一部硬件開發(fā)流水賬

轉(zhuǎn)眼大學(xué)畢業(yè)已經(jīng)17年了，我也從一個(gè)毛頭小伙子成為快到不惑之年的中年人。期間感嘆還是頗多的，就將這些年自己從事的開發(fā)經(jīng)歷流水賬般寫出來，希望對年輕人有啟示作用。

找工作
我是1991年畢業(yè)的，那時(shí)候是國家分配和自己找工作相結(jié)合。還記得，當(dāng)年自己懷著忐忑不安的心情拿著畢業(yè)材料去現(xiàn)在的單位面試，由于我們單位當(dāng)時(shí)是最早從事終端開發(fā)的廠家，而且發(fā)展形勢相當(dāng)不錯(cuò)，所以我當(dāng)時(shí)非常緊張。經(jīng)過一番成績審核和測試，終于被這家單位接收，那心情和考取大學(xué)差不多，盡管只是被分配到了一個(gè)分廠的小部門。

圖像部的一年工作
報(bào)到后才知道，那個(gè)小部門的全體員工出去旅游了，剛走，要兩個(gè)星期才能回來。那兩周真漫長，我不知道該做些什么，每天只是打掃衛(wèi)生、泡泡茶。到后來，簡直手腳都不知該怎么放了，只能看著其他部門的人干活。由于我是最后一個(gè)進(jìn)單位的，也沒趕上培訓(xùn)，自然不認(rèn)識別的新員工，只好自己一個(gè)人封閉起來看看書。

終于等到部門的人回來了，我那個(gè)開心就用不提了。和所有剛參加工作的人一樣懷著滿腔的熱情，恨不得工作的第一天就能甩開手臂大干一場，以實(shí)現(xiàn)自己的人生理想?？墒乾F(xiàn)實(shí)很殘酷，首先，工作中所用到的技術(shù)要比專業(yè)書上的更深入，和學(xué)校講的理論、做的題目是不一樣的；其次，單位不會讓一個(gè)新來的大學(xué)生直接來解決問題；再次，做產(chǎn)品是講團(tuán)隊(duì)精神的，需要各個(gè)方面的人配合，不像在學(xué)校里一個(gè)人就足以思考、解決一道題。

把這些問題考慮清楚后，我開始認(rèn)真地做每件事，做好項(xiàng)目的輔助工作，即使上街買個(gè)元器件也是興高采烈的，就這樣我慢慢地融入了集體。另外單位宿舍晚上可以繼續(xù)學(xué)習(xí)，所以入門也比較快，經(jīng)過半年時(shí)間鍛煉，我已經(jīng)可以做簡單的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修了。也曾多次出差，隨師傅、師兄到合作單位談一些技術(shù)問題。當(dāng)時(shí)師傅的要求非常嚴(yán)格，出差到北京即便是休息日也不容許我們隨便上街。

我們做的是“字幕機(jī)”（就是將計(jì)算機(jī)上顯示的字幕和視頻圖像疊加在一起，那時(shí)候視頻輸出是攝像機(jī)、錄像機(jī)和LD），可以接觸大量的錄像帶，但是師傅并不容許我們看，每天的娛樂節(jié)目是7點(diǎn)鐘看新聞聯(lián)播，其他時(shí)間就是看書或者研究“字幕機(jī)”，喜歡看書學(xué)習(xí)的習(xí)慣一直保持到現(xiàn)在。最開心的莫過于大半年后，讓我做的一個(gè)“色鍵”項(xiàng)目，“色鍵”也有稱為“扣像”，就是將一幅圖像中的某種顏色去除，可以實(shí)現(xiàn)虛擬演播室。這個(gè)項(xiàng)目當(dāng)時(shí)得到了清華的一個(gè)老師指點(diǎn)，但具體的實(shí)現(xiàn)和調(diào)試基本上是我自己獨(dú)立完成的，直到那時(shí)才覺得自己是真正有點(diǎn)用了。

