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序言：“2017 年工程师节”今天正式拉开序幕，本届工程师节的主题围绕“技能”二字。身为电子人，无论行走江湖的老者，还是初入此圈的新人，总一两个技能傍身、总有一两个得意之作。
自 05 年本科毕业参加工作至今，已有十多个年头，而我一直从事嵌入式硬件开发的工作（必要时也做一些软件开发），所设计的硬件电路和模块不下百种，有简单的也有复杂的。其中不乏有让自己付出极大心血和精力的，这可以认为是自己的得意之作，故取其之一来展示。
与德国人打交道，心累也心喜
12 年进入一家世界 500 强的外资企业工作，从事嵌入式硬件开发工作，负责的是 XX 型号设备监测系统中的通信卡的硬件设计。该监测系统针对的是大型的旋转类设备的运行状态监测，实时采集该设备各个测试点的运行状态，包括旋转速度、旋转加速度、振动参数、同轴偏心度参数、旋转轴内温度参数等等。通过放置在各个测试点的传感器来进行采集和转换，然后通过测量板卡将传感器数据转换成数字信号，通过背板上总线传递给通信板卡，最后将数据传输到远端的监控室和服务器端。各个测量板卡和通信板卡之间采用的是标准的 RS485 总线通信方式，通信板卡和远端采用的是以太网通信。
虽说公司属于美资企业，但是和我们打交道的却是德国人，我们平时的所有工作都是向他们汇报。众所周知，德国人的细心和耐心是出了名的，尤其是在研发工作当中，对任何事情都是精益求精。从和他们开始接触的第一天开始，他们就表明了他们对待研发工作的态度，并制定了一系列在研发工作当中应该严格遵守的准则和标准（和公司制度无关）。首先就是文档的书写，不需要长篇大论，能说明问题即可，文档中不能出现省略号（……）、等（and so on）这些字眼，所有有关的项目都必须罗列出来；对待结论性的东西只能出现 true or false/yes or no,不能出现模棱两可的描述；研发过程中允许出错，但必须要有足够的正当理由；任何工作必须先写文档，以文档为指导；研发工作必须要有阶段性成果，便于讨论；任何测试结果都必须以数据说话；任何设计都要留有余量……。要求我们必须按照这些口头的制度来合理安排自己的工作。
一块通信卡的故事
我们所要开发的这个通信板卡的前身是采购自第三方的 ODM 模块，因此所有的技术信息对我们来说都是保密的，我们能做的就是知道怎么用，出问题了我们也不知道怎么去维护，因此在市场占有率提高以后我们显得非常被动，公司高层最终决定自主研发，掌握主动权，进一步提高市场占有率和产品利润。
因此我们针对此通信板卡的研发是在保留其目前功能接口的前提下（目的是要和现有市场上的设备兼容）进行技术升级，也就是在涵盖他们所提供的功能的基础上添加了自己的功能，包括提高数据处理速度、数据通信速度、添加操作系统等等。
因此从某种意义上来说，完全是一个全新的设计。
德国人对这次研发看得非常重，光针对通信卡的技术需求就有好几十页，细化到每一个接口和功能，我们必须在此技术需求文档的基础之上进行研发。
为了更好的了解该产品的特性和工作原理，我们两个人公费被派往德国参观和学习了一个半月，实地去学习该产品生产过程以及该监测系统的功能。同时也去学习德国人在产品研发上的每一步工作是如何做的，参观了德国的高标准化生产车间。给我印象最深刻的就是车间内的工人师傅都是 4、50 岁的年龄比较大的，还有一位负责组装传感器头的师傅有 60 多岁了，对于这种非常敏感的传感器头，经验比技术更重要。
这一趟德国行不仅完全掌握了该系统的整体功能细节，同时也感受到了发达国家的先进之处和美景美食，受益匪浅啊。
回来后第一步就是针对主 MCU 的选型。我在主 MCU 的选型上就花了将近一个月的时间，在这一个月的时间里，我看了各大半导体厂商的主流 MCU 芯片的资料，而且全是英文版，除了了解各个 MCU 的特点和功能之外,我还要从中选取 3 到 4 种进行横向比较。
