网志好读版： https://reurl.cc/k0oyxb (with自制解说图XD) 整理目前从系统厂担任BSP RD转职到IC design house担任Firmware engineer 一年半以来的心得... 希望透过由浅入深的介绍，说明我们这个行业是在做什麽... 更希望给有心想要转职到firmware engineer的朋友或是新人们， 给予一个很基本的概念分享~ 以下正文开始： 会想写这篇文章是因为最近有人问我担任系统厂的BSP RD， 後来能不能到Design house担任firmware engineer的这个问题...XD 目前我从系统厂换到design house已经超过1年半... 想说也可以整理一下这期间我自己的心得为何 也想说顺便介绍一下IC设计的大概流程， 以及到底之前在系统厂担任BSP学习到的什麽能力， 可以应用在design house的firmware engineer 首先最一开始，先了解一下IC到底在我们的日常生活中，会在什麽地方出现 从下图可知道，其实目前想像得到的电子产品，基本上都会有IC的存在... "IC is everywhere..." 因此，我认为就工作机会的角度看来，从事IC设计的行业是一个不错的选择 好的，接下来就进入正题了~ IC有非常多种，而现在目前市面上的主流，就是所谓的SoC (system on chip) IC 意思是说，一颗IC可以被看作是一个拥有多种功能的系统 如下图举例，这颗SoC IC可能同时支援有display，audio，bluetooth等等的能力， 甚至是这几年很红的AI，也可以被嵌入在一个SoC里面 这边特别提到一下到底软体工程师在SoC IC的开发之中，到底扮演着什麽样的角色? 由下图当作一个范例，假设SoC中有支援speaker(喇叭)跟recorder(录音)这两个硬体元件 那麽这两个硬体元件如何才能够起作用呢？ 答案就是需要SW firmware engineer根据HW designer的设计 透过软体的方式，产生相对应的程式码，去达到能够启动speaker跟recorder的目的 这样的程式码，我们称之为driver(驱动)。 上述所提到的程式码，最後会被build成一个档案，也就是我们俗称的firmware(韧体) 而这个韧体最後会在SoC中被执行。 有了HW component跟SW driver的存在，这样我们就可以开发一些我们熟知的软体应用 举例来说，音乐播放器中可以透过speaker driver去使用speaker 而录音机可以透过recorder driver去使用recorder 接下来就我目前所知的，来描述一下一颗IC从无到有的流程...如下图所示 (可能会有不完善的地方.. 请多包涵.. 小弟目前在design house资历尚浅XD) (1) 订定spec 通常要做一颗IC，或着说要做IC中的某一个元件，或着功能(又称作IP) 第一件事情就是需要了解到底要做什麽，以及如何去做 这样的过程，我们可以称之为叫做spec的定义 Designer必须要在这个过程把spec规格开出来， 并且详细地写成一份文件让相关人员review (2) RTL coding 接着，就是进入到所谓RTL coding的阶段 也就是digital designer撰写程式的阶段 (3) FPGA verification 当RTL写到一个程度，通常就会透过FPGA (Field Programmable Gate Array)这样的平台，进行相关的验证 来验证自己写的RTL code是否正确 通常在实际的FPGA上面跑RTL code之前，会经过一个叫做跑simulation(模拟)的动作 来验证function上面是否work 举例来说，硬体预期2乘以3要等於6 那麽在simulation stage上，就必须要得到6才行 (4) FPGA validation FPGA verification基本上是以验证功能性为主 但是它毕竟是一个模拟的环境，而且速度很慢 执行同样的程式码，在IC执行1秒钟，有可能在simulation会跑好几个小时 实际在FPGA平台上面run code，基本上就是在做FPGA validation 这时候验证的流程会越来越偏向软体，因此firmware engineer从这个stage开始 参与开发的比重也会越来越高 基本上就是写一些测试的程式码，尽可能地压力测试硬体的功能 以上(2)~(4)，我觉得应该是数位设计主要的范畴 (5) Placement layout 当数位设计的部分已经被验的差不多了 在请晶圆代工厂帮忙生产IC前 接下来会针对physical design的部分，进行一些优化的动作 这时候通常会请APR部门帮忙 因为像是IC的timing, performance等等的调整，都可以在这个stage做调整 (6) Tapeout 这个阶段就是真正请晶圆代工公司 (ex: UMC/TSMC) 根据我们开出来的制程(28奈米, 14奈米, 7奈米...)去真正将IC给生产出来 这样的IC，通常称之为ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 每一次的tapeout，动辄都是花几千万，甚至上亿 而且如果IC生产之後才发现有硬体上的bug，也回不去了... 因此，在tapeout之前，每家IC设计公司都会尽可能的做很详尽的验证 (7) Packing & testing 生产完IC後，接下来通常会经过封装测试相关的公司 来帮忙验证说这颗生产出来的IC是否有什麽问题，以及将它给封装好 最後再回到原厂，或是客户手上 介绍完生产一颗IC的流程之後，接下来针对firmware engineer的部分 自问自答三个问题，当作这篇的收尾： 1. Firmware engineer在IC design house要做的事情是什麽？ 2. Firmware engineer会学习到的东西是什麽? 3. 踏入IC design house前的软体工程师(or新人)可以做什麽准备？ 1. Firmware engineer在IC design house要做的事情是什麽？ 如果要一言以敝之...