初到終端部門
由于住在公司宿舍，我很快就和宿舍的其他人員熟悉了。晚上通常一塊到辦公室看書或者和大家一起討論產(chǎn)品，這樣開始知道了終端產(chǎn)品。一個(gè)偶然的機(jī)會，終端的一個(gè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和我說他們產(chǎn)品上有個(gè)硬件問題，讓我看看，我花了點(diǎn)時(shí)間很快就做好了，正好那時(shí)候我們部門由于產(chǎn)品調(diào)整開始有些變化，1992年底我就被調(diào)到了終端產(chǎn)品部。我馬上系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了終端方面相關(guān)知識，特別是硬件方面的具體原理和實(shí)現(xiàn)思路，晚上也去辦公室看資料，遇到不明白的地方就用儀器測量，或者改動(dòng)電路做試驗(yàn)，所以掌握的還是比較快，但是由于原有人員的離開，遇到問題只能自己去摸索，還是比較郁悶的。

到終端部門沒多久就遇到了幾件事情，首先是產(chǎn)品在用戶處出現(xiàn)聯(lián)機(jī)不穩(wěn)定的情況：上班開機(jī)總是聯(lián)機(jī)正常的，但是半小時(shí)以后就出現(xiàn)亂碼。我懷著忐忑不安的心情去出差了。由于在公司時(shí)我沒有發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題而且又是第一次出差，緊張程度可想而知了。幸好自己還算冷靜，可能運(yùn)氣也好，我還是找到了問題所在：原來是一個(gè)晶體的熱穩(wěn)定性不好，開機(jī)的時(shí)候機(jī)器是冷的，晶體工作正常，但是半小時(shí)后機(jī)殼里的溫度上升了，振蕩頻率就出現(xiàn)了漂移，聯(lián)機(jī)就會出現(xiàn)亂碼。這個(gè)問題的解決給了我很大的信心。[!--empirenews.page--]

另外一個(gè)事情就是顯示死機(jī)的問題，我們在終端上做了一些圖形演示的程序，在做高溫老化的時(shí)候發(fā)現(xiàn)有些機(jī)器的屏幕畫面會停，這時(shí)候機(jī)器不響應(yīng)任何信息，這是個(gè)偶然的現(xiàn)象。由于在用戶處不用演示程序，所以沒有提出這個(gè)問題。但是我覺得這一定是有原因的，通過做大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這些屏幕基本上都停在一幅固定的畫面上，如果實(shí)驗(yàn)做的時(shí)間長，死機(jī)的機(jī)器的數(shù)量會增加。為了解決這個(gè)問題，我天天泡在車間的高溫房里面，正好那時(shí)是冬天穿得又多，而高溫房的環(huán)境溫度有40℃，在里面用示波器測量信號點(diǎn)，一測就是半小時(shí)，渾身汗流不止，很多天下來都沒有結(jié)果。由于不影響使用，別人都說放棄吧，可是我還是堅(jiān)持了下來。經(jīng)過幾周的實(shí)驗(yàn)終于發(fā)現(xiàn)的問題，原來是硬件的NMI不可屏蔽中斷影響了那個(gè)顯示畫面，那個(gè)顯示畫面所作的圖形比較復(fù)雜，所以占用CPU的時(shí)間比較長，而NMI是定時(shí)要來的，以實(shí)現(xiàn)屏幕滾動(dòng)，原來的NMI的時(shí)間定的比較長，特別在高溫房里這個(gè)時(shí)間比常溫下又長了點(diǎn)，這樣NMI來的時(shí)候就打斷了這個(gè)演示畫面，導(dǎo)致演示畫面的程序“飛”了，引起“死機(jī)”現(xiàn)象的發(fā)生。解決這個(gè)問題可以調(diào)整NMI時(shí)間或者改動(dòng)軟件部分，由于軟件已經(jīng)定版，最后采用減小NMI時(shí)間的方法解決了這一問題。

