硬件工程师的担忧：为什么我害怕从事硬件工作？

刚开始工作的时候，我的岗位就是一位硬件工程师。当时考虑的更多是从自身成长的角度去看项目。

1、希望多做电路板，每天都有图画，每天都有线拉。这样硬件工程师有存在感，不会失业。

2、希望做更新的技术，学更多的东西。用最新的处理器、用最复杂的DSP、FPGA，驾驭更大规模的硬件电路板。

3、比较少从商业竞争力的角度去看产品。

现在呢，我们是在做一个公司。更多地从商业角度去审视研发的投入。

我们希望通过一款硬件能够适配更多的市场场景，通过硬件的子卡、配件实现更多的形态，实现硬件的归一化。

减少硬件新产品的产生，用更少的产品编码，实现更多的产品形态。以减少硬件工程师的研发工作量。

我们希望用一款产品打天下，每个硬件公司都希望能像苹果那样，做一个硬件爆款，来打下更多的市场。

1、在电信领域就出现了“硬件平台化”的思想。通过一种硬件平台，能够适配不同的软件，实现不同业务形态的需求。

2、在一些数通、企业级通信设备里面就通过子卡配置的形式，实现了更多的配置需求，实现了不同企业规模不同规格、不同接口的需求。

3、在终端类设备，希望做爆款，让一款设备成为潮流。也希望用一款手机来迎合N多人的需求。

一旦从商业角度思考之后，我们企业其实希望维护更少的硬件版本，来涵盖更大的市场。这样，备货种类少，采购有优势，维护工作量少，人力投入集中。

器件越少、板子越少，产品形态越少，出问题的可能性就越少。所以我虽然是硬件出身，我却希望“能不做硬件就不做硬件”，怕做硬件。最好是用现在的产品，或者已有硬件能够匹配现在市场的需求。

要实现少做“硬件”，需要做的一件事，就是：归一化。

归一化工作按照层次分类：器件归一化，电路板归一化，硬件平台归一化，网络结构归一化；

平台归一化是：一套硬件平台，通过不同的硬件模块的组合，承载不同的软件加载，可以支持不同的业务，既可以支持这个业务，也可以支持那个业务。例如我们以前开发的硬件平台，业务类型支持：彩信、彩铃、短信，呼叫中心、统一通信等场景。

硬件归一化其实是做出来的硬件模块，或者说硬件电路板，相同的功能模块可以支持多种功能场景，例如我们把语音编解码模块单独独立出来，作为各种编解码的处理，可以根据客户需求，处理不同的编解码的转换，同时系统也支持用户规格，选择电路模块的数量，支持不同客户规格的需求。

器件归一化

硬件工程师一般都能够理解，在一个板子上面的，尽可能地选择成本更低的器件，选择更少种类的器件，便于集中采购，同时也便于加工。但是其他公司可能没有对器件归一化的工作做得那么细致和严格。

第一， 由于华为整个公司使用的器件种类非常的多，所以如果减小一个器件编码，带来的收益是十万人民币到几百万，而其他公司可能达不到这个高的收益。所以如果能减少一个编码，宁愿选择可能成本更高的器件。但是这个也需要按照每年的器件直接成本收益*器件发货数量，与编码成本+加工成本差异，进行对比的。不过器件归一化之后，器件的价格又可以跟供应商重新谈价格，这个收益是迭代的。所以，有时即使是成本占优，也会倾向选择器件归一化的结论。例如，逐步去除了5%精度的电阻，归一化到1%。

第二， 器件归一化，都是需要进行专题分析的。因为也有工程师为了归一化，对电路原理没有充分分析，导致的归一化带来“问题引入”。所以，当时我的部门当时有一个表格，“器件归一化分析.xls”的excel表格，把每个器件，原来选型，归一化的选型，更改的原因，都做好记录和原因分析。一是让每个归一化的员工都充分考虑分析，二是问题都有记录，便于评审，三是出了问题，好打板子。

单板归一化

除了器件归一化，更高一个层次的归一化，就是单板归一化。（单板这个概念，我稍微澄清一下，我刚到华为的时候，也觉得这个词很奇怪。因为通信设备，都是机框，背板，加各个功能模块的电路板，各个功能模块的电路就叫做“单板”，硬件工程师，一般也叫做“单板硬件”）

