硬件設計專業(yè)暑假實習總結
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今年的暑假是在一個專門為煙草行業(yè)制造自動化生產設備的公司實習。實習的原本計劃是看能不能將ARM+Linux這樣的軟硬件平臺應用到煙草行業(yè)中。
我們總共三個人，我和我們班的一個，還有一個研究生，實現(xiàn)的地方由導師安排。 實習的公司叫“圭彬光電”，公司有兩處工作地點，我們所在的這一處位于寶雞市高新區(qū)，主要做煙草行業(yè)自動控制設備和系統(tǒng)管理軟件。
在這里，我們被安排在硬件設計部門。起初覺得完全和自己所學的不同，覺得公司的安排真是不合理。起初幾天也沒什么事，期間我們從資料室借來了公司以前使用ARM7做的“張力控制板”，資料很完整，從硬件設計到軟件程序和調試。其中給了硬件原理圖。起初一看就傻眼了，雖然在之前也零星的看過一下原理圖，可都是比較小的，現(xiàn)在整個一個系統(tǒng)硬件圖擺在眼前，連線錯綜復雜，使用的芯片又多，并且結合設計資料看的時候，其中的許多專業(yè)概念一點都沒有。忽然覺得自己學的簡直太少了，知道的太少了。在學校的時候，就軟件方面而言，還自認為學的挺多，本以為憑這就可以做點什么�？涩F(xiàn)在，隨便一個系統(tǒng)，要用所學的做出來，那簡直還太遠。因為軟件是基于硬件寫的，而在嵌入式這一行業(yè)中，每個硬件平臺基本上都不相同。以前總以為硬件都是差不多的，在學習中，忽略了硬件平臺對軟件的影響。
于是開始學習硬件的知識。起初是以張力控制板的資料為主，看其用到的硬件，查其使用的芯片的手冊，學著看原理圖，看其軟件的編寫。其原理圖是用Protel **SE畫出來的，于是也開始學習protel的使用，漸漸接觸了硬件設計的許多知識，比如封裝，網(wǎng)絡連接，硬件設計的一些規(guī)則等。
在這里做的第一件事算是做一個實際的項目，是一個關于金拉線控制的項目，當然是在這里一個工作經(jīng)驗豐富的硬件設計工程師的帶領下做的。具體給我們安排的是使用ARM控制伺服電機的轉動，并采集數(shù)據(jù)顯示出來。涉及到對頻率信號的處理，要將頻率信號轉換成電壓來控制伺服電機。前期我們做的是一些探索性的實驗，在工程師的提示下，我們使用ARM的定時器采集頻率信號，將其轉化成數(shù)字量，然后在使用D/A轉化成電壓值。經(jīng)過幾天的試驗，發(fā)現(xiàn)其精度太差，無法達到精確控制的要求，于是就放棄了這種方法，改用硬件實現(xiàn)頻率信號都電壓信號的轉換，而是用ARM只做數(shù)字顯示的部分。硬件部分我們使用LPC2103作為MCU，并參考了之前所看的張力控制板的硬件設計部分，使用Protel **SE完成原理圖的繪制。由于剛剛接觸Protel，所以芯片的封裝部分由帶領我們的工程師完成。軟件部分涉及到A/D轉換，三位數(shù)碼管的動態(tài)顯示，我們也在EasyARM2200實驗平臺上試驗通過。到此算是完成了第一個項目。
接下來的'一段時間里，我們主要繼續(xù)學習硬件的設計，查閱各種芯片的資料，并重點學習了Altium Designer(Protel的升級版)硬件設計工具的使用。由于在煙草行業(yè)中，Linux還應用的很少，公司以前也沒有做過這樣的東西，和部門經(jīng)理交流之后，他安排我們先做一些探索性的東西，首先從簡單的串口通信開始。為了充分考慮用戶的使用習慣，他給了我們一個windows他們經(jīng)常使用的串口工具，我們使用linux平臺下的圖形化開發(fā)庫GTK和C語言完成，這個主要由研究生完成。我們另一個同學主要做從Linux平臺訪問MS SQL20xx數(shù)據(jù)庫的探索。因為在煙草行業(yè)中，應用最多的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)就是MS SQL20xx和sybase，如果要應用linux平臺，數(shù)據(jù)訪問必然是要做的一部分。
經(jīng)過在網(wǎng)上的搜索，我們確定使用FreeTDS作為數(shù)據(jù)庫訪問開發(fā)庫，他最早是為解決從類UINUX平臺訪問sybase數(shù)據(jù)庫而開發(fā)的，后來也支持了對MS SQL20xx數(shù)據(jù)庫的訪問，正好符合我們的需求。FreeTDS是一個開源軟件，資料都是英文的，所以對于其編程接口，配置等的學習都是查閱其官方網(wǎng)站上的英文資料。我們還搭建了測試環(huán)境，使用VirtualBox虛擬機軟件，安裝Ubuntu Linux發(fā)行版系統(tǒng)作為linux環(huán)境，Windows XP作為MS SQL20xx個人版數(shù)據(jù)庫服務器運行環(huán)境。在linux環(huán)境下，使用FreeTDS的編程接口編寫測試程序訪問MS SQL20xx數(shù)據(jù)庫。在測試中，發(fā)現(xiàn)了不少的問題，比如字符編碼問題，訪問數(shù)據(jù)庫獲取的中文數(shù)據(jù)顯示是亂碼，訪問獲得的數(shù)據(jù)類型的錯誤等。于是我們使用vim + cscope + ctags作為源碼閱讀工具，深入FreeTDS的源代碼解決問題。最后我們寫了一個文檔和一個為具體應用提供的更方便的編程接口。文檔是詳細介紹了FreeTDS的安裝，配置，附圖說明了我們搭建的測試環(huán)境的過程�？s寫的編程接口主要是對FreeTDS提供的接口進行再次封裝，達到讓用戶可以只輸入SQL語句就可以訪問數(shù)據(jù)庫，包括常用的查詢，插入，更新，刪除，新建數(shù)據(jù)庫，新建表等，支持讓用戶通過簡單的參數(shù)或者修改配置就可以將操作的結果輸出到標準輸出或者輸出到文件中。