我另外遇到的一個(gè)比較棘手的問題是所謂的“帶電RAM參數(shù)丟失”。有些用戶的特殊設(shè)置、鍵盤用法、造的一些漢字和短語都需要保存在一個(gè)一直有電的SRAM中。在終端掉電的時(shí)候這些參數(shù)一直保持在這個(gè)SRAM中，下次開機(jī)的時(shí)候這些參數(shù)可以直接應(yīng)用。這是一個(gè)非常方便和實(shí)用的功能。但是在用戶使用的時(shí)候發(fā)現(xiàn)有的終端帶電RAM里的參數(shù)會無規(guī)律地丟失，這樣用戶需要重新設(shè)置參數(shù)才能使用，非常不方便。為了解決這個(gè)問題我們還專門開會進(jìn)行討論，從設(shè)計(jì)邏輯上看不出任何的問題，所以在很長的時(shí)間里沒有頭緒。我查了相關(guān)的資料同時(shí)到車間里去做實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是和開關(guān)機(jī)時(shí)間長短沒有什么關(guān)系，和電源以及開關(guān)機(jī)的方式有關(guān)。如果是在電源輸出正常后再開終端基本上就沒有這個(gè)問題，而終端作為電源的負(fù)載一直打開時(shí)，偶爾會出現(xiàn)這個(gè)問題，軟復(fù)位是沒有問題的。通過這些實(shí)驗(yàn)就比較好分析了，那就是和開關(guān)機(jī)的電源上升、下降已經(jīng)復(fù)位有關(guān)，開關(guān)電源在上升的過程中可能有跌落的情況，同時(shí)主板上的各個(gè)電路的工作電壓可能不同，而簡單的RC復(fù)位也可能導(dǎo)致復(fù)位的抖動(dòng)，這個(gè)在開機(jī)或關(guān)機(jī)的時(shí)候當(dāng)總線不受控的時(shí)候，可能會有一個(gè)時(shí)序符合寫RAM的要求，這樣帶電RAM中的數(shù)據(jù)就被更改了，根據(jù)這個(gè)分析，我將原來的帶電RAM從0段調(diào)整到0X2000H段，同時(shí)用了電壓檢測的復(fù)位電路，讓系統(tǒng)在4.5V后20ms開始復(fù)位，這時(shí)候主板電源已經(jīng)穩(wěn)定，這樣解決了這個(gè)問題。

這些問題的解決大大提高了我的信心，我開始作為一個(gè)獨(dú)立的硬件設(shè)計(jì)人員來從事終端方面的工作了。在這期間我研究了同行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路，用最合適的方法來實(shí)現(xiàn)功能，提高了產(chǎn)品的競爭力。之后，我又系統(tǒng)學(xué)習(xí)了產(chǎn)品可靠性原理、電磁兼容性、安全、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)安裝工藝等方面的知識，特別是EMC方面，通過理論的學(xué)習(xí)和實(shí)際的不斷測試和修改得到了很大的提高。那段時(shí)間經(jīng)常去52所作測試，有時(shí)候一個(gè)輻射點(diǎn)的超標(biāo)需要修改相當(dāng)長的時(shí)間才能通過。慢慢地在整機(jī)設(shè)計(jì)方面有了比較好的基礎(chǔ)。在隨后的3年里我在一個(gè)終端平臺上通過一些技術(shù)變革和產(chǎn)品的功能更新，設(shè)計(jì)出兩款系列產(chǎn)品。

FPGA學(xué)習(xí)之路
1994年末，一個(gè)偶然的機(jī)會，領(lǐng)導(dǎo)讓我去學(xué)習(xí)一下FPGA。FPGA是什么呢，我當(dāng)時(shí)一頭霧水一點(diǎn)概念也沒有。去檔案室查資料才發(fā)現(xiàn)有3盒軟盤的安裝軟件和一大堆的英文參考資料，原來是美國XILINX公司FPGA的安裝軟件。XILINX的FPGA是什么呢，查了資料后才知道是可編程門陣列。由于以前做過PAL和GAL電路，所以我就將它當(dāng)成了一個(gè)大GAL。但是在安裝開發(fā)環(huán)境的時(shí)候出問題了，安裝的環(huán)境包括輸入、邏輯仿真、編譯、時(shí)序仿真、下載等環(huán)節(jié)。由于之前沒有這些概念所以我不知道怎么安裝，而那時(shí)XILINX的代理MEMC在上海也沒有辦事處，沒有人可以問，只能不斷地嘗試。將包含開發(fā)工具的30張軟盤裝在我的486機(jī)器上，簡單地跑一下流程試一下各部分的功能就花了一周時(shí)間。