单板归一化带来的好处，首先是电路的种类少，电路的种类少的好处有两个：一是生产成本降低，二是硬件维护成本降低，三是软件开发和维护的成本降低。

第一、单板归一化的先决条件首先是处理器归一化。其实，华为的有的产品这点做得其实不好，X86、MIPS、ARM、PPC全部都用个遍，所以一个硬件平台，需要配备各种软件人员，操作系统搞N套，VxWorks和Linux，BIOS各种配套。

第二、单板的归一化，要注意产品的衍生。第一个版本的机框上的单板所实现的功能，如果后续的产品可以使用，应该直接可以用，不需要再开发。如果不注意这点，第一个版本的单板，到第二版本时，发现不能相互借用。反过来，再修改第一个版本的电路板，来适应新版本。有时问题更糟糕，就是完全不能兼容，只好重新开发。单板的规划显得非常重要。

第三、单板归一化时，虽然电路部分兼容了，但是结构件不兼容。对于市场人员的配置来说，仍然是两种配置。一样是失败的。

平台归一化

那么如果发现不同的硬件平台的架构雷同，功能类似。那么机框也可以归一化。只需要制作不同的电路功能模块，就可以实现不同的功能需求。

但是不同的硬件形态都是有他存在的意义的，如果强行归一，市场未必会接受这种事情的发生。例如用一个运营商的平台去归一一个企业应用或者家庭应用的产品，可能就未必能够成功。

网络架构归一化

这个说法是我自己想的，早在08年的时候，华为就在讨论“云管端战略”了，当时不是很理解。当我们一个运营商平台部门，跟“服务器”的部门合并的时候，似乎理解了点什么。

当X86处理器足够强大的时候，所有的运算，不管是否性价比最高，都送到云端进行处理，那么所有中间的存储和计算都显得不重要了。那么整个网络的结构，就是终端+管道+云存储和云计算。

既然计算和存储设备都是一样的，那作为运算和存储的设备，也就不需要那么多样化了。这时网络存储设备，和服务器就显得尤为重要。

这也是华为成立IT产品线，做重点战略投资的重要原因。

所以现在也就不需要那么多网络节点和网络平台了，只需要超强的处理和存储能力和宽广的通道，多样的终端。

我们为什么需要归一化？

第一、 减少不必要的人力投入。

以前在研究所工作的时候，由于“技术不传染”，项目组之间没有什么技术沟通，相互之间的原理图、PCB、文档、案例、基本不共享，不交流，但是大家的一些模块，功能是一样的，但是设计结果各式各样，在设计阶段就重复劳动，当出了问题之后，其实大家面对相同的功能模块，再解决不同的问题。例如，音频的放大模块，频率其实基本上是0kHz~30kHz的有效信号，都是交流耦合，按照单电源、双电源；高电源电压，低电源电压；R-8，RM-8等不同的情况，有限的分类，我们进行一致性的设计；找到一些可以进行多厂家器件兼容，考虑几种容限的情况。做几种类型的设计。从设计上面来说，所有人都有参考标准。如果碰到新问题，现有的设计模块不能满足时，再引入新器件及新设计。例如平时大家的放大量都是100，按照增益带宽积，已有设计能够满足很多场景的带宽（同时单位时间的电压上升率也满足）；出现10000倍放大需求的时候再评估是否需要引入新模块设计。

但是实际的设计，都是放羊式设计，你喜欢ADI的，我喜欢TI的，他喜欢用MAX的，我喜欢用FET搭。所以每人手上一套放大电路，每个人的滤波电路都不一样，ADC选型和设计也是各式各样。如果有人出了问题，没有借鉴，也没有讨论，因为一开始就没有讨论。

第二、 降低总体的采购成本。

举个例子，大家都知道，贴片电阻，如果按照一盘进行采购，大约25元左右，有5000片。按时你只买100颗相同的电阻，可能拿到的采购价格是5元。

我们可以简单对比单价：按整盘采购单价是0.5分，按照散装采购价格是5分；单价相差10倍；其实通过这样的简单对比，我们很容易理解，批发价比零售价便宜很多在器件采购这个方面，有非常明显的特性。

