硬件工程師需要考慮哪四大現(xiàn)象？一個(gè)資深硬件工程師給你解答

完成一個(gè)大的硬件工程，需要考慮的事情很多。所以，這對(duì)工程師的要求就高了些。且看下面是一個(gè)很牛叉的硬件工程師做的分享，希望能幫助到各位。

一、成本現(xiàn)象一

程序只要穩(wěn)定就可以了，代碼長(zhǎng)一點(diǎn)，效率低一點(diǎn)不是關(guān)鍵。

點(diǎn)評(píng)：CPU的速度和存儲(chǔ)器的空間都是用錢買來(lái)的，如果寫(xiě)代碼時(shí)多花幾天時(shí)間提高一下程序效率，那么從降低CPU主頻和減少存儲(chǔ)器容量所節(jié)約的成本絕對(duì)是劃算的。CPLD/FPGA設(shè)計(jì)也類似。

現(xiàn)象二

面板上的指示燈選什么顏色呢?我覺(jué)得藍(lán)色比較特別，就選它吧！

點(diǎn)評(píng)：其它紅綠黃橙等顏色的不管大小(5mm以下)封裝如何，都已成熟了幾十年，價(jià)格一般都在5毛錢以下，而藍(lán)色卻是近三四年才發(fā)明的東西，技術(shù)成熟度和供貨穩(wěn)定度都較差，價(jià)格卻要貴四五倍。目前藍(lán)色指示燈只用在不能用其它顏色替代的場(chǎng)合，如顯示視頻信號(hào)等。

現(xiàn)象三

這點(diǎn)邏輯用74XX的門(mén)電路搭也行，但太土，還是用CPLD吧，顯得高檔多了

點(diǎn)評(píng)：74XX的門(mén)電路只幾毛錢，而CPLD至少也得幾十塊，(GAL/PAL雖然只幾塊錢，但公司不推薦使用)。成本提高了N倍不說(shuō)，還給生產(chǎn)、文檔等工作增添數(shù)倍的工作。

現(xiàn)象四

我們的系統(tǒng)要求這么高，包括MEM、CPU、FPGA等所有的芯片都要選最快的

點(diǎn)評(píng)：在一個(gè)高速系統(tǒng)中并不是每一部分都工作在高速狀態(tài)，而器件速度每提高一個(gè)等級(jí)，價(jià)格差不多要翻倍，另外還給信號(hào)完整性問(wèn)題帶來(lái)極大的負(fù)面影響。

現(xiàn)象五

這板子的PCB設(shè)計(jì)要求不高，就用細(xì)一點(diǎn)的線，自動(dòng)布吧

點(diǎn)評(píng)：自動(dòng)布線必然要占用更大的PCB面積，同時(shí)產(chǎn)生比手動(dòng)布線多好多倍的過(guò)孔，在批量很大的產(chǎn)品中，PCB廠家降價(jià)所考慮的因素除了商務(wù)因素外，就是線寬和過(guò)孔數(shù)量，它們分別影響到PCB的成品率和鉆頭的消耗數(shù)量，節(jié)約了供應(yīng)商的成本，也就給降價(jià)找到了理由。

二：低功耗設(shè)計(jì)現(xiàn)象一

我們這系統(tǒng)是220V供電，就不用在乎功耗問(wèn)題了

點(diǎn)評(píng)：低功耗設(shè)計(jì)并不僅僅是為了省電，更多的好處在于降低了電源模塊及散熱系統(tǒng)的成本、由于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著設(shè)備溫度的降低，器件壽命則相應(yīng)延長(zhǎng)(半導(dǎo)體器件的工作溫度每提高10度，壽命則縮短一半)。

現(xiàn)象二

這些總線信號(hào)都用電阻拉一下，感覺(jué)放心些

點(diǎn)評(píng)：信號(hào)需要上下拉的原因很多，但也不是個(gè)個(gè)都要拉。上下拉電阻拉一個(gè)單純的輸入信號(hào)，電流也就幾十微安以下，但拉一個(gè)被驅(qū)動(dòng)了的信號(hào)，其電流將達(dá)毫安級(jí)，現(xiàn)在的系統(tǒng)常常是地址數(shù)據(jù)各32位，可能還有244/245隔離后的總線及其它信號(hào)，都上拉的話，幾瓦的功耗就耗在這些電阻上了(不要用8毛錢一度電的觀念來(lái)對(duì)待這幾瓦的功耗)。

