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嵌入式环境下的算法开发之学习建议

2019-07-12 16:35发布

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说到在嵌入式Linux的平台上设计算法，目的无非是2个，一是Linux，这东西无孔不入，可以塞到各种板子上。二是算法代码执行的效率，嵌入式的平台不像是PC各种资源还是比较紧张，所以代码效率还是个要考虑的事情。所以，对于这个事情要从2方面考虑，一是熟悉Linux下面的软件开发过程，二是知道如何编写高效率的代码，比如C程序。       首先是Linux平台的熟悉，现在的嵌入式Linux系统开发过程中，由于系统日益复杂，各种人员的分工变得愈加清晰，首先是，硬件工程师和驱动工程师们，或者开发板的供应商们，会把平台给封装成“貌似”一台安装了Linux的PC机，之所以说是貌似，因为有些细节还是不会完全一致，这是由于各种历史问题导致，比如某个版本的库函数要配上某个版本的内核之类的事情，这种问题没有系统的学习策略，只有靠经验，所以不是此处探讨的重点。       对于Linux平台的上手，推荐的方法是，找个PC，装个虚拟机，比如Vmware或者VirtualBox， 然后找个大众版的Linux，比如Fedora，CentOS，Ubuntu，自己装几遍，现在安装这些东西比较容易了，网上有大把的图文教程。安装好了系统，就把大一的C语言实验在Linux上面重做一遍吧。尽量别用图形界面，最好用命令行的窗口，为啥，因为你调板子的时候就一个telnet的终端，你会发现有若干命令要学习，比如目录操作啊，拷贝文件之类的，这种系统操作的教程也很多，我推荐的是这一本书《鸟哥的私房菜》不用全都看，把基本命令练习熟练就好。       做C语言的实验，需要学会gcc和make的使用，请自行找资料吧，学会简单的Makefile的编写，把几个c文件编译成一个可执行文件，就OK了，调试的时候有用printf()，噢，你觉得printf很简陋，你怀念微软的Visual Studio里面的单步调试，Call Stack？那么可以尝试一下gdb，不过也是个字符终端下面的东西。如果你痛恨这种字符终端下面的调试方法，觉得不舒服，我能理解，但是，有时候，比如一个跨国银行的码农，同时调试着几个地区的若干台服务器，这可能是唯一的办法。或者，至少这是一种可以在北京的写字楼里面调试一个香港实验室的电路板的方法。给你讲个故事，某年我发现linux内核开发社区里面很兴奋，在庆祝他们的拥有了强大的内核调试工具，printk，这东西是个内核态的printf，可以在内核崩溃之前把字符信息打印出来，你说，内核码农们会奢望有一个内核的单步调试器么？       另外，如果你扛得住，把VI/VIM会了，记住VI最后是长在手上的，开始很痛苦，最后就舒服了，因为写代码不用碰鼠标了。如果你受不了，开始用Gedit或者其他的图形化文本编辑器缓一缓，但是强烈建议最后把VI/VIM搞熟练，俺就说一个事情，你当高质量的、变量名有20个ASCII码的、连分号都对齐了的代码是一个一个字母敲进去的么？需要智能快捷的编辑器滴，同学。另外，有一条建议，如果你时间不是很充裕，别在Linux上面折腾中文，这很烦的，别尝试让Linux像Windows一样，如果你只是想做个嵌入式开发，最好别跑题，当然，如果你时间充裕闲的难受，那么，欢迎你为Linux的国际化做出贡献。       好了，如果你对Linux平台上面开发C程序比较熟练了，那么可以做几个小型算法练练手，比如把一个wav文件进行低通滤波后再存成一个wav文件然后听听，或者把一个图像文件做了DCT变换-量化后在存成图像文件看看。这种听听、看看都是主观的宏观的测试，能看出大错误但是无法精细评估，精细评估的方法是，把结果数据导入到Matlab，然后用Matlab代码精细分析。你不用在虚拟机的Linux上面装Matlab，虚拟机可以和宿主机交换文件的。各种虚拟机都有类似file share的功能。       从上面的过程里面，你看到了，有个重要的东西，叫做“文件”这个虽然我们大一的C语言课程不怎么考，他们更喜欢考 a++和++a，但是吧，文件这个概念是Linux中非常重要的东西，Raymond在《UNIX编程艺术》一书中指出，操作系统会有一个理念，IBM认为一切皆批处理，苹果认为一切皆界面，UNIX（Linux）认为一切皆文件，WindowsNT认为一切皆一切。所以文件就是Linux中的最核心的理念，无论是系统的进程、显示器的缓冲区、等等，统统是文件。都可以open/read/write/close，窃以为吧，这个bell实验室的计算机科学家搞出来的东西，其技术理念的层次还是比较高的，尽管这个系统的用户的友好性和商业运作上不如人家哈佛大学辍学生搞出来的系统成功。当然，这话说的是win98及之前年代的光景，win系统经过多年来的不断进化也变成了优雅而实用的系统，反而linux在各种理想与现实的角力之间也开始产生了各种“肿块”。