除了类似于电容、电阻、电感等分立器件，有这个特性；在半导体器件采购，这个特性更明显。为什么呢？因为大家知道，半导体的主要原料是二氧化硅，也就是这个世界上取之不尽用之不竭的物质“沙子”；在一个芯片被成功设计和量产之后，其原料成本是非常有限的，主要的成本都是早期投入，例如研发投入，生产线投入，而这两部分的投入支出都非常的庞大。

几乎所有的芯片都是阶梯价，也就是你采购量越大，得到的价格就越便宜。

曾经待在华为的硬件平台部门。其实在硬件平台部门，主要的目标就是把公司各个业务承载在相同的硬件上，用最少量的硬件研发人力承载最大的营收。减少重复的研发投入，并且降低总体的采购成本。但是其实我们阶段性的成果，造成的局面是一个硬件平台，处理有7、8种，X86多种、单核PPC、多核PPC、MIPS、ARM……从器件采购上面来说没有形成优势，从研发上面来说，每套开发的人员需要的技能都不一样，在开发和维护阶段的人力投入都非常巨大。在器件采购上面，每种器件的使用量都比较有限，在商务上没有特别的突破。

同时降低，管理成本、资金占用成本，库存成本。

第三、 更高的产品质量。

如果产品设计形成合力，相同的器件、相同的模块、相同的电路，其的发货量比较巨大，暴露出来的问题往往也是概率性的，层次也比较深入。一些低级的问题，由于涉及的人员比较多，投入度也得到保证，所以在设计早期就已经解决地比较充分，并且当设计新电路的时候，可借鉴参考的内容也比较多，可讨论的同事也比较多。如果你选用一款器件，而这款器件被同事选用，已经产品化，并且海量发货。那么你选用这颗芯片的时候，不但这颗芯片被大批量验证过了，而且设计已经解决了已经发现的问题，同时由于你的选用，可能增加这颗芯片的发货量，也进一步增加商务谈判的砝码。

我们如何实施归一化？

平台归一化，这个设计场景比较少，架构师在考虑平台归一化的时候，往往是业务驱动。通过现有产品发现，哪些业务可以通过重新规划电路的功能集合，完成新的电路模块的划分，实现新的硬件平台可以涵盖更多的使用场景。例如经典的硬件平台ATCA。

ATCA（Advanced TelecomComputing Architecture）标准即先进的电信计算平台，它脱胎于在电信、航天、工业控制、医疗器械、智能交通、军事装备等领域应用广泛的新一代主流工业计算技术——CompactPCI标准。是为下一代融合通信及数据网络应用提供的一个高性价比的，基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件构架。

ATCA总线主要针对电信运营级应用，为下一代通信及数据网络应用提供了一个高性价比、模块化、兼容性强、并可扩展的硬件构架，同时以模块结构的形式呈现，以符合现代对高速数据传输的需求，为新一代电信运营设备提供了一个“可靠、可用、适用”的解决方案。

正是由于ATCA优越的“高性价比，模块化合理，兼容性强，可扩展性强”的特点，所以具备特别强的生命力。与ATCA的类似的还有其他种类的硬件平台，往往没有这么长的生命周期，或者没有这么大的市场占有率。

硬件单板归一化，强调的是在架构设计的时候，模块划分比较合理，模块的复用度高，模块间的耦合度低。ATCA这样的硬件平台归一化的时候，合理地拆分功能模块，才能实现其可扩展性和兼容性的特点。在硬件单板设计的时候，模块设计的时候，就需要考虑规格设计，涵盖场景等等因素。

器件归一化，是硬件工程师，经常需要面对的问题，此处做重点描述。

第一、 处理器选型归一化。

需要考虑软件归一化。如果选用相同的处理器，那么软件即使功能模块可能不一样，但是其大多数公用模块都可以借用，相同的处理器，操作系统可以保持一致，同时驱动等底层软件都可以借用。给软件开发的便利性带来了很大的优势。特别是多版本的大规模发货的产品，由于产品本身有很多的沉淀需要传承。当操作系统的变更，会导致很多功能可能需要重新开发。