現(xiàn)象三

這款FPGA還剩這么多門(mén)用不完，可盡情發(fā)揮吧

點(diǎn)評(píng)：FGPA的功耗與被使用的觸發(fā)器數(shù)量及其翻轉(zhuǎn)次數(shù)成正比，所以同一型號(hào)的FPGA在不同電路不同時(shí)刻的功耗可能相差100倍。盡量減少高速翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器數(shù)量是降低FPGA功耗的根本方法。

現(xiàn)象四

這些小芯片的功耗都很低，不用考慮

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于內(nèi)部不太復(fù)雜的芯片功耗是很難確定的，它主要由引腳上的電流確定，一個(gè)ABT16244，沒(méi)有負(fù)載的話耗電大概不到1毫安，但它的指標(biāo)是每個(gè)腳可驅(qū)動(dòng)60毫安的負(fù)載(如匹配幾十歐姆的電阻)，即滿負(fù)荷的功耗最大可達(dá)60*16=960mA，當(dāng)然只是電源電流這么大，熱量都落到負(fù)載身上了。

現(xiàn)象五

降低功耗都是硬件人員的事，與軟件沒(méi)關(guān)系

點(diǎn)評(píng)：硬件只是搭個(gè)舞臺(tái)，唱戲的卻是軟件，總線上幾乎每一個(gè)芯片的訪問(wèn)、每一個(gè)信號(hào)的翻轉(zhuǎn)差不多都由軟件控制的，如果軟件能減少外存的訪問(wèn)次數(shù)(多使用寄存器變量、多使用內(nèi)部CACHE等)、及時(shí)響應(yīng)中斷(中斷往往是低電平有效并帶有上拉電阻)及其它針對(duì)具體單板的特定措施都將對(duì)降低功耗作出很大的獻(xiàn)。

三：系統(tǒng)效率現(xiàn)象一

這主頻100M的CPU只能處理70%，換200M主頻的就沒(méi)事了

點(diǎn)評(píng)：系統(tǒng)的處理能力牽涉到多種多樣的因素，在通信業(yè)務(wù)中其瓶頸一般都在存儲(chǔ)器上，CPU再快，外部訪問(wèn)快不起來(lái)也是徒勞。

現(xiàn)象二

CPU用大一點(diǎn)的CACHE，就應(yīng)該快了

點(diǎn)評(píng)：CACHE的增大，并不一定就導(dǎo)致系統(tǒng)性能的提高，在某些情況下關(guān)閉CACHE反而比使用CACHE還快。原因是搬到CACHE中的數(shù)據(jù)必須得到多次重復(fù)使用才會(huì)提高系統(tǒng)效率。所以在通信系統(tǒng)中一般只打開(kāi)指令CACHE，數(shù)據(jù)CACHE即使打開(kāi)也只局限在部分存儲(chǔ)空間，如堆棧部分。同時(shí)也要求程序設(shè)計(jì)要兼顧C(jī)ACHE的容量及塊大小，這涉及到關(guān)鍵代碼循環(huán)體的長(zhǎng)度及跳轉(zhuǎn)范圍，如果一個(gè)循環(huán)剛好比CACHE大那么一點(diǎn)點(diǎn)，又在反復(fù)循環(huán)的話，那就慘了。

現(xiàn)象三

這么多任務(wù)到底是用中斷還是用查詢呢?還是中斷快些吧

點(diǎn)評(píng)：中斷的實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但不一定快。如果中斷任務(wù)特別多的話，這個(gè)沒(méi)退出來(lái)，后面又接踵而至，一會(huì)兒系統(tǒng)就將崩潰了。如果任務(wù)數(shù)量多但很頻繁的話，CPU的很大精力都用在進(jìn)出中斷的開(kāi)銷上，系統(tǒng)效率極為低下，如果改用查詢方式反而可極大提高效率，但查詢有時(shí)不能滿足實(shí)時(shí)性要求，所以最好的辦法是在中斷中查詢，即進(jìn)一次中斷就把積累的所有任務(wù)都處理完再退出。