在之后的半個多月中，我繼續(xù)深入學習了硬件設計方面的知識，主要是使用PCB設計軟件Altium Designer設計PCB。最先是下載一些教程學習，學習Altium Designer的使用，學習硬件設計中注意的問題，學習制作電子元器件原理圖和制作電子元器件的封裝。難點要算是封裝了，因為要對應到實際芯片，元件等的尺寸，必須非常精確。在學習中，我最先以做一個周立功公司的EasyARM2103的JTAG接口作為實例。由于原理圖已經(jīng)有了，主要就是做元件封裝的設計和PCB布局（對各種電子元器件的合理放置）和布線（對各種元器件有電氣連接的管腳使用導線進行連接）。經(jīng)過幾天的努力，測量電阻，電容，芯片的尺寸做封裝，按照PCB設計的規(guī)則布局和布線，終于做出了一個像樣的PCB板。
完成JTAG的設計后，我在同學的建議下，也是出于實際的考慮，現(xiàn)在的大部分臺式機沒有并口，只有串口，而筆記本串口和并口都沒有，這給做嵌入式的人帶來了極大的問題。雖然現(xiàn)在網(wǎng)上有賣的USB轉JTAG和串口的接口，但價格很貴(200元左右)，于是決定做一個USB轉JTAG和串口的接口。在許多時間內，都是查閱網(wǎng)上已有的資料，整理出用到的芯片，一一查閱其硬件手冊，完成了原理圖和封裝的設計。由于使用的電子元件比較多，并且都非常小，所以手工布局和布線花費了不少的時間。
在之后剩下的時間里，我主要對周立功公司的EasyARM2103開發(fā)板進行了重新設計，添加了數(shù)碼管和蜂鳴器等器件。這個算是我在實習期間做的最大的一個硬件設計，用到了各種電子元器件，電氣參數(shù)各異，尺寸封裝也有許多沒有現(xiàn)成的，于是每天忙在查資料，修改設計中。在設計的后期階段，布局和布線著實費了一番功夫，考慮到用戶對已有的EasyARM2103開發(fā)板的布局的習慣，所以布局遵從已有的布局，這樣給布線帶來了很大的問題。在設計中，體會最深的就是布局比布線更重要，一個好的設計，不僅是電子元件連接的正確就可以了，還要綜合考慮信號的差異來布局，比如高頻信號和低頻信號，模擬信號和數(shù)字信號等，這些都應該分開，而這些都最終體現(xiàn)在一個好的布局上。最主要的是一個最優(yōu)的布線時絕對建立在最優(yōu)的布局的基礎上。由于舍棄了布局的最優(yōu)，所以布線非常麻煩，總共涉及到的電子元器件的之間的連線游1500多條，錯中復雜，橫豎交叉，花費了一周的時間才完全弄好。
經(jīng)過一個暑假，不僅學到了許多，也有許多感受。這個公司沒有像我們在學校里聽說的那種嚴格的管理制度（也許是我們沒有見到），對員工這樣那樣的限制（起碼我所在的硬件設計部門是這樣的），每個人都很自由。上班時間大家也是自由分配，只要完成定期的任務就好。這里的每個人都是綜合實力非常強的人。因為是搞硬件設計，對各種電子元器件的參數(shù)，功能等自然是非常的清楚，對于一個賣好幾萬的板子，一個人幾個月就可以完成，許多帶有自能控制的板子，涉及到了軟件的編程，匯編，c語言等也是非常精通。這里的每個人都很獨立，一個項目基本上都是一個人做，從硬件設計到軟件設計，全部是一個人完成。這沒有深厚的知識基本是絕對不行的。
在這里的生活算是還比較好，公司管飯，一天兩頓。周末吃飯有點麻煩，公司的食堂周末的時候就沒飯了，到附近的村子吃飯要走大概半個小時才能到。每天下班吃完飯后還打1個小時左右的乒乓球娛樂一下，雖然也有唱歌的地方，可一直沒有去，關鍵是不會唱，呵呵。乒乓之后，就在辦公室看看電影，在網(wǎng)上四處娛樂一下，也有許多時間是在查資料，泡論壇，看硬件設計的一些經(jīng)驗型的東西。平時也有出去逛，剛來的時候就去了釣魚臺，感受了一下姜子牙當年的釣魚的悠閑。最近還去了炎帝陵，不過正在修建，也沒多少景物，不過山上的那種鳥鳴山更幽的感覺還是非常好的。在有規(guī)律的生活之余，偶爾也感受一下山野數(shù)目的雜亂無章卻也深感爽快。
一個暑假，雖然和原先設想的有些差距，不過也學到了另一些，獲得了更多的一些，感受了企業(yè)的生活，有忙碌也有清閑，有上班時的認真的工作態(tài)度，也有下班后唱歌時候的縱情高唱，還是比較豐富多彩的。從正式員工真正做的東西來看，我們所學的太少，還相差甚遠。革命仍在繼續(xù)，我們更需努力。唯有多學，才能縮小我們和企業(yè)所需的人才之間的差距，才能使自己更有價值。
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