嵌入式學習過程

 自己鑽研學習嵌入式,總覺得的沒有方向,找不到重點!在培訓班學習了一段時間後發現了,自己所知道的東西太少了!以前學習操作系統 組成原理 計算機體系結構 微機原理等基礎課程的時候覺得自己已經瞭解了計算機的大部分,原來是自己不知道自己哪些不知道!現在知道哪些不知道了,確有猶豫該不該繼續培訓下去!還是自己去研究,希望有和我的想法一樣的同學交流一下啊!

推薦的學習課程:

1、《C語言》第二版譚浩強;《C程序設計語言》第二版徐寶文譯機械工業出版社

  你能區分開指針數組和數組指針嗎?你知道函數指針嗎?

  你能區分開定義一個變量時系統給它分配的空間與用malloc()函數給一個變量分配的空間有什麼不一樣嗎?

2、《數據結構》C語言版 黃國愉、葉乃青編 清華大學出版社

  你能合上書本,用C語言實現書中的單鏈表、雙鏈表數據結構嗎?

3、《實用C++程序設計》第二板中國電力出版社Steve_Oualline

  此階段主要是學習其面向對象的編程思想,加深對C語言和數據結構的理解。

4、學習單片機,最好能找個前輩帶一帶。

   你能用51單片機做出一樣實際的東西嗎?即使它再簡單!

    要注意加深對中斷的理解。

5、學習ARM單片機。

  (1)、細讀《ARM微控制器基礎與實戰》周立工編寫(注:即使你不用書中的開發板)

  (2)、細讀相關芯片的原版英文文檔。如:arm920TE.pdf  S3C2410_1.2.pdf

6、學習uCOS!!操作系統。

  (1)、細讀《嵌入式實時操作系統uCOS!!》第二版 召貝貝譯

   你能把uCOS!!移植到自己的平臺上嗎?

  (2)、能編寫在uCOS!!操作系統環境下運行的針對具體硬件的驅動程序

7、熟悉Linux環境,學習Linux環境編程,學習交叉編程

  (1)、細讀《linux命令大全.pdf

  (2)、細讀《GNUMake使用手冊(中譯版).pdf

  (3)、學習創建交叉編程環境.

8、學習Linux操作系統。     

  (1)、《UNIX環境高級編程》

  (2)、細讀joyfire筆記,可在www.qianrushi.com”網站的好書下載欄目獲取

    (3)、細讀《linux內核完全註釋》

  (4)、細讀《understandingthe linux kernel 2

  (5)、利用源代碼閱讀利器工具"SourceInsight"進行真正的linux內核原碼刨析

  (6)、最後進行內核移植,並能編寫在linux操作系統環境下運行的針對具體硬件的驅動程序

9、學習Linux設備驅動編寫。可參考《Linux設備驅動程序》

10、複習C++,學習用QT進行圖形界面編程

  (1)、細讀《QT編程寶典》

  (2)、學會通過查看QT電子文檔進行QTGUI實地編程

  (3)、學習交叉編程.(其實就是把命令qmake變爲tmake

11、當然,你也可學習一下PCB的製作和設計一個自己的CPU(即軟殼)

在嵌入式軟件方面最重要的課程包括:

  1. 嵌入式微處理器結構與應用

這是一門嵌入式硬件基礎課程,我們說過,嵌入式是軟硬件結合的技術,搞嵌入式軟件的人應對ARM處理器工作原理和接口技術有充分了解,包括ARM的彙編指令系統。若不瞭解處理器原理,怎麼能控制硬件工作,怎麼能寫出節省內存又運行高速的最優代碼(嵌入式軟件設計特別講究時空效率),怎麼能寫出驅動程序(驅動程序都是與硬件打交道的)?很多公司招聘嵌入式軟件人員時都要求熟悉ARM處理器,將來若同學到公司中從事嵌入式軟件開發,公司都會給你一本該設備的硬件規格說明書(xxxSpecification),你必須能看懂其中的內存分佈和端口使用等最基本的說明(就像x86彙編一樣),否則怎麼設計軟件。有些同學覺得嵌入式處理器課程較枯燥,這主要是硬件課程都較抽象的原因。還有同學對ARM彙編不感興趣,以爲嵌入式開發用C語言就足夠了。其實不應僅是將彙編語言當成一個程序設計語言,學彙編主要是爲了掌握處理器工作原理的。一個不熟悉彙編語言的人,怎麼能在該處理器寫出最優的C語言代碼。在嵌入式開發的一些關鍵部分,有時還必須寫彙編,如Bootloader等(可能還包括BSP)。特別是在對速度有極高要求的場合(如DSP處理器的高速圖像採集和圖像解壓縮),目前還會用到彙編寫程序的,儘管用到的機會相對C要小得多。當你在一個嵌入式公司工作時,在查看描述原理的手冊時,可能很多都是用匯編描述的,這是因爲很多硬件設計人員只會寫或者喜歡用匯編描述,此時你就必須看懂彙編程序,否則軟硬件人員可能就無法交流。很多嵌入式職位招聘時都要求熟悉彙編。

[小知識]目前嵌入式處理器常見的有ARMPowerPCMIPSMotorola68KColdFire(冷火)等,但ARM佔據了絕對主流(有資料說手機中幾乎90%都是ARM處理器)。ARM是一個只賣知識產權的公司,目前獲得購買了ARMCPU核授權許可的大公司很多,包括IntelSamsungAmstelMotorolaPhilip等,他們都在ARMCPU核的基礎上進行了一些外圍擴展,形成自己的處理器(如SamsungS3C2410Motorolai.MXL9328等處理器都是採用ARM9內核,指令一級是相同的)。而衆多中小公司又購買了這些處理器,設計了各種各樣的開發板,如華恆等國內很多著名嵌入式公司都生產基於SamsungS3C2410的開發板,供最終用戶使用或供教學實驗。在ARM這個食物鏈上,ARM公司是大魚,IntelSamsung等公司是小魚,而華恆等則是蝦米,最終用戶(我們這些要採購嵌入式開發板的)則是喂蝦米的。Intel早期生產的是低端ARM(StrongARM,相當於ARM7),現在轉向主要生產高端ARM(IntelXscale處理器,屬於ARMv5家族,主要用在高端PDA,HPDELL生產的PDA都採用IntelXscale,價格較高)。目前應用最多的是ARM7ARM 9兩類處理器。ARM7較便宜,可跑uclinux(是一個不支持高級內存管理功能的嵌入式Linux系統統)、Vxworksuc/osII等實時操作系統,但因處理器不帶內存管理單元MMU(無內存分頁和地址映射機制,所以不能使用虛擬內存),所以不能跑WindowsCE,另外通用Linux中的某些內存管理功能也不能用在ARM7上。ARM9大都是一個帶MMU功能的高端處理器,可跑WinCE或通用Linux的大多數功能。ARM7ARM9的區別是在與體系結構上,前者是馮·諾伊曼結構,後者是哈佛結構——指令和數據總線是分開的。以上是我的一點了解,可能有不對的地方。我們學院有十幾套ARM7開發系統(採用SamsungS3C44b0x開發板,主要用於嵌入式處理器結構、實時操作系統等課程實驗用),ARM9的系統好象也已經到了(採用的芯片我不知道也沒去問),還有以前的十幾套MPC860開發板(聽說價格都很貴,很容易損壞),同學應愛護使用和珍惜這樣的實驗機會。

(2)嵌入式操作系統類課程

除了WinCE的實時性稍差外,大多數嵌入式操作系統的實時性都很強,所以也可稱爲實時操作系統RealTime OperatingSystem.從事嵌入式的人至少須掌握一個嵌入式操作系統,這在嵌入式的所有技術中是最爲關鍵的了。目前最重要的RTOS主要包括:

第一類、傳統的經典RTOS:最主要的便是Vxworks操作系統,以及其Tornado開發平臺。Vxworks因出現稍早,實時性很強(據說可在1ms內響應外部事件請求),並且內核可極微(據說最小可8K),可靠性較高等,所以在北美,Vxworks佔據了嵌入式系統的多半疆山。特別是在通信設備等實時性要求較高的系統中,幾乎非Vxworks莫屬。Vxworks的很多概念和技術都和Linux很類似,主要是C語言開發。像Bell-alcatelLucent、華爲等通信企業在開發產品時,Vxworks用得很多。但Vxworks因價格很高,所以一些小公司或小產品中往往用不起。目前很多公司都在往嵌入式Linux轉(聽說華爲目前正在這樣轉)。但無論如何,Vxworks在一段長時間內仍是不可動搖的。與Vxworks類似的稍有名的實時操作系統還有pSOSQNXNucleusRTOS

第二類、嵌入式Linux操作系統:Linux的前途除作爲服務器操作系統外,最成功的便是在嵌入式領域的應用,原因當然是免費、開源、支持軟件多、呼擁者衆,這樣嵌入式產品成本會低。Linux本身不是一個爲嵌入式設計的操作系統,不是微內核的,並且實時性不強。

目前應用在嵌入式領域的Linux系統主要有兩種:

一種是專爲嵌入式設計的已被裁減過的Linux系統,最常用的是uClinux(不帶MMU功能),目前佔較大應用份額,可在ARM7上跑;另一種是跑在ARM9上的,一般是將Linux2.4.18內核移植在其上,可使用更多的Linux功能(當然uClinux更可跑在ARM9上)。很多人預測,嵌入式Linux預計將佔嵌入式操作系統的50%以上份額,非常重要。缺點是熟悉Linux的人太少,開發難度稍大。另外,目前我們能發現很多教材和很多大學都以ucOS/II爲教學用實時操作系統,這主要是由於ucOS/II較簡單,且開源,非常適合入門者學習實時操作系統原理,但由於ucOS/II功能有限,實用用得較少。況且熟悉了Linux開發,不僅在嵌入式領域有用,對開發Linux應用軟件,對加深操作系統的認識也有幫助,可謂一舉多得。據我所知,目前IntelPhilip都在大搞ARM+LINUX的嵌入式開發,Fujitum則是在自己的處理器上大搞Linux開發。目前在嵌入式Linux領域,以下幾個方面的人特別難找,一是能將Linux移植到某個新型號的開發版上;二是能寫Linux驅動程序的人;三是熟悉Linux內核裁減和優化的人。不過LINUX有一個硬傷,就是沒有WINDOWS那樣的友好方便美觀

