系統級單晶片（SoC）以數百萬邏輯閘來取代傳統面板上的大部份元件，這是由於超積體電路（VLSI）的微米或奈米技術已經足夠實現一般SoC的功能，同時能節省電能和成本，這也促使資訊家電、消費性電子、網路通訊市場的不斷蓬勃發展。

在過去十年前的商業思維裡，計算平台非UNIX工作站，就是個人電腦，鮮少人會想到計算平台可以縮小到只有手掌一樣大。不過，這裡所說的計算平台至少包含軟體作業系統、儲存裝置、中央處理器、輸出入通訊埠、顯示裝置、人機介面，傳統的袖珍型計算機是使用8051 CPU，沒有軟體作業系統，所以其功能是無法和SoC比擬的。

硬體變軟體

這麼多的功能全由SoC負責管控，所以面板體積可以縮小、電能和成本可以降低。不過，這其中的關鍵是硬體的工作都轉化成軟體的工作了。為何會如此？因為為了保持設計上的彈性（這一點是SoC與ASIC最大的不同），SoC裡面有許多暫存器（registers），這些暫存器所儲存的資料實際上就是硬體線路的描述，程式設計者透過這些暫存器就可以設定（configure）SoC的功能。

這些暫存器提供的設定項目包羅萬象，譬如：有支援乙太網路的SoC內部暫存器組中會有設定MAC接收和傳送控制器的暫存器、紀錄MAC接收和傳送狀態的暫存器、決定訊框（frame）位址和大小的暫存器、設定預設位址過濾封包的暫存器......等。這種轉變，對硬體廠商而言似乎是一大福音，不過，SoC所帶來的軟體開發成本卻是硬體廠商始料未及的。

孰是韌體？孰是軟體？

就技術面而言，使用SoC所開發出來的新產品一般都統稱為嵌入式系統，因為這些新產品都需要嵌入式作業系統（embedded system）。在傳統的觀念裡，所謂軟體是指含ISO第三層（網路層）以上的軟體堆疊（stack），而韌體是指ISO第二層（資料鏈結層）。

過去的硬體工程師大多數會自己設計簡單的組合語言和C語言，用來驗證電路設計的正確性。在那個時代裡，軟體作業系統是很昂貴的、很神秘的。他們最常使用的CPU是8051、8088......等之類的8-bit微控制器，他們直接使用微控制器的指令集來寫程式，這些程式叫韌體（firmware），其所設計出來的功能都很簡單。迄今，雖然16-bit、32-bit的微控制器或微處理器已經很流行，但是因為成本考量，8-bit微控制器仍然是體溫計、玩具、袖珍型計算機、家電....等產品的控制核心。

多年之後，仍然有人沿習傳統，將嵌入式作業系統稱作韌體，而單獨將ISO第七層（應用層）叫作軟體。這是因為Windows作業系統的關係，用戶只能藉用VC++、VB或其它應用軟體開發用戶的應用程式，由於微軟至今仍然不公開他的Windows原始程式碼，所以用戶只能觸及應用層。就因為Windows作業系統的魅力無法擋，許多人只懂得要學VC++、VB或其它應用軟體來開發應用程式，結果大多數人都成為「軟體工程師」。

但是遇到目前的經濟蕭條，很多企業紛紛削減了資訊設備的採購與投資，首當其衝的就是中高階電腦設備和應用軟體的需求量銳減，而嵌入式系統卻起而代之。大多數軟體工程師現在都陷入必須轉型的困境，但是要向何處轉型呢？除了放棄程式設計的生涯以外，轉往嵌入式系統成為「韌體工程師」，似乎成為唯一的一條路。

韌體的重要性

俗稱的軟體和韌體最大的不同在於：韌體與硬體關係密切（hardware dependent），但是軟體與硬體無關（hardware independent）。軟體之所以與硬體無關是因為韌體是它們兩者之間的橋樑，所以韌體工程師是很珍貴的，他必須既懂硬體還要懂各種低階程式語言，包含C、C++、組合語言、Java......等。甚至他還要協助硬體工程師偵測電路，所以他也要懂得如何使用示波器、邏輯分析儀、電表來測量訊號。有時，當利用FPGA開發SoC時，韌體工程師甚至要了解如何利用IC設計軟體在暫存器轉換層（RTL）去整合C語言、組合語言、Verilog語言。除此之外，為了找出通訊協定堆疊（protocol stack）程式的錯誤，他還必須熟悉各種通訊協定標準。但是這種萬能的人才目前實在很稀少。

如何轉型成韌體工程師？

許多軟體工程師出身自資料庫應用、網頁設計、商用應用、工業控制、人機介面......等，他們已經專精於某些特定應用技術或軟體，有些人懂FoxPro、VB，有些人懂PHP、.NET，有些人懂8051組合語言，可是他們大多數都不精通C語言。要知道目前大多數的嵌入式系統是採用SoC的組合語言、C語言設計的。所以，他們必須重新溫習C語言，並學習SoC的組合語言才行。

因為大多數軟體工程師都具有一定程度的程式設計的經驗，所以要重新溫習C語言並不是難事。不過，溫習的重點應該放在與硬體、韌體相關的部份：

1. Volatile修飾詞與SoC的暫存器息息相關，所以必須瞭解。

2. 一般軟體工程師對佇列（queue）和鏈結串列（linked lists）的設計很陌生，因為他們所使用的應用軟體已經幫他們設計好了，他們只要懂得如何使用應用函式（API）就行了。但是，嵌入式作業系統裡面的佇列和鏈結串列是以C程式的原始碼呈現的，所以必須瞭解它們的邏輯，才能應用得當。

3. 指標（pointer）、結構（structure）、陣列（array）是C語言裡面最常使用的工具，一般軟體工程師雖然瞭解但都不夠熟練，所以必須加強。

目前SoC的IP核心有許多品牌，例如：ARM、MIPS、x86、PowerPC、SH、M-Core.........等，所以要視目標產品是選用何種SoC和IP核心，再來決定要學習哪一種SoC組合語言。而SoC暫存器的設定大都是透過C語言完成的，所以也要研讀SoC的技術手冊和它的樣版程式。

結語

在人力銀行的網站上，有成千上萬的軟體工程師在找工作，想轉換跑道。但是，同時在人力銀行網站上，有經驗的韌體工程師在謀職者卻不超過一百人。聯發科和威盛的DVD晶片專利之訴訟，爭執點就在韌體上。物以稀為貴，韌體工程師的身價勢必會不斷攀高的。目前的一般軟體工程師只要有勇氣、信心、熱情，想要轉換成韌體工程師不應該是難事才對。

（作者為電子產業資深研發工程師，現為誠君工作室負責人：su2b08@saturn.seed.net.tw）