟件上前，就是在定制操作系統內核里將應用一并選入，編譯后將內核下載到ROM中。而在定制操作系統內核時所選擇的應用程序組件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內核定制時，會有相應選擇，其中就是Wordpad,PDF,MediaPlay等等選擇，如果我們選擇了，在CE啟動后，就可以在界面中找到這些東西，如果是以前PC上將的windows操作系統，多半的東西都需要我們得新再裝。

3、把軟件內核或應用文件系統等東西燒到嵌入式系統硬件平臺中的ROM中就實現了一個真正的“嵌入”。

二、嵌入式系統的分層與專業的分類

硬件層，是整個嵌入式系統的根本，如果現在單片機及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語言來編程的話，從嵌入式系統的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅動層的基礎，一個優秀的驅動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設計的，同時還要對操作系統內核及其調度性相當的熟悉的。但硬件平臺是基礎，增值還要靠軟件。硬件層比較適合于，電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類專業的人來搞，需要掌握的專業基礎知識有，單片機原理及接口技術、微機原理及接口技術、C語言。

驅動層，這部分比較難，驅動工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統內核十分的精通，以便其所寫的驅動程序在系統調用時，不會獨占操作系統時間片，而導至其它任務不能動行，不懂操作系統內核架構和實時調度性，沒有良好的驅動編寫風格，按大多數書上所說添加的驅動的方式，很多人都能做到，但可能連個初級的驅動工程師的水平都達不到，這樣所寫的驅動在應用調用時就如同windows下我們打開一個程序運行后，再打開一個程序時，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會才能運行后來打開的程序。想做個好的驅動人員沒有三、四年功底，操作系統內核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統四層中可是最高的。

操作系統層，對于操作系統層目前可能只能說是簡單的移植，而很少有人來自已寫操作系統，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統來，這部分工作大都由驅動工程師來完成。操作系統是負責系統任務的調試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統的實時性十分重要。據說，XP操作系統是微軟投入300人用兩年時間才搞定的，總時工時是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統估計也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對來講沒有太大意義。

應用層，相對來講較為容易的，如果會在windows下如何進行編程接口函數調用，到操作系統下只是編譯和開發環境有相應的變化而已。如果涉及Jave方面的編程也是如此的。嵌入式系統中涉及算法的由專業算法的人來處理的，不必歸結到嵌入式系統范疇內。但如果涉及嵌入式系統下面嵌入式數據庫、基于嵌入式系統的網絡編程和基于某此應用層面的協議應用開發（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復雜，并且有難度了.

三、成為高級嵌入式系統硬件工程師要具備的技能

對于硬件來講有幾個方向，就單純信號來分為數字和模擬，模擬比較難搞，一般需要很長的經驗積累，單單一個阻值或容值的精度不夠就可能使信號偏差很大。因此年輕人搞的較少，隨著技術的發展，出現了模擬電路數字化，比如手機的Modem射頻模塊，都采用成熟的套片，而當年國際上只有兩家公司有此技術，自我感覺模擬功能不太強的人，不太適合搞這個，如果真能搞定到手機的射頻模塊，只要達到一般程度可能月薪都在15K以上。

另一類就是數字部分了，在大方向上又可分為51/ARM的單片機類，DSP類，FPGA類，國內FPGA的工程師大多是在IC設計公司從事IP核的前端驗證，這部分不搞到門級，前途不太明朗，即使做個IC前端驗證工程師，也要搞上幾年才能勝任。DSP硬件接口比較定型，如果不向驅動或是算法上靠攏，前途也不會太大。

而ARM單片機類的內容就較多，業界產品占用量大，應用人群廣，因此就業空間極大，而硬件設計最體現水平和水準的就是接口設計這塊，這是各個高級硬件工程師相互PK，判定水平高低的依據。而接口設計這塊最關鍵的是看時序，而不是簡單的連接，比如PXA255處理器I2C要求速度在100Kbps，如果把一個I2C外圍器件，最高還達不到100kbps的與它相接，必然要導致設計的失敗。

這樣的情況有很多，比如51單片機可以在總線接LCD，但為什么這種LCD就不能掛在ARM的總線上，還有ARM7總線上可以外接個Winband的SD卡控制器，但為什么這種控制器接不到ARM9或是Xscale處理器上，這些都是問題。因此接口并不是一種簡單的連接，要看時序，要看參數。

一個優秀的硬件工程師應該能夠在沒有參考方案的前提下設計出一個在成本和性能上更加優秀的產品，靠現有的方案，也要進行適當的可行性裁剪，但不是胡亂的來，我遇到一個工程師把方案中的5V變1.8V的DC芯片，直接更換成LDO，有時就會把CPU燒上幾個。前幾天還有人希望我幫忙把他們以前基于PXA255平臺的手持GPS設備做下程序優化，我問了一下情況，地圖是存在SD卡中的，而SD卡與PXA255的MMC控制器間采用的SPI接口，因此導致地圖讀取速度十分的慢，這種情況是設計中嚴重的缺陷，而不是程序的問題，因此我提了幾條建議，讓他們更新試下再說。

因此想成為一個優秀的工程師，需要對系統整體性的把握和對已有電路的理解，換句話說，給你一套電路圖你終究能看明白多少，看不明白80%以上的話，說明你離優秀的工程師還差得遠哪。其次是電路的調試能力和審圖能力，但最最基本的能力還是原理圖設計PCB繪制，邏輯設計這塊。這是指的硬件設計工程師，從上面的硬件設計工程師中還可以分出ECAD工程師，就是專業的畫PCB板的工程師，和EMC設計工程師，幫人家解決EMC的問題。

四、高級硬件工程師需要具備的其他能力

硬件工程師再往上就是板級測試工程師，就是C語功底很好的硬件工程師，在電路板調試過程中能通過自已編寫的測試程序對硬件功能進行驗證。然后再交給基于操作系統級的驅動開發人員。

總之，硬件的內容很多很雜，硬件那方面練成了都會成為一個高手，我時常會給人家做下方案評估，很多高級硬件工程師設計的東西，經常被我一句話否定，因此工程師做到我這種地步，也會得罪些人，但硬件的確會有很多不為人知的東西，讓很多高級硬件工程師也摸不到頭腦。

那么高級硬件件工程師技術技能都要具備那些東西哪，首先要掌握EDA設計的輔助工具類如Protel\ORCAD\PowperPCB\Maplux2\ISE、VDHL語言，要能用到這些工具畫圖畫板做邏輯設計，再有就是接口設計審圖能力，再者就是調試能力，如果能走到總體方案設計這塊，那就基本上快成為資深工程師了。

高級硬件工程師不僅要有設計能力還有具有相當深厚的基本功，就是EDA工具類的使用，EDA工程師包括原理圖和PCB工具，邏輯設計工具和VHDL。

硬件是要靠經驗，也要靠積累的，十年磨一劍，百年磨一針。