的交互界面,不然微軟帝國早就守不住了。

第三類WindowsCE嵌入式操作系統:Microsoft也看準了嵌入式的巨大市場,MS永遠是最厲害的,WinCE出來只有幾年時間,但目前已佔據了很大市場份額,特別是在PDA、手機、顯示儀表等界面要求較高或者要求快速開發的場合,WinCE目前已很流行(據說有一家賣工控機的公司板子賣得太好,以至來不及爲客戶裁減WinCE)。WinCE目前主要爲4.2版(.NET),開發平臺主要爲WinCEPlatformBuilder,有時也用EVC環境開發一些較上層的應用,由於WinCE開發都是大家熟悉的VC++環境,所以我院學過Windows程序設計課程的同學都不會有多大難度,這也是WinCE容易被人們接受的原因,開發環境方便快速,微軟的強大技術支持,WinCE開發難度遠低於嵌入式Linux。對於急於完成,不想拿嵌入式Linux冒險的開發場合,WinCE是最合適了(找嵌入式Linux的人可沒那麼好找的),畢竟公司不能像學生學習那樣試試看,保證開發成功更重要。根據不同的側重點,WinCE還有兩個特殊版本,一個是MSPocketPC操作系統專用於PDA上(掌上電腦),另一個是MSSmartPhone操作系統用於智能手機上(帶PDA功能的手機),兩者也都屬於WinCE平臺。在PDA和手機市場上,除WinCE外,著名的PDA嵌入式操作系統還有PalmOS(因出現很早,很有名)、Symbian等,但在WinCE的強勁衝擊下,PalmSymbian來日還能有多長?同學學過VC++後再學WinCE,非常方便自然,通過學習WinCE同樣也可瞭解嵌入式軟件的一般開發過程,對Linux有懼怕心理的同學也很合適。很顯然,嵌入式Linux永遠不可能替代WinCE,而且將來誰佔份額大還很難講,畢竟很多人更願意接受MS的平臺,就像各國政府都在大力推LINUX已好長時間,但你能看到幾個PC機上真正使用LINUX的用戶?據我觀察,目前在嵌入式平臺上,LINUX是叫得最響,但還是WinCE實際用得更多.嵌入式LINUX可能更多地是一些有長遠產品計劃的公司,爲降低成本而進行長遠考慮.WinCE和多媒體(MPEG技術)是微軟亞洲工程院目前做得較多的項目領域之,現在社會很需要精通WinCE的人。現在有WINCE的智能手機,金山詞霸、WORDEXCELREGEDIT等居然都有smartphone版的,PC上的MP3DOC等居然在download時都可被自動轉換成smartphone格式,很爽的。完全可用WindowsCE自己開發一些需要的程序download到自己的手機上。現在市面銷售PDA智能手機火爆,MS總是財源滾滾。

總結關於嵌入式操作系統類課程,若你覺得自己功底較深且能鑽研下去,則可去學嵌入式Linux;若你覺得自己VC++功底較好且想短平快地學嵌入式開發,自學WINCE是非常好的選擇。

(3)嵌入式開發的相關領域

搞嵌入式若能熟悉嵌入式應用的一些主要領域,這樣的人更受企業歡迎。主要的相關領域包括:

A、數字圖像壓縮技術:這是嵌入式最重要最熱門的應用領域之一,主要是應掌握MPEG編解碼算法和技術,如DVDMP3PDA、高精電視、機頂盒等都涉及MPEG高速解碼問題。

B通信協議及編程技術:這包括傳統的TCP/IP協議和熱門的無線通信協議。首先,大多數嵌入式設備都要連入局域網或Internet,所以首先應掌握TCP/IP協議及其編程,這是需首要掌握的基本技術;其次,無線通信是目前的大趨勢,所以掌握無線通信協議及編程也是是很重要的。無線通信協議包括無線局域網通信協議802.11系列,Bluetooth,以及移動通信(如GPRSGSMCDMA等)。

C、網絡與信息安全技術:如加密技術,數字證書CA,以及各種網絡安全設備,包括硬件防火牆,入侵檢測IDS,還有防毒牆,IPS,中國在這方面還是沒有自己優勢的,我們陳院長好象正在往這方面發展.

DDSP技術:DSPDigitalSignalProcess數字信號處理的意思,DSP處理器通過硬件實現數字信號處理算法,如高速數據採集、壓縮、解壓縮、通信等。數字信號處理是電子、通信等硬件專業的課程,對於搞軟件的人若能瞭解一下最好。目前DSP人才較缺。如果有信號與系統、數字信號處理等課程基礎,對於學習MPEG編解碼原理會有很大幫助。