    OK，如果你已经可以写几个小算法，把你的C程序在Linux下面运行成功，并且可以和Matlab在文件层面联动了，好了，这时候把手上的速度放慢。要读书了，没文化是最可怕的，总书记说过，要多学习。我小时候，老师说，我们广播学院的学生特点是“上手快后劲不足”所以我从小就挖空心思的想，怎么才能有后劲呢，后来明白了，要多读名著啊。       读什么书呢，当然是要修炼内功的书了，因为吧，目前的状态是能上手，会操作，但是呢，如果不深入了解原理，是没办法进入更高水平的。比如说吧，你用个傻瓜相机拍照也就那么回事，很容易，但是如果你是新华社的摄影记者，你需要对相机组件的光学、机械、电子学原理很了解才行，否则不会有好作品的。       这个软件开发吧，我们通常用这么几个东西，处理器、操作系统、编译器，我对着三者的关系评价为“穿一条裤子”，所以需要知道这三个东西是怎么协同工作的，每一个嵌入式的处理器平台上都要有这三个东西，而且要匹配上才能工作。       对应到计算机科学这个领域，有三门课，计算机体系结构、操作系统、编译原理，其中编译原理由于太过于晦涩，而且通常你不会去改装编译器，所以如果时间不够，不建议阅读这方面的教科书。好的，剩下的就是体系结构和操作系统方面的教科书了。别急，如果你不是计算机系的科班学生，我先推荐几个儿童版的入门读物给你看看。       首先是，左飞，《代码揭秘：从C/C++的角度探秘计算机系统 》，这个书比较入门，告诉你处理器、操作系统、编译器如何协同工作的。并且用Visual Studio 做的例子，很容易照着做练习。然后，作为故事书，看看  万木杨，《大话处理器:处理器基础知识读本》这个书用非常平易近人通俗易懂的文笔介绍了处理器体系结构的原理和实例。          然后，该看正规教科书了，计算机体系结构方面，我推荐《计算机组成与设计硬件/软件接口》，作者是 David A.Patterson, John L.Hennessy，斯坦福大学的教授和校长，RISC结构的创始人，属于目前还活着的泰山北斗级别的人物，这俩人还写了本书，《计算机体系结构：量化研究方法 》此书比较艰深，如果你要改行去设计CPU或是要编写系统级的非常高效率的软件的时候可以阅读，一开始先别急着读，会熬不住的。
操作系统方面，我推荐 Tanenbaum的《操作系统设计与实现》和孟静的《操作系统教程--原理和实例分析》，前者的文笔非常优美动人，并且充满了理想主义的优雅，Linux系统就是从这本书及配套的参考软件Minix中诞生的。后者是中国人写的，比较适合我们中国特 {MOD}读者的阅读习惯，而且吧采用的例子比较务实，win2k，Linux，Unix。       另外，还有一本名著，Randal E.Bryant / David R.O’Hallaron 合著的《深入理解计算机系统》，此书被誉为“价值超过等重量黄金的无价资源宝库”，我个人感觉是，此书是从程序员的角度来审视讲解计算机的软硬件系统，而斯坦福的两位爷是从硬件工程师的角度来描述处理器的。       看上面这些书，千万别急，最好是当成睡前读物看看，如果你每天坚持睡前看两个小时，估计坚持一学期就会有收获，这是内功修炼，没法快的，别急，贵在坚持。       读这些书的时候呢，你可以制定一些复杂一点的设计任务目标，比如更加复杂的算法，或者是把你的算法和外设交互数据。如果你想尝试把算法程序和外设连接起来，比如，从声卡的Line In读入声音数据，进行滤波，然后写出到声卡的Line Out，可以尝试一下管道文件或是多线程。     
    管道文件是个好东西，因为吧，linux下面一切都是文件，所以在上面的任务中，你可以有三个程序，程序1，从声卡读数据写到文件里面；程序2，从文件读数据滤波后写到文件里面；程序3，从文件读数据写到扬声器播放。在linux系统里面，可以在终端里面用管道把这三个程序拼起来执行，把前面的程序的输出作为后面程序的输入，本来在这个系统里面一切都是文件嘛，具体的办法请自己查阅资料吧。我个人感觉这是非常方便的多任务程序的原型开发方式，因为可以现在文件层面吧各个任务独立调试好，然后再低成本的拼接起来看看效果如何。不过，请注意，上面这种管道文件式的方法是一种“山寨”的做法，正规做法是用多线程的方式，在你的main函数里面起3个线程，读入，处理，写出，这是标准做法。多线程的程序调试会麻烦一些，但是，别忘了，你有一个山寨版的“管道文件式”的版本作为参照。 出处：http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3015626.HTM?click_from=8800029674,9950271081,2015-07-31,EDNCOL,FORUM_ALERT

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