例如，华为在变革操作系统的过程，部分业务从VxWorks切换到Linux的过程，非常痛苦，首先大量的业务软件是运行在Dopra(Dopra是在不同OS之上的一层封装，提供统一接口，提供编程框架。)当你选用新的Linux版本的时候，Dopra都需要跟随进行补丁，或者重新确立版本。另外，大量的生产测试，是基于VxWorks上进行开发的，如果需要移植到Linux，则需要花费大量的人力物力。一些运行Linux的电路板就运行双操作系统，在业务状态下，电路启动之后就先进入VxWorks，如果需要进入生产装备等状态，则相关按键进入。如果是正常业务，再次引导Linux进入Linux进行业务运行。

所以我们成熟平台上，进行处理器选型，尤其要注意电路的继承性。

第二、 内存类型的选型归一化

一个平台的生命周期需要考虑其所有器件的生命周期的健康性。而内存类的器件，往往生命周期并没有平台的生命周期长。所以在器件选型的时候，需要注意两个生命周期的配合。选型某款DSP的时候，其外围的存储器件只能选用SDRAM,但是同一平台的其他器件已经进入DDR2时代；但是由于X86更新换代比较快，很快配套内存选用DDR3。当平台发布没多久，几个大的存储器件厂家宣布SDARAM停产了。但是由于整个平台只有这么一个设计的位置选用了SDRAM，导致备货都无法开展。根据发货量预测到平台生命周期结束，对SDRAM进行备货。所以我们在选型的时候，哪怕有各种规格的DDR，但是也需要考虑归一化，这样哪怕备货的时候，也能形成批量采购获得价格优势，或者发货量大去影响其生命周期，或者扶持一些小的器件厂商进行替代。

第三、 电阻、电容、电感等无源器件归一化

电阻，我们需要在电阻精度上面进行归一化，若干年前，当生产电阻时，其精度还不那么容易控制的时候，我们需要根据设计，选用精度相对不那么高的电阻以降低成本。但是目前来说1%精度的电阻，与5%精度电阻的价格差异不再那么大的时候。我们可以统一选用1%，不但增加了统一采购的数量，以此来获得批量采购的价格优势，同时由于减少了器件的种类，降低了生产的时间。在阻值方面也可以做一些归一化的工作，例如一些对阻值不是那么敏感的设计中，我们可以进行一些器件归一化的，例如一些远离有用信号的RC滤波，相对不需要那么准确的精度，我们27欧姆归一化到33欧姆，这种对滤波结果影响不大的场景，可以选择归一化。同时，有些电阻阻值在整板，只有一个器件（20k），我们可以选择两个电阻的阻值之和（两个10k）来实现，来实现归一化。

但是我们不能为了归一化而归一化，在减少器件种类或者减少器件数量的时候，一定需要考虑归一化之后对电路的影响。当年我们开发Corei7嵌入式版本开发，第一版的时候工作都正常的，调测完成之后，进入产品化阶段。但是回板之后，电路无法正常工作。原来是硬件人员没有进行评估，把处理器的外围晶振的对地电容18pF归一化到30pF，导致的晶振不起振。

第四、通用化IC归一化

电源、时钟、运放、分立器件等这些通用性很强的器件，可以考虑归一化。同时做好不同厂家最好是PIN2PIN的替代方案。

例如电源，我们选定了一种规格，例如12V输入，5V输出，电流10A，整个公司都可以选择同一种解决方案。不需要不同的工程师选择各种厂家的解决方案，电路设计、芯片选型都不一致，但是功能完全一致的电路方案。但是，我们需要关心，即使是不同厂家的相同型号，也有可能有一些微弱的差异。以下以706看门狗为例，虽然各个厂家型号、封装、管脚定义都一样。但是具体规格却是有比较大的差异。

《硬件详细设计文档》解析之一 概述

《硬件详细设计文档》解析之二 单板上电、复位设计

《硬件详细设计文档》解析之三 单元详细描述

《硬件详细设计文档》解析之四 归一化审查

《硬件详细设计文档》解析之五 可靠性指标

《硬件详细设计文档》解析之六 可维护性设计

《硬件详细设计文档》解析之七 可维修性设计

《硬件详细设计文档》解析之八 工艺设计说明之 工艺边要求

《硬件详细设计文档》解析之九 EMC设计考虑

《硬件详细设计文档》解析合集