我认为是... "能够协助一颗IC开发所有可能的软体行为" 应该就是firmware engineer要做的事情 这可能包含： a. 协助硬体在订定spec过程中的一些evaluation 假设有3种方法可以做，但是透过软体像是写Python, C++等程式语言帮忙分析 会比较迅速, 这时候软体工程师可以帮忙跟designer co-work来帮忙做评估 b. 写driver来驱动硬体 这部分当然算是firmware工程师的主菜 Driver我认为又可以分作是: *without OS的driver *with OS的driver 这边的OS，近年来最为人所知的，就是Linux kernel 一旦涉略到OS，通常需要follow这个OS的rule 像是driver init的方式，memory management的方式，interrupt的注册...等等 c. 整合软体的环境 在开发过程中，可能会有tool A, tool B, tool C 会有机会为了方便，需要将ABC三种tool整合成一个tool 因此，system integration的需求也是很有可能的 2. Firmware engineer会学习到的东西是什麽? 这部分我认为每个人因应不同的职责，而会有所不同 因此可能会就我目前所学所看到的，比较主观的叙述这个part *Knowledge of boot sequence 对我而言，一直以来是比较偏向负责系统整合的部分 所以我看到的范围，会相对比较广一些 用下图举例来说，我会看到晶片开机过程的行为 上电Power on之後，被烧死在晶片里面的某一块记忆体上面的开机程式 (称之为boot rom)，就会开始运行了 接着它可能会带起第二个bootloader，进而把OS带起来， 最後变成我们熟知的user使用环境 用Android手机来举例的话，就是： 按电源键 --> power on --> boot rom --> bootloader --> Linux kernel --> Android OS --> Framework & Application 上面是我所认为的基本开机顺序 必须每个关卡都顺利，才能开机成功 在这之中，如果有硬体任何元件有错误 (像是UART, sd card, timer, interrupt controller...etc) 都有可能会造成开机失败 这时候有可能要去查看log以及相对应的spec，才能找出root cause *程式码的整合 如同上一个part所提到的，firmware engineer很有可能会涉略到软体方面系统整合的工作 这可能会牵涉到： 如何去build code 了解到如何撰写makefile，使得可以build出想要的firmware 了解到cross compiler的使用 如何maintain code base 和同事间一起开发/分工的过程 git的使用 (我自己主要是用git) *和designer的合作 这应该是我觉得比较难得的部分 通常designer会出一份programming guide请软体按照上面的spec 撰写出HW元件相对应的driver 但有时候不一定会按照上面所写的运作 这时就需要请designer拉讯号出来做debugging的动作 软体帮忙找出好复制的方式试着模拟情境，让HW的人方便找到root cause 因为需要密切合作，其实firmware engineer也会比更上层的软体工程师了解硬体运作的原理 像是软硬体之间的沟通方式，interrupt需要怎麽设定，register如何填写等等的 是我觉得最核心关键的地方 3. 踏入IC design house前的软体工程师(or新人)可以做什麽准备？ 如果有心想要往IC设计公司的firmware engineer发展的话 我认为可以做以下这些准备： 纯技术部份： *将C语言练得更熟一些 通常在写driver的时候，程式语言都是用C 因此，我觉得将C练得更滚瓜烂熟，是有帮助的 重点其实也是常常面试考题会考的部分 (pointer, structure, function call, ... etc) *作业系统的概念 这也是要做嵌入式系统方面的工作，必定要复习的部分了... 重点一样也是面试常考的那些 (interrupt, synchronization的处理...etc) *如何在Linux kernel系统中撰写一个driver 虽然我觉得这可以进公司再学，不过事先学好也是很不错 重点在於dts, platform driver, interrupt handler (又称ISR)...etc 其他辅助部分： *Presentation的能力 跟之前在系统厂时相比，在IC设计公司工程师开会讨论spec或是问题的频率高非常多 为了降低来回沟通的次数，我觉得清楚表达的能力很重要 这里指的清楚表达，不仅仅是口头上的清楚 有的时候可能是透过一张架构图，抑或是一张投影片让对方了解自己的想法 尤其是设计初期，在如何做之前， 常常会有一个brainstorming的阶段， 需要寻找灵感，也就是要做什麽。 *英文 这应该...就不用多做说明了XD 虽然目前没什麽用到英听跟口说的机会 但是至少reading跟writing的部分能有加强也是建议加强~ 目前以来的心得： 相较於之前在系统厂担任BSP RD，我觉得在IC设计里面担任firmware engineer， 最大的差别，应该是在於有更多事情需要靠自己去study，trace code 看原厂spec，看网路相关的论坛 (ex: stackoverflow)，才能够去解决 跨部门的同事都很忙，其实不一定能够帮你，凡事靠自己，觉得是练功的好所在。 之前在系统厂，还能够开issue问vendor 但是现在自己就是vendor，很多know-how都需要自己去发掘了 因此，到现在，我都还是常常觉得东西永远学习不完， 每天都有新的东西要学的感觉... 但，目前我还是享受这种感觉的。 如果是为了赚更多钱，确实，来IC设计薪水会比台湾的系统厂高上一个level 但对於未来生涯规划，想持续精进自己的技术力 我认为这也才是IC设计公司的一大卖点~ 以上 --

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