那時(shí)的操作系統(tǒng)是Windows3.1。安裝成功之后，我就迫不及待地做試驗(yàn)，第一個(gè)試驗(yàn)是用FPGA實(shí)現(xiàn)一個(gè)秒表顯示，當(dāng)8段碼上按秒正確地顯示出0～9數(shù)字時(shí)真是激動(dòng)不已、無以言表。這期間，我還自學(xué)了VHDL語言，由于VHDL是基于自頂向下的方法來設(shè)計(jì)的，所以整個(gè)設(shè)計(jì)模塊化很強(qiáng)，很易于理解，比原理圖輸入的自底而上的方法更簡潔，便于閱讀和共同設(shè)計(jì)。FPGA本質(zhì)是一個(gè)靈活的可編程的硬件電路，給設(shè)計(jì)者一個(gè)想象和開拓的空間，不像ASIC電路是固定功能的。

當(dāng)我不斷地做試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了新功能的時(shí)候，那種喜悅的心情真是每天都有。那時(shí)候經(jīng)常是一個(gè)人在一個(gè)小房間里學(xué)習(xí)探索，加班到深夜是經(jīng)常的事。由于那時(shí)在國內(nèi)使用XILINX FPGA的人還不是很多，上網(wǎng)也不像現(xiàn)在這么方便，所以最大困難是有了問題只能自己去思考、摸索。我感覺最有成就感的是不滿足于完成電路的功能而是重點(diǎn)研究FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，手工控制布局、布線效果以及提高資源的利用率，使用高級工具在芯片內(nèi)部進(jìn)行布局和布線調(diào)整，在CELL內(nèi)部進(jìn)行邏輯的設(shè)計(jì)改變，而不是死板地從源文件開始改動(dòng)，這樣大大縮短了時(shí)間周期，提高了芯片使用效率。

通過不斷摸索，我在1995年中的時(shí)候?qū)ILINX的XC5204應(yīng)用到我們的終端產(chǎn)品上，大大提高了終端的集成度，降低了成本。這時(shí)候我已經(jīng)不滿足集成簡單的邏輯電路和時(shí)序電路了，進(jìn)一步嘗試將標(biāo)準(zhǔn)的ASIC電路的部分功能集成到FPGA內(nèi)部。通過一段時(shí)間的分析和溝通，我們分析出了HITACHI公司的顯示控制器HD6445的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，成功地將這個(gè)電路集成到了FPGA的內(nèi)部，同時(shí)將PS2鍵盤控制器84C43和UART一起集成到了FPGA中，使得整個(gè)主板的芯片數(shù)量從62個(gè)減少到12個(gè)，大大提高了集成度、減低了成本，提高了可靠性，生產(chǎn)和維護(hù)的工作量也大大減少。這時(shí)采用的FPGA是XILINX公司低成本的XCS20，終端產(chǎn)品型號是CJ320H。這個(gè)產(chǎn)品除了應(yīng)用FPGA技術(shù)外，還首次采用了FLASH芯片，使得程序可以在線下載而不需要打開機(jī)器來換程序片，同時(shí)保存參數(shù)更加可靠。還采用了帶擴(kuò)頻功能的時(shí)鐘電路，大大降低了整機(jī)的電磁輻射問題。[!--empirenews.page--]