現(xiàn)象四

存儲(chǔ)器接口的時(shí)序都是廠家默認(rèn)的配置，不用修改的

點(diǎn)評(píng)：BSP對(duì)存儲(chǔ)器接口設(shè)置的默認(rèn)值都是按最保守的參數(shù)設(shè)置的，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合總線工作頻率和等待周期等參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)配。有時(shí)把頻率降低反而可提高效率，如RAM的存取周期是70ns，總線頻率為40M時(shí)，設(shè)3個(gè)周期的存取時(shí)間，即75ns即可;若總線頻率為50M時(shí)，必須設(shè)為4個(gè)周期，實(shí)際存取時(shí)間卻放慢到了 80ns。

現(xiàn)象五

一個(gè)CPU處理不過(guò)來(lái)，就用兩個(gè)分布處理，處理能力可提高一倍

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于搬磚頭來(lái)說(shuō)，兩個(gè)人應(yīng)該比一個(gè)人的效率高一倍;對(duì)于作畫(huà)來(lái)說(shuō)，多一個(gè)人只能幫倒忙。使用幾個(gè)CPU需對(duì)業(yè)務(wù)有較多的了解后才能確定，盡量減少兩個(gè)CPU間協(xié)調(diào)的代價(jià)，使1+1盡可能接近2，千萬(wàn)別小于1。

四：可靠性設(shè)計(jì)現(xiàn)象一

這塊單板已小批量生產(chǎn)了，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試沒(méi)發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題

點(diǎn)評(píng)：硬件設(shè)計(jì)和芯片應(yīng)用必須符合相關(guān)規(guī)范，尤其是芯片手冊(cè)中提到的所有參數(shù)(耐壓、I/O電平范圍、電流、時(shí)序、溫度PCB布線、電源質(zhì)量等)，不能光靠試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。公司有不少產(chǎn)品都有過(guò)慘痛的教訓(xùn)，產(chǎn)品賣了一兩年，IC廠家換了個(gè)生產(chǎn)線，咱們的板子就不轉(zhuǎn)了，原因就是人家的芯片參數(shù)發(fā)生了點(diǎn)變化，但并沒(méi)有超出手冊(cè)的范圍。如果你以手冊(cè)為準(zhǔn)，那他怎么變化都不怕，如果參數(shù)變得超出手冊(cè)范圍了還可找他索賠(假如這時(shí)你的板子還能轉(zhuǎn)，那你的可靠性就更牛了)。

現(xiàn)象二

這部分電路只要要求軟件這樣設(shè)計(jì)就不會(huì)有問(wèn)題

點(diǎn)評(píng)：硬件上很多電氣特性直接受軟件控制，但軟件是經(jīng)常發(fā)生意外的，程序跑飛了之后無(wú)法預(yù)料會(huì)有什么操作。設(shè)計(jì)者應(yīng)確保不論軟件做什么樣的操作硬件都不應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生永久性損壞。

現(xiàn)象三

用戶操作錯(cuò)誤發(fā)生問(wèn)題就不能怪我了

點(diǎn)評(píng)：要求用戶嚴(yán)格按手冊(cè)操作是沒(méi)錯(cuò)的，但用戶是人，就有犯錯(cuò)的時(shí)候，不能說(shuō)碰錯(cuò)一個(gè)鍵就死機(jī)，插錯(cuò)一個(gè)插頭就燒板子。所以對(duì)用戶可能犯的各種錯(cuò)誤必須加以保護(hù)。

現(xiàn)象四

這板子壞的原因是對(duì)端的板子出問(wèn)題了，也不是我的責(zé)任

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于各種對(duì)外的硬件接口應(yīng)有足夠的兼容性，不能因?yàn)閷?duì)方信號(hào)不正常，你就歇著了。它不正常只應(yīng)影響到與其有關(guān)的那部分功能，而其它功能應(yīng)能正常工作，不應(yīng)徹底罷工，甚至永久損壞，而且一旦接口恢復(fù)，你也應(yīng)立即恢復(fù)正常。