本文涉及的內容較多，個人知識水平有限，如有不當之處歡迎指正。
特別鳴謝：嵌入式大神 @tofulee ，@woshizmxin 對本文給出了一些很好的意見。
何爲嵌入式
嵌入式是一個比較模糊的概念，也沒有很準確的解釋，其實也沒必要一定找出個準確的解釋來，並不影響學習。
參考了網上的資料，根據我的認識，可以認爲嵌入式系統是一種完全嵌入到設備內部、解決特定問題的專用計算機。我們常用的電腦被認爲是通用計算機，能安裝各種軟件，從而解決各種不同問題；而嵌入式系統是專用計算機，只負責解決特定問題，例如控制洗衣機、控制路由器等；其軟件被稱爲固件，一般不會經常進行變動。
一般認爲智能手機也是嵌入式系統，但是現在手機功能越來越強大，可以裝各種軟件，和電腦之間的界限也比較模糊了。例如平板電腦，既可以當成電腦，又可以當成大屏幕手機……當然，沒必要過多的去糾結這些。
從上面的這個定義來看，單片機一般也屬於嵌入式系統。
典型嵌入式系統的設計流程
這裏舉一個使用ARM9的CPU和Linux操作系統的、典型的嵌入式系統的設計流程。整個設計過程有點組裝電腦的感覺，就是拼接各種模塊，包括軟件模塊和硬件模塊。
需要注意的是，嵌入式的範疇非常廣。這裏要舉的例子，作爲典型的嵌入式設備，也是近幾年很流行的智能硬件設備；其設計重點在軟件系統和硬件電路上，和IT類專業的關係非常密切。本文也是以這種典型的嵌入式設備爲主進行介紹的。
實際上還有很多不一樣的情況。例如一臺全自動洗衣機，智能化程度不高，運算量小，往往只需要簡單的單片機就可以控制，也不依賴操作系統，這時設計重點就放在了機電控制、力學、外觀等方面。
方案確定
現在要做一個產品，人臉識別的門鎖。人臉識別的算法實現，需要用到較高運算能力的器件。如果使用一臺常規電腦執行算法，並和門鎖連接，那樣成本太高，體積大，不實用，還很費電。這時最佳選擇就是使用嵌入式系統了。
硬件方面，根據算法的運算量和響應時間，可以選擇一款合適的CPU，例如三星的一款ARM9芯片；容量合適的存儲器，包括RAM、ROM芯片等；給它配備攝像頭負責獲取人臉圖像；電機之類的裝置負責開門；可能還有一些指示燈和控制按鈕；以及USB接口，用於連接電腦進行更多操作。確定硬件器件時，往往需要考慮很多因素，例如器件的體積，成本，批量製造時是否便於採購，是否易於使用，等等。
軟件方面，爲了開發方便，考慮直接使用Linux操作系統。Linux系統和Windows類似，但是Linux是開源的，可以看到源代碼，可以按需要修改。在Linux的基礎上，利用OpenCV圖形庫編寫應用程序，實現人臉錄入、識別等功能。
嵌入式軟件
Linux操作系統是開源的，可以找到它的源碼，按需修改。基於Linux的操作系統很多，例如電腦上用的Ubuntu，手機上的Android。
整體方案考慮好之後就有問題來了，產品方案已經確定，不需要顯示器、聲卡、網卡等硬件設備。如果把一個完整的Linux操作系統裝進去，上面就會有很多多餘的東西，不僅對有限的CPU配置來說浪費運算能力，而且浪費存儲空間，又費電。
Linux開源免費，可以按需要修改，帶來了巨大的好處。實際上只要把需要的設備驅動和Linux內核一起編譯就可以了（操作系統和常見的C語言編程一樣，也是從源碼編譯成可執行文件）。而顯卡、聲卡等設備驅動程序就不需要了。另外還有負責引導操作系統啓動的BootLoader程序，也可以直接用成品。
Linux的資源非常豐富，需要的攝像頭驅動程序往往都能找到，通常攝像頭的硬件廠商也會提供配套的驅動程序。有些情況下或許會有特殊需要，這個時候才需要有人專門負責給這個攝像頭寫驅動程序，也就是嵌入式驅動開發（這裏是從產品研發廠商的角度來考慮的。如果從攝像頭廠商的角度考慮，他們提供的攝像頭產品配套驅動程序，也是需要有人來寫的）。
針對挑選好的CPU等硬件的型號，配置好各種參數，將這些軟件模塊進行編譯，就成了經過裁剪的專用操作系統。在這個操作系統上開發好人臉識別程序（嵌入式應用軟件）。最後固件開發完成，下載進硬件中就可以了。
嵌入式硬件
硬件方面，首先是電路設計，一般各種硬件設備和芯片，例如攝像頭、CPU等都會有它的接口，就像單片機的IO口、各種芯片的接口一樣，按照一些規則進行連接就可以了。
然後是PCB的設計，根據電路設計PCB，PCB設計的過程中可能要考慮到佈線、產品外觀等問題（實際上還要設計產品外觀，可以利用3D打印技術；大概是工業設計什麼的，不太瞭解，也不細說）。
產品原型與量產
設計好以後，進行產品原型的製造，製造的量很少。例如外殼可以用3D打印實現，3D打印非常適合原型的製造，免除了模具設計等複雜的工藝；硬件電路方面，可以申請公司樣片，人工焊接到電路板上；然後燒寫固件並組裝產品。將軟硬件整合成產品原型進行測試，如果有問題則需要再修改設計，重複這些步驟。完成後，產品的研發階段就差不多了，也就是產品原型已經能用了。
