?其實一直有人問我嵌入式怎么學,今天跟大家講講我的理解。因為嵌入式是一個泛的概念,可能很多人認為嵌入式就是嵌入式Linux。但是其實并不僅僅只有Linux, 像STM32,51單片機也屬于這個范疇之內的,它們有的也可以跑協議棧,跑ucos等系統。所以其實嵌入式是有很多方向的,選擇一個方向,做好,做精,都是有前途的。接下來,跟大家探討一下嵌入式的一些方向,和如何去學習。我以前也是摸索著過來的,沒人告訴我如何學習,也沒有學習線路,所以走了很多彎路。所以希望這篇文章可以幫助到一些正在學習的人,當然這些內容可能有主觀的東西,歡迎大家一起探討吧。如下僅討論軟件方面_。 以下內容對牛人不適用。

單片機開發?單片機開發在這個市場上的需求還是很大,因為制造業公司還是很多,單片機更多用在工業控制,機械控制等上面,當然也會涉及物聯網。單片機有8位,16位,32位的,一般8位用得比較多的就是51單片機和STM8,32位用得比較多的就是STM32,還有NXP的芯片,比如K60,K22等。一般學完51和STM32之后,找個單片機的工作應該是沒什么問題了。單片機的門檻其實并不高,但是做好也不容易就是了,可能因為門檻問題,導致薪資上面并不會特別高(能力牛逼者例外)。

Linux應用開發?以前很多人問我"Linux應用到底在做什么?"。其實應用就是在做功能,在操作系統中,因為分層的原因,把應用和驅動區分開,也是為了方便開發分工。因為單片機中基本都是驅動和功能混在一個程序中,所以轉到Linux開發中,突然被細分了,就會不清楚應用到底是干啥的。Linux應用使用到的編程語言基本就是C和C++了。所以Linux應用開發一定要掌握好C語言,*課本中的C語言只是入門,像多線程,多進程,網絡通信,還有一些其他的庫都沒講到。Linux應用在市場需求上還是很多的,基本有涉及Linux開發的,都需要,它的崗位需求會比驅動多。比如做網絡設備,做路由,做POS機, 做樓宇對講等等。薪資上大家可以參考各個地區招聘網站,相對來說,一般會比單片機高。

Linux驅動開發?Linux驅動開發是難度*高的,因為它涉及的方面比較多。你必須要會看原理圖,datasheet,要了解許多驅動框架,然后還要能寫一些應用來調試驅動。驅動入門時間是比較長的,這一塊的工作機會在芯片原廠比較多,雖然一些公司也會需要,但是大部分是移植調試,對接原廠工程師等工作。驅動工程師要求高,所以薪資還是很不錯的。

上面是基本的三大方向,其實還有一些像FPGA或DSP等,但是因為這些的機會并不多,所以我們并不過多探討。還有像Android,它是基于Linux的,所以它算是Linux的深入,我們不把它單獨列出。

(1) C語言

?認真學習C語言,認真學習C語言, 認真學習C語言, 重要的事說三遍。C語言在嵌入式中是重中之重,它就是你上手嵌入式的工具。*考試不考的,在工作中卻經常用到。函數指針,結構體,枚舉,文件操作,共同體,宏等相關知識都是非常常用的。不僅是ANSI C, 還有GUN C,所以學起來可不輕松哦。

推薦書籍:

《C Primer Plus》

《C程序設計語言》

(2) 51單片機

?雖然現在51單片機用得越來越少,但在一些要求不高的項目中還是會被使用。個人覺得學習51是在學習一些基礎知識,對于后面學習其他芯片會有幫助。比如理解寄存器是什么,如何去看電路圖,學習一些協議(I2C, SPI, 串口等),學習看datasheet,這些對于后面的學習會有很大幫助。

推薦書籍:

《新概念51單片機C語言教程》

建議:

買塊開發板學習,把里面的例子都碼一遍,基本就OK了。

(3) STM32

?STM32屬于ARM系列的芯片,STM32在這個市場上用得特別多的,有各種各樣的系列(L0, F0, F1, F4等)。基本都大同小異,學習一種之后,其他的基本分分鐘就能上手,因為現在官方基本都封裝了庫,我們只需要對結構體進行配置,然后調用接口函數就可以了。它有著豐富的外設資源,運行速度也比51快很多。我們一般就是學習它的外設資源( SPI, I2C, 定時器, 看門狗等),在這個過程中還會接觸很多傳感器。學完這些,找個單片機的工作應該沒啥問題了。如果要深入STM32, 還可以學習UCOS, FreeRTOS等實時操作系統, 這些對你以后深入理解操作系統會有很大幫助。

