1.什么是硬件？

百度百科介紹"硬件（英文名Hardware）是計算機硬件的簡稱（中國大陸及香港用語，臺灣作硬體），是指計算機系統(tǒng)中由電子，機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理裝置按系統(tǒng)結構的要求構成一個有機整體為計算機軟件運行提供物質基礎。"

也就是說硬件是物理層面的，至少是你能看得到摸得著的東西，它是一種物質載體，物質基礎。廣義來說人類都是生活在物質基礎之上，你可以把所有你能看到的東西都統(tǒng)稱為硬件。當然狹義來說，一般我們所說的軟件和硬件指的是電子領域的。

軟件代碼也是人編寫的，我們所熟知的語言比如C、C++等都是通過編譯器翻譯成匯編語言，然后匯編語言通過匯編器翻譯成二進制機器語言，機器語言操控門電路完成相應的動作。個人覺得，沒有硬件，軟件就沒有存在的意義，硬件是一切的基礎，這里可以看出硬件設計是多重要。

但軟件和硬件又有明顯的區(qū)分，至少工作內容區(qū)別很大。按照行業(yè)內描述硬件屬于底層（一般稱為底層硬件），軟件稱為上層（軟件又分為：底層驅動、上層業(yè)務以及應用層等）。如果非要舉個例子來說明軟件和硬件， 那最好的例子就是人，硬件指人的軀體，而軟件指人的思維。

其實對于非電子領域的人，很難想明白計算機是怎么工作的，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，但你沒做過相關工作，你發(fā)現(xiàn)不了其中的神奇之處。其實你只要知道，軟件驅動硬件工作，驅動的激勵是什么？是電訊號！硬件接收到的這個電訊號分為0和1，硬件的響應速度非常快，多快呢？舉個例子，硬件中常用的串口波特率115200bit per second，一秒鐘115200個0或者1，英語字母是8個bit（可在ASCII表看到，這在大學都學過），那就是一秒鐘可打印14400個字母。你眨下眼睛一萬多個字母就出來了。當然實際上并沒有這么多，這只是個形象的例子。

但在電路設計上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個以上，我們人眼就看不出來。24幀的數據是非常大的，比如1080p30格式輸出，總的數據量是一秒鐘1920*1080*12*30= 746496000個0或者1，也就是7億個0或者1。

2.什么是硬件設計？

一般來說硬件設計指的是電路設計，這樣說是沒問題的，因為你所有的工作都是圍繞電路設計，最終的目標也是產出一個優(yōu)秀的電路，能夠滿足各種要求，經歷各種考驗。但實際上我們要求的是產品，而不是單板。

網上有一篇文章講的挺好："硬件設計就是根據產品經理的需求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，在規(guī)定時間內完成符合：

PRS功能（Function）

性能（perrformance）

電源設計（power Supply）

功耗（power Consumption）

散熱（Thermal/Cooling）

噪音（Noise）

信號完整性（Signal Integrity），

電磁輻射（EMC/EMI）

安規(guī)（Safet）

器件采購（Component Sourcing）

可靠性（Reliability）

可測試性（DFT: design for test）

可生產性（DFM：design for manufacture）

等上述要求的硬件產品（注意：是產品不是開發(fā)板）?？梢钥吹?，一個成功的硬件設計，主要功能的實現(xiàn)只是所有環(huán)節(jié)中的一小部分。剛開始工作的時候，覺得板子電路設計完就完成了50%工作，PCB回板主要功能都能實現(xiàn)了，那就完成了80%的工作。實際上不是的，PCB回板主要功能都實現(xiàn)了，連30%工作都沒有。所以不管是時間上，還是階段上，產品的硬件設計時一個漫長過程。

而且你在一個公司做產品硬件設計，一般情況下都是參考成熟的方案，主芯片CPU主要功能的實現(xiàn)最終還是依靠芯片廠商提供的套片方案，一般來說為了降低風險，主要是參考套片方案的參考設計完成，芯片廠商也會提供包括器件封裝，參考設計，仿真模型，PCB參考等等全部資料，在芯片功能越來越復雜的今天，一個片子動不動就幾百上千個PIN，對于一個新項目來說，是沒有時間一頁頁去吃透每個PIN，每個輸入輸出的具體功能，電氣參數的，尤其是對于高速設計，比如DDR3接口，XAUI接口等等。一般來說芯片廠商提供的參考設計就是他們經過開發(fā)，驗證，測試的最佳方案了，很多情況就是你必須按照參考設計來做，否則硬件可能就有問題，一般來說就是信號完整性問題或者EMC問題。"