在終端上的FPGA開發(fā)完成后，為了進(jìn)一步降低成本，我將FPGA芯片做成了HARDWIRE芯片，這是一種將FPGA中所用到的門電路固定下來，拿掉不需要的門電路的一種技術(shù)。由于電路的版圖和連接方式發(fā)生變化，所以相應(yīng)的時(shí)序變化很大，通過時(shí)序仿真保證了設(shè)計(jì)的正確性。當(dāng)時(shí)在國內(nèi)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還非常少。由于這些新技術(shù)的應(yīng)用使得CJ320H終端整體性能處于同行業(yè)領(lǐng)先的地位，相應(yīng)的市場競爭力也得到明顯提高。我主持設(shè)計(jì)的CJ320H中西文圖形終端獲得1998年度江蘇省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。在CJ320H之后又陸續(xù)推出了CJ320S、CJ380等系列終端。本人在1999年獲得常州市政府重獎(jiǎng)和常州市杰出科技青年稱號。在成功使用XILINX FPGA后，我又研究了LUCENT、ACTEL、ALTERA、LATTICE等公司不同架構(gòu)的FPGA和CPLD，根據(jù)不同的終端電路應(yīng)用特點(diǎn)使用了這些公司的可編程器件，開發(fā)出了國光CJ6812系列終端產(chǎn)品，自己也在可編程電路方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

繼續(xù)努力
2006年，我又開始主持字符終端向ARM9平臺轉(zhuǎn)化的開發(fā)。這個(gè)平臺的開發(fā)成功使得字符終端又上了一個(gè)新的臺階。在開發(fā)幾款字符終端的同時(shí)，根據(jù)技術(shù)發(fā)展和變化設(shè)計(jì)了圖形終端的硬件平臺。高平臺的圖形終端相當(dāng)于精簡計(jì)算機(jī)，它在硬件上不像PC那樣具有很多擴(kuò)展卡，一般只有一個(gè)內(nèi)存條，甚至這些內(nèi)存條是ONBOARD的，沒有光驅(qū)，只有一個(gè)硬盤接口，一般采用DOM或DOC作為硬盤，顯卡一般是集成在北橋中，運(yùn)行的操作系統(tǒng)有CE、XPE、LINUX。2002年初的時(shí)候，由于NS的GX1的功耗比較低性能也不錯(cuò)被廣大的瘦客戶機(jī)廠家所采用，我也采用這個(gè)平臺設(shè)計(jì)了我們公司的圖形終端。在2003年的時(shí)候，我覺得用VIA C3來設(shè)計(jì)圖形終端具有性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，于是又花力氣設(shè)計(jì)了C3+PLE133平臺。分別設(shè)計(jì)了ATX電源接口的分體式和單電源的一體式產(chǎn)品，特別是后一個(gè)產(chǎn)品將VGA到液晶轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)集成到主板上，配合公司自己研發(fā)的造型結(jié)構(gòu)，推出了造型新穎的一體化產(chǎn)品。去年，又基于AMD的LX系列設(shè)計(jì)出了分體式和一體式產(chǎn)品。今年，我們公司開始批量生產(chǎn)基于INTEL852平臺的產(chǎn)品。從做產(chǎn)品的角度上講是永無止盡，因?yàn)殡S著新技術(shù)的不斷推出，可以應(yīng)用這些技術(shù)來設(shè)計(jì)新的產(chǎn)品或應(yīng)用。

一個(gè)合格的技術(shù)人員要不斷地研究新的技術(shù)，將這些新技術(shù)應(yīng)用到自己的產(chǎn)品上，使產(chǎn)品更具有競爭力。對于一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)者，關(guān)鍵的不是把產(chǎn)品做出來,而是怎樣去做好這個(gè)產(chǎn)品。一款產(chǎn)品最終要放到市場上去檢驗(yàn)，只有比別人做得好，才有機(jī)會成功。

一分耕耘，一分收獲。這些年，我研發(fā)的這些產(chǎn)品為公司取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，其中的兩個(gè)產(chǎn)品獲得江蘇省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，還有一些產(chǎn)品獲得常州市的一些獎(jiǎng)項(xiàng)。

目前，我還在開發(fā)一線從事具體的開發(fā)工作。我覺得做技術(shù)的人要踏實(shí)，要有信心和目標(biāo)，在具體研發(fā)的過程中要不畏困難，辦法總比困難多，不管多難的問題，只要堅(jiān)持，總歸會得到解決。