建議:

買塊開發板玩玩,雖然有點小貴,但是學習嘛。野火和正點原子的書和教程都不錯。一定要自己碼一遍,寫了才能更有感覺,才能激發興趣。還有就是要多看官方手冊,官方手冊才是*好的教程。(英語越練越好)

總結:

把上面的搞明白之后,基本能勝任單片機開發了,以后換其他平臺的芯片也都差不多,比如TI或NXP,國產的新唐之類的,都是大同小異。

(1) Linux基本命令

?做Linux應用肯定要在Linux環境下開發啊,所以熟悉Linux的基本操作是應該的。裝個Ubuntu系統,在上面練習shell命令,把基本的命令練熟練了。可以順便把shell腳本學習一下,剛開始可以只練習命令即可。

基本shell命令: ls cd cp rm touch mkdir echo cat mv ln chmod man等。

推薦書籍:

《Linux命令行與shell腳本編程大全》

注:書很厚,很詳細,可當工具書查閱.

建議:

很多嵌入式開發的書籍,剛開始的章節也會講一些基本的命令,那里面的已經夠用了,如果以后有需要了解更多命令,可以再臨時查。命令不是去背,而是多練,熟悉了自然就記住了。

(2) Linux C編程

?上面提到的C語言主要是基本的語法,在Linux下我們要涉及的就更多了。包括文件IO, 多進程控制,多進程通信,多線程編程,網絡編程等。掌握這些就基本算入門了,后面要深入,可以去接觸一些第三方庫,比如ffmpeg,log4c, openssl等。這些一般跟你所處的行業有關,比如ffmpeg一般是音視頻相關的。

推薦書籍:

《嵌入式Linux應用程序開發標準教程》

《Linux C編程實戰》

《Linux/UNIX系統編程手冊》

建議:

?在學習這個的過程中,除了直接在命令行上使用gcc編譯,還建議學習使用Makefile來進行編譯。剛開始手寫一些簡單的Makefile來編譯源碼,慢慢的就可以直接使用AutoTools和Cmake了,這兩個工具是用來生成Makefile的 ,對于大項目管理會更加方便(剛開始不建議使用)。

(3) Qt編程

?Qt就是圖形化編程,它是一些基于C++寫的圖形化庫。它是跨平臺的,所以寫完的代碼,只要在不同的編譯器下編譯,就能在不同的平臺下運行。因為它是C++寫的,所以要進行Qt開發需要有C++的語言基礎。Qt不僅在嵌入式用得很多,現在很多PC軟件也使用Qt寫的,比如VirtualBox。

推薦書籍:

《C++ Primer Plus》

《Qt5 開發實戰》

《Qt Creator快速入門》

《Qt Quick 核心編程》

視頻教程:

https://www.bilibili.com/video/BV1bW411f7if?from=search&seid=9338822809463955315

建議:

Qt學習的難點可能是C++語言本身,所以學好C++后學習Qt就很輕松了,因為Qt Creator可以很輕松的拖出圖形化界面,然后Qt也幫我們封裝很了接口,所以Qt上手很快。

?Linux驅動的學習一般是建立在前面的基礎上的。當然,學驅動也不需要你應用寫得很牛逼,但是基本的應用還是要會寫的,這樣才能方便你調試驅動。接下來大致講一下,學習的順序。

(1) 裸板程序

?裸板程序其實跟單片機程序沒啥區別,都是直接操作寄存器。那為什么要還要學這塊內容呢,其實是為了后面打個基礎,因為Linux驅動就是Linux驅動框架加上操作寄存器。而且這個階段對我們查看電路圖和datasheet也會有很大幫助。

(2) Uboot移植

?Uboot其實是屬于系統層的,但是目前行業中大家都是分為底層和應用層,所以這些系統層的一般也歸為底層,所以驅動工程師一般也需要做這塊。Uboot的主要目標是去引導內核,當然Uboot上也會有屬于自己的驅動程序(這里的驅動和內核驅動是不一樣的,是獨立的)。學習的過程,除了照著別人的教程一步一步移植外,還可以自己找一個其他版本的Uboot,然后自己慢慢移植,會很有趣。