我制作了一个表格,将这几种 MCU 的特点都罗列出来,从中选择最接近我们技术需求的 MCU,同时还要性价比高。主要参数包括:MCU 主频、Flash 容量、RAM 容量、对外都有哪些接口、封装形式、供电电压、最大功耗、所支持的操作系统、芯片的生命周期等等，这些参数足足有十几页。
最后不仅要给德国人提供这个表格，还要给出意向 MCU，并陈述理由。德国人根据表格里的数据和我陈述的理由，同意了我的选择为 ST 的一款 MCU。
主 MCU 选定后，外围器件根据接口形式很快就选好了，并根据要求有些通用新品最少选两个厂商，留有足够的设计和生产备份。
遵循德国人订立的设计准则，我在主 MCU 和外围接口芯片选好以后，就开始编写硬件详细设计文档，包括板卡供电、外围器件、以太网 PHY 芯片、串口扩展芯片、RS485 接口芯片等，以及初步的硬件原理图和芯片工作原理简介。
针对原理图的绘制和审查，德国人都有一套严格的流程，一人设计交叉审查。还有原理图中的器件标号不能出现有歧义的地方，包括字体的格式、大小等都有严格的规定。很快我就将第一版的原理图绘制完成，然后和德国人开会讨论了好几次才最终定稿。关于 PCB 尺寸是标准的欧式板卡尺寸（160mm*100mm），用的也都是欧式插座，用于和背板的连接。同样，针对 PCB 的设计布线，德国人也有一套严格的规定，包括不同的信号类型使用不同的线宽和线距，以及 PCB 的标注。
德国人做事非常严谨，但是节奏非常慢，针对这个通信板卡的整体设计，预计时间周期为 2 年，包括软硬件，硬件工作主要集中在前段，因为必须提供实现软件测试的硬件平台。
经过两个月的艰苦奋战，第一版的 PCB 终于完成，在进行打板之前，必须经过德国人的审核后才能发给板厂制作。
PCB 加工完成后，并不是急于进行元器件焊接，而是先检查 PCB 裸板。一方面检查制作工艺，另一方面也检查是否存在短路现象，避免焊接元器件后不方便检查。而且最后还要填写 CheckList 报告。
PCB 裸板检查无误后才开始进行焊接，虽然制作数量比较少（每次在 10PCS 左右），但是照样使用 SMT 工艺进行器件焊接，禁止手工焊接，避免手工焊接所带来的问题会被误认为是设计缺陷。SMT 结束后，并不急于上电，而是先检查焊接质量，包括器件焊接正确性、摆放位置、锡的饱满度等，无误后进行 PCB 清洗，利用专用的清洗剂进行超声波清洗，清洗后进行高温烘干，静置 24 小时后准备上电。
上电之前必须事先设置好供电电压，第一步先测总电流，电流正常了再测 PCB 上各个输出电压，都正常后才开始给 MCU 烧写软件代码，进行软件验证。此时烧写的并不是最终运行的代码，而是接口驱动代码，用来验证各个接口是否满足要求。
此时，针对设计需求中硬件部分，必须进行模块划分，而且最终根据各个模块进行单独测试，必须事先写测试流程，包含每一个步骤以及用到哪些测试工具、怎样操作、需要测试哪些内容，都必须一一详述。目的就是为了让任何一个人看过测试流程之后都知道如何来操作。而且每项测试必须得出最终测试结果，不合格的项目必须同时提供改进方法，并经过试验验证，然后在下一版中进行改进。
做完各项测试后，有两项不合格，并提出改进方法，进行验证。在功能性测试结束后，必须经过高低温、湿度测试以及 EMC 测试，保证器件能可靠工作。
在第二版中针对第一版测试出现的问题加以改进，完全满足产品设计需求中的每一项，后续的大量工作均集中在软件验证上。硬件工程师基本都处在配合软件工程师工作。
经过两年左右的开发，这款通信板卡最终实现了各项功能指标，具备量产的条件。同时也获到了德国人的赞扬。通过这款通信板卡的研发，我不仅学习到了德国人对于产品研发的经验，包括细节处理方法，同时也增长了许多见识。见识了什么是真正的发达国家。
作者
与非网网友，yichun417
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