(4嵌入式開發的相關硬件基礎

對於軟件工程專業的學生,從事嵌入式軟件開發,像數字電路、計算機組成原理、嵌入式微處理器結構等硬件課程是較重要的。另外,彙編語言、C/C++數據結構算法、特別是操作系統等軟件基礎課也是十分重要的。我們的主要目地是能看懂硬件工作原理,但重點應是在嵌入式軟件,特別操作系統級軟件,那將是我們的優勢。我們的研究生裏有些是學電子、通信類專業過來的,有較好的模擬電路和單片機基礎,學嵌入式非常合適。嵌入式本身就是從單片機發展過來的,只是單片機不帶OS,而現在很多嵌入式應用越來越複雜,以至不得不引入嵌入式操作系統。另外,爲追求更高速的信號處理速度,現在在一些速度要求較高場合,有不少公司是將一些DSP算法,如MPEG壓縮解壓縮算法等用硬件來實現,這就涉及到HDL數字電路設計技術及其FPGA/IP覈實現技術,這方面的人目前市場上也很缺。

學習嵌入式系統的10點建議

現在,國內似乎在進行一個全民學習嵌入式的運動,但據瞭解,很多人在整個學習的過程中,由於某些技術領域的空白或者是技術尚未成熟,再加上個人學習方法不正確,給個人的學習造成了極大的阻礙,遇到這種情況該如何解決?根據本人有限的學習經驗,給學習嵌入式的人以下10點建議:


1. 遇到問題,首先進入baidu.comwww.google.com(或是其他搜索引擎)搜索一下,任何一個嵌入式工程師都不敢否認,這是學習嵌入式最好的老師!

2. 儘可能多的論壇,遇到問題,及時發貼,情況緊急的時候,可以在不同的論壇同時發貼,這樣,並行處理你的問題也許會解決得更快些.

3.  儘可能多的結交嵌入式高手,最好是在公司上班的嵌入式工程師,他們有一個優勢:瞭解市場,瞭解業界的發展動態.和他們多混混,對尚未上班的學習者來說,是非常有必要的.

4.  要經常進入一些好的嵌入式網站,尤其是一些國外的網站,去看看嵌入式的發展動態,並且,要把這些網站都收集起來...

5.  如果可能,我建議大家在網上訂一下電子刊物,這些電子刊物是按時發到你郵箱的,那些資訊都是最新的,可以說是很前衛的了.....

6. 相信自己的選擇,相信自己行業的發展前景,要對自己的選擇和自己的行業有濃厚的興趣,這一點做不到,你就很難學到很高深的層次!

7. 追求要執着!剛開始學習嵌入式系統,肯定會遇到很多問題,我當時也是這樣,學了三個多月,好像一點進展都沒有,我在懷疑:難道我不適合搞嵌入式?當時我也想過放棄,但心裏太不甘心了,腳都踏出了一隻,我不能就這樣屈了!於是就硬上,不斷的琢磨....(現在,終於知道什麼是嵌入式linux,哈哈....)

8. 不要對自己要求過高,只要你比昨天進步了一點,你就離成功又近了一步!學習嵌入式也忌浮氣燥(其實這一點,我最有感觸!),也就是要踏實.

9. 萬丈高樓平地起,不要忽略了低層的東西,你越是學習到高層的技術,越是發覺低層的東西有用,這些大家以後會有所體會的!我大一學習51單片機的時候,感覺它沒什麼用處,大二學習ARM處理器,才知道,沒有51的基礎,可能還不知道要多花多少時間才能搞懂ARM的硬件.

10.系統的選型的問題.現在的開源操作系統已經很多了,並且也做得非常成熟,初學者也會爲此而煩惱.目前較爲流行的嵌入式操作系統有:linux,winCE,VxWork,uC/OS2等等....主要區別在於實時性的問題.如果你是搞自控(像我學習的專業,不過我不玩控制的....),學習實時性高一點的操作系統更有幫助,VxWork.如果你想以後搞民用產品,如手機,機頂盒,終端設備之類的,學習linux,winCE這些方便於多任務運行的操作系統較好!建議你在學習之前先了解該系統的市場佔有率,學東西得看看學完它之後到底有沒有作爲啊,否則,你就一輩子只有自己玩系統囉...




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