那有的人就說了，硬件電路設計談不上設計，都是copy成熟電路。芯片廠商提供越來越周到的服務，再加上公司沉淀的技術積累，硬件設計工程師可以完全不動腦子進行電路設計。看起來硬件工程師HWE（Hardware Engineer）的價值越來越低了，畢竟一個產品的核心功能或者技術一般都在IC或者FPGA里面了，HWE一般沒有能力進行核心邏輯設計IC design。那如果按照這個邏輯軟件設計也談不上設計，都是copy成熟代碼。試問有幾個軟件開發(fā)人員不移植別人的代碼？再深入點，有幾個軟件工程師能隨意更改uboot、kernel，不百度C語言語法，不移植業(yè)務程序，不去問芯片廠商的技術支持？即使都是成熟的東西，實際上工作過程中我并沒有發(fā)現(xiàn)哪個項目做得很快，同樣一套電路和代碼，成熟產品沒問題，新產品為什么就有問題？？最后還是是硬件設計去解決。

對于這上述問題，我也曾經困惑過，總是感覺硬件設計沒有什么好搞的了，不就是抄抄參考設計，就跟組裝一臺電腦一樣組裝一個單板嘛。當然隨著項目經驗的增多，尤其從事現(xiàn)在硬件系統(tǒng)級設計的角色，感覺原來自己考慮更多是從一名原理圖設計工程師的角度考慮問題，看問題總是很片面。就像開始說的，一個成功的硬件設計，功能Function只是一小部分，至于其他的因素和能力，一個HWE的能力取決于能考慮因素越多，越深入，就越是一個優(yōu)秀的HWE工程師。

所以HWE是吃經驗的，對公司來說培養(yǎng)一個HWE成本很高，硬件不會像軟件一樣代碼錯了修改一下幾分鐘就可以搞定，硬件設計錯了，那有可能全部都要重來，整個項目周期可能就要延遲3周甚至一個月以上。比如最近遇到的SENSOR出圖像，效果不好，亮壞點比較多，硬件電路這邊沒法跳線，這和布局布線有關，只有改板。

有個觀點需要說明一下，啥都不懂也可以做出事情，但對個人來說會有發(fā)展天花板。硬件方面就像參考電路一樣，你不知道電路怎么工作的也能把他用起來，軟件方面就像uboot和kernel一樣你看不懂也能用起來，但一旦你懂，那就不一樣了。就像一談到硬件設計，大家都認為是電路設計，好簡單，沒什么難度，但實際上不是的，越到底層越難，責任越大，部門交流越多。懂得越多，學的越容易，就能夠走的越遠。

3.什么是硬件電路設計？

顧名思義，硬件電路設計就是設計電路的，能夠熟練使用cadence繪制電路與查看PCB。硬件設計中的電路設計是HWE最重要的職責。電路設計考驗的是HWE的設計基本功，即對一些硬件器件的理解以及靈活應用，比如：

CPU

電阻，電容，電感，

二極管，三極管，

保護器件，接口器件，

邏輯芯片，邏輯功能，

小芯片

電源

因為本人是EMC專業(yè)畢業(yè)，所以對設計時考慮的東西深有感觸，我們上述討論的硬件設計的13條東西都應該在設計時候考慮，目前大公司的各種流程保證了設計時各部門的聯(lián)動，還是很好的。

每個公司都會有自己的硬件電路設計規(guī)范，這個需要自己好好去看一下，并用在實踐中。硬件電路設計主要針對電路設計，里面涉及的東西比較多，對電路模塊的設計后面會有單獨的章節(jié)討論。硬件電路設計需要足夠的經驗與理論知識。

4.硬件設計開發(fā)流程

硬件部門開發(fā)流程指定后，需要硬件部門人員嚴格按照開發(fā)流程完成開發(fā)工作。硬件部開發(fā)流程主要分為如下幾個步驟

1） 市場調研

對即將進行的項目，需要進行市場調研。市

2） 立項

市場調研完成后后，首先需要進行立項工作。

3） 硬件總體設計

項目立項后，需要進行硬件總體設計。

4） 核心器件的實驗及分模塊的詳細設計

總體設計完成后，需對核心器件進行實驗并且開始進行分模塊設計方案。

5） 電路、程序及外殼設計

核心器件的實驗及分模塊的詳細設計完成后，進行電路、程序及外殼設計。電路、程序及外殼設計按照項目設。

6） 系統(tǒng)聯(lián)調

每個分塊部分調試完成后，即可進行系統(tǒng)聯(lián)調。

7） 內部審核、項目驗收

系統(tǒng)聯(lián)調完成后，項目即可進行內部審核、項目驗收。

5.什么是硬件工程師？

硬件工程師負責整個產品的硬件設計。這里好久之前在知乎上看到一篇專門講解硬件工程師的文章，覺得講的很好，在這里貼出來：https://www.zhihu.com/question/28610994。