(3) Linux內核移植

?內核移植和Uboot移植差不多,都是基于具體芯片架構做移植。現在的內核越來越完善,并且芯片原廠也一直在向內核提交自己的代碼,所以慢慢的,非原廠工程師對這塊的移植越來越少。但是還是希望學習的過程中能自己找一個版本來進行移植,邊查資料邊移植,會學到很多東西。建議有時間和精力的,可以深入學習Linux內核,會對寫驅動與很大幫助。

(4) 根文件系統制作

?根文件系統比較簡單,嵌入式根文件系統一般都是使用busybox,一般就是配置,編譯,制作,打包。它也是屬于系統的。

(5) 字符設備驅動

?字符設備是*基本的,像RTC,音頻,LCD都是字符設備。可不是僅僅按鍵,LED,雖然我們學習時都喜歡從它們開始,那是因為它們簡單,不會涉及很多設備本身的知識。這樣我們在學時會更注重在驅動框架本身的學習。在學習字符設備驅動的過程中,除了基本的open、read、write、ioctl、close外,還要學習并發(原子量,自旋鎖,互斥體等),阻塞和非阻塞I/O, 異步通知和異步I/O等等,*后還有一個很重要的就是中斷。這些東西隨便擰一個出來,都能學很久。像并發,阻塞,異步I/O這些在其他的設備驅動中也一樣會用到,所以在這個階段一定要好好學的。

(6) 驅動架構

?可能很多人學完字符設備驅動后,會馬上繼續學塊設備和網絡設備驅動。但我覺得這個時候去學這些是比較容易受打擊的。并且我認為應該先把一種摸透,然后再去理解更復雜的,這樣會提升信心,對學習更有幫助。

?這里說的驅動架構是"總線設備驅動"模型。一般掌握platform,spi,i2c等總線。platform是一種虛擬總線,一般控制器都是用這種總線,還有像LED,按鍵這種不是掛接在具體總線上的,也是用platform。這個模型的目的是為了將硬件部分分離,讓驅動可以復用。

?這過程中我們可以將上面的字符設備驅動改為使用"總線設備驅動"模型。到此,我們基本可以應付很多傳感器驅動了。

(7) 塊設備驅動和網絡設備驅動

?塊設備一般就是存儲設備,比如磁盤,MMC,FLASH等。Linux定義了大量結構體和函數接口來讓我們填充調用。網絡設備也是一樣,Linux封裝了net_device結構體,然后讓我們填充注冊。大量的驅動都是這樣,Linux系統屏蔽了很多細節,讓我們專注于設備的控制和讀寫。比如RTC,LCD等,我們只需要去使用rtc_device結構體就可以去注冊一個RTC設備。現在的網絡設備一般拆分成MAC+PHY的結構,就是主芯片有MAC控制器,然后外掛PHY芯片。像*早的DM9000是將MAC和PHY集中在一起。

(8) 各驅動子系統

?Linux內部有很多驅動子系統,比如前面說的RTC,Linux提供了RTC核心層,再比如LCD,提供了frameBuffer等等。還有鼠標,鍵盤等輸入(Input)子系統。每一種驅動都能啃很久,以后可能還會接觸Wifi,藍牙,USB等等。這些東西不單單需要驅動相關知識,還需要很多協議和接口相關的知識,它們的復雜之處就在于此。這些復雜的驅動等需要的時候,或者有時間的時候再慢慢深入研究。

(9) 設備樹

?為什么將設備樹放*后,因為你不用設備樹也可以,但是自從設備樹出現之后,基本上大家都在使用。所以它已經成為驅動工程師的必備技能了。Linux推出這個東西,肯定是經過深思熟慮的,我們要順應潮流。

? Linux的更新是非常快的,很多東西在迭代,所以我們也要經常關注。驅動架構也在更新,你會經常發現很多結構體在不同版本下是不同的。

推薦書籍:

《LINUX設備驅動程序》

《嵌入式Linux應用開發完全手冊》

《Linux設備驅動開發詳解–基于*新的Linux4.0內核》

建議:

買塊板子學習,之前可能大家推薦三星的2440,但是這款慢慢的在停產,所以現在更推薦三星210或4412,還有NXP的IMX6。這些芯片性能好,以后還可以用來學Android。

?嵌入式軟件可以深入的東西還有很多,包括算法,數據結構,設計模式等等。上面探討的是關于學習的路線和方向,并不是教程之類的,只是在告訴大家如何去學習,具體的學習內容,需要大家去找資料,找教程。