產品原型實現了，就可以進行批量生產了。批量生產又會涉及很多問題，例如元器件採購要考慮成本和供應量，PCB、外殼的批量製造，焊接、裝配、包裝等。
嵌入式開發的特點與難點
還是以上面的典型嵌入式系統爲例，可以看出，嵌入式系統涉及的東西很多，從最底層的硬件電路，一直到上層的應用程序。通常說的嵌入式開發，最主要的就是軟硬件結合的部分；在其上是應用程序開發了，例如安卓App的開發，對於底層原理不需要有太多的瞭解；而在其下如PCB設計之類，一般認爲是純硬件，也不算嵌入式的內容了。
軟件方面，利用了很成熟的Linux操作系統，整個過程中大部分軟件模塊都有成品，只需要合理的選用，然後進行拼接、編譯就可以了。這些軟件模塊早就有人寫好了，往往不需要去寫，但是要能大致理解寫好的程序，並根據需要做一些小的修改調整。而對於一些特殊和極端情況，纔有必要對程序進行較大改動，甚至自行實現。很多時候就是在移植驅動和系統，程序方面常用成品，更多的是小規模的修改調整；寫程序相對少，難度較大，往往也沒必要重複發明輪子。看懂代碼最簡單，修改次之，自己寫最難。
嵌入式系統設計時，如果使用的都是現成的代碼，難點在哪呢？有大神給我解釋，嵌入式開發入門比較難，學着學着，發現很多現成的驅動都擺在那兒，而難題在於怎麼將這些驅動移植到系統中，怎麼去調試了。因爲調試的時候，涉及整個linux系統，非常龐大，要考慮的地方非常多，所以顯得比較難了。但是只要在繁雜的linux系統中找到問題所在了，往往就只需要修改那麼一兩個地方即可。另外，在設計一個系統時，需要考慮開支，技術難度等各種因素，選取合適的芯片、模塊，也比較難。
如何學習
嵌入式涉及的東西非常多，學起來也不容易。我本人只做過單片機系統設計，和學嵌入式的同學聊過一些，沒有具體的去學嵌入式，所以這裏簡單提一些看法。嵌入式方面我研究的不多，所以也沒辦法推薦太多的書籍，知道的就順便推薦下。
根據網上的招聘信息，嵌入式常分爲嵌入式硬件和嵌入式軟件兩個大的方向，硬件方向負責電路設計之類；嵌入式軟件常常是底層的驅動程序移植、開發之類；而嵌入式軟件再往上層一點，差不多就是操作系統之上的應用開發了。
首先C語言幾乎是嵌入式各種崗位必備的基礎知識，並且要求很高（很多公司給出的要求是精通）。在嵌入式的底層，C語言大量被使用，特別是多維指針、結構體等，還有很多上層C編程中不常用的知識，例如volatile關鍵字。另外C++在有些公司的招聘要求中也有提到，稍上層一點的編程可能會用C++。《The C Programming Language》《C++ Primer》這兩本書比較經典。
單片機作爲嵌入式的重要基礎，有必要學習一下，對於提高動手能力等也很有好處。微機原理也是基礎知識，學習單片機對於理解微機原理有幫助；彙編語言則是微機原理中的重點知識，在嵌入式最底層的程序中會用到。數字電路是微機原理的基礎，在單片機/嵌入式的硬件電路設計時，也會經常用到。如果做偏硬件方面，可能還需要一定的模擬電路和PCB設計知識。
Linux的操作也是一個很基礎的知識，嵌入式用Linux系統很多，編譯很多時候也是在Linux環境下進行的。由於嵌入式往往涉及操作系統，所以操作系統也有學習的必要。網絡方面的知識也經常會涉及。推薦書籍：《鳥哥的Linux私房菜》《現代操作系統》《計算機網絡》。
然後推薦一本韋東山的《嵌入式Linux應用開發完全手冊》，裏面涉及了嵌入式系統移植方方面面的知識。如果想學的再深入一些，可以去看嵌入式驅動開發，還有BootLoader、Linux的原理以及代碼實現等等。Linux操作系統非常龐大，能把裏面的原理都弄明白，需要很多的知識，也需要很長時間的積累。編程方面還可能涉及數據結構，設計模式等學科內容。嵌入式的編程一般是在Linux系統下進行的，所以熟悉Linux系統下的代碼編輯器、熟悉程序的編譯、工程的管理、Makefile的編寫等也很必要。
Android作爲一個新興的優秀開源嵌入式系統，也在越來越多的被用到，安卓智能手機的設計也少不了嵌入式方面的研發工作。例如有安卓內核與驅動開發方面的崗位；專門的安卓ROM移植工程師，負責安卓系統的定製移植等工作。《Android內核剖析》這本書不錯。通常所說的嵌入式方向，不包括安卓應用程序的開發。
總得來說，嵌入式涉及的東西特別多，軟件、硬件都有，其中很多東西對理論要求倒也不高，但是不好理解。知識太多需要長期堅持和積累。初級的嵌入式工程師，主要是移植驅動和系統之類，看懂已有的程序，做一些小的調整；而高級的嵌入式工程師，則能對代碼進行大規模的調整，甚至自己寫代碼。這一點非常不容易，因爲嵌入式的程序往往很難寫，每一行代碼都可能包含了大量的背景知識（所以待遇肯定也不會差）。
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