5.1.硬件工程師的職責

一個硬件產品的研發(fā)流程，如下圖所示：

公司內的所有崗位都同等重要的。雖然各團隊的重要性一致的，但研發(fā)團隊在產品開發(fā)中的位置應該更加核心。研發(fā)人員可以轉去做市場、測試、供應鏈或者質量管理等，但市場等崗位的人卻很難轉做研發(fā)。一來研發(fā)門檻高，二來研發(fā)工作接觸面廣。而在整個研發(fā)團隊中，硬件工程師做主導作用。

一般情況下我們所說的研發(fā)不僅僅局限于軟件硬件，而是整個項目組，這里包括基本上所有部門的產品負責人。

而硬件工程師在研發(fā)團隊中是重要的一員，硬件產品的研發(fā)團隊可以如下圖所示：

當然上圖中所展示的并不完全，比如熱設計也是非常重要的一員。但需要說明的是，在整個項目研發(fā)團隊中，有兩個人和所有人打交道，一個就是項目經理，另一個就是硬件工程師。硬件工程師需要和各種研發(fā)人員打交道 、協(xié)調工作，這也要求硬件工程師具有豐富的知識面和強大的協(xié)調能力。

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階段：

初級硬件工程師

在別人的指導下完成階段三、四的部分，這個是應屆畢業(yè)生入職三個月基本可以達到。

普通的硬件工程師

獨立完成階段三、四的工作，一般工作1到2年即可。

資深的硬件工程師

主導完成階段三、四的工作，參與完成階段二總體設計的工作。

專家級硬件工程師

主導完成階段一、二的工作。

5.2.時間點把握

作為一個硬件工程師，負責整個產品的研發(fā)過程。所以必須對每個時間段進行精確把握。項目都會有項目周期，雖然項目經理在把控時間，但具體的操作還是硬件工程師來搞。因為本人只是處于階段三，對階段二、一沒什么時間概念，對于正常進度的項目來說：

原理圖和詳細設計方案：5周，包括參考設計以及原理圖評審。

PCB布板布線：4周，包括配合結構、PCB進行電路調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)板同時必須完成BOM上傳，這個不能忘。多看自己的圖！

回板檢查：1周，將自己的板子跑起來，能燒錄uboot，網口能ping通。檢查有無焊接問題。聯(lián)系結構進行機器組裝，查看結構有沒有問題。

驅動調試：5周，配合完成所有底層功能的調試。

媒體版本：2周，這個是驅動調試之后第一個整機跑起來的版本，準備拿給測試進行測試。

信號測試：3周，配合信號測試人員完成信號測試。同時給做業(yè)務研發(fā)人員準備板子給他們研發(fā)。

功能測試：2周，配合功能測試人員完成環(huán)境測試，防護靜電浪涌測試，以及其他功能測試，EMC測試等。

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。

。。。。。。。。。

具體時間會隨著產品的復雜程度而變化，上述只是本人了解的大致時間=，不能一概而論。

5.3.硬件工程師的本質工作

目標：產品零缺陷

過程：設計電路、解BUG、部門溝通交流。

能力：主要集中在解BUG能力。

結果：一個字-------忙?。。?！

5.4. 硬件工程師基本素質與技術

這里給出華為硬件工程師手冊中的定位，看起來還是不錯的。

6.硬件工程師需具備什么樣的性格？

溝通能力 要有邏輯，想法要全面點，這樣才能與其他部門人員好好溝通，說不清會導致吵架！！

性格溫和 因為你會和所有部門交流，不要拉著臉，也不要命令式的，性格偏激會導致吵架！！

謙虛謹慎 別人的意見即使不采納也要傾聽，然后說出自己的見解與原因，一意孤行會導致吵架?。?/p>

認真仔細 設計電路要認真仔細，解BUG要認真仔細，因為一旦出問題這個責任只有自己背??！

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！

不會就問 不會的東西就問，因為產品開發(fā)時間比較短，不可能給你大把時間去研究！！

有責任心 對電路負責，對產品負責，對BUG負責??！

分清主次 出了問題要先想怎樣去解決問題，而不是先去追究誰的責任??！

樂善好學 善于幫助別人，善于學習，必須有扎實的經驗知識與理論知識?。。?/p>

其實總結出來，上述是作為一個硬件工程師必須的性格，可以說是缺一不可。性格偏激的人不適合做硬件研發(fā)，甚至可以說不適合做所有研發(fā)。所以一般情況下硬件工程師做產品經理的人很多，因為這個職位本身要求就很高，良好的性格與經驗理論知識會讓你一直進步的。

審核編輯 ：李倩