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嵌入式职业规划

2019-07-12 20:47发布

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嵌入式职业规划
（大部分内容转载，自己总结）
一、嵌入式系统的概念 着重理解“嵌入”的概念     主要从三个方面上来理解。   
      1、从硬件上，将基于CPU的处围器件，整合到CPU芯片内部，比如早期基于X86体系结构下的计算机，CPU只是有运算器和累加器的功能，一切芯片要造外部桥路来扩展实现，象串口之类的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片实现，而目前的这种串口控制器芯片早已集成到CPU内部，还有PC机有显卡，而多数嵌入式处理器都带有LCD控制器，但其种意义上就相当于显卡。比较高端的ARM类Intel Xscale架构下的IXP网络处理器CPU内部集成PCI控制器（可配成支持4个PCI从设备或配成自身为CPI从设备）；还集成3个NPE网络处理器引擎，其中两个对应于两个MAC地址，可用于网关交换用，而另外一个NPE网络处理器引擎支持DSL，只要外面再加个PHY芯片即可以实现DSL上网功能。IXP系列最高主频可以达到1.8G，支持2G内存，1G×10或10G×1的以太网口或Febre channel的光通道。IXP系列应该是目标基于ARM体系统结构下由intel进行整合后成Xscale内核的最高的处理器了。
     2、从软件上前，就是在定制操作系统内核里将应用一并选入，编译后将内核下载到ROM中。而在定制操作系统内核时所选择的应用程序组件就是完成了软件的“嵌入”，比如WinCE在内核定制时，会有相应选择，其中就是Wordpad,PDF,MediaPlay等等选择，如果我们选择了，在CE启动后，就可以在界面中找到这些东西，如果是以前PC上将的windows操作系统，多半的东西都需要我们得新再装。    
       3、把软件内核或应用文件系统等东西烧到嵌入式系统硬件平台中的ROM中就实现了一个真正的“嵌入”。      以上的定义是我在6、7年前给嵌入式系统下自话侧重于理解型的定义，书上的定义也有很多，但在这个领域范围内，谁都不敢说自己的定义是十分确切的，包括那些专家学者们，历为毕竟嵌入式系统是计算机范畴下的一门综合性学科 二、嵌入式系统的分层与专业的分类。
             嵌入式系统分为４层，硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。 　　1、硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片机及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬件层也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是要能够看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的，同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。但硬件平台是基础，增值还要靠软件。 硬件层比较适合于，电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业的人来搞，需要掌握的专业基础知识有，单片机原理及接口技术、微机原理及接口技术、C语言。
  2、驱动层，这部分比较难，驱动工程师不仅要能看懂电路图还要能对操作系统内核十分的精通，以便其所写的驱动程序在系统调用时，不会独占操作系统时间片，而导至其它任务不能动行，不懂操作系统内核架构和实时调度性，没有良好的驱动编写风格，按大多数书上所说添加的驱动的方式，很多人都能做到，但可能连个初级的驱动工程师的水平都达不到，这样所写的驱动在应用调用时就如同windows下我们打开一个程序运行后，再打开一个程序时，要不就是中断以前的程序，要不就是等上一会才能运行后来打开的程序。想做个好的驱动人员没有三、四年功底，操作系统内核不研究上几编，不是太容易成功的，但其工资在嵌入式系统四层中可是最高的。驱动层比较适合于电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业尤其是计算机偏体系结构类专业的人来搞，除硬件层所具备的基础学科外，还要对数据结构与算法、操作系统原理、编译原理都要十分精通了解。     3、操作系统层，对于操作系统层目前可能只能说是简单的移植，而很少有人来自已写操作系统，或者写出缺胳膊少腿的操作系统来，这部分工作大都由驱动工程师来完成。操作系统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理，而嵌入式系统的实时性十分重要。据说，XP操作系统是微软投入300人用两年时间才搞定的，总时工时是600人年，中科院软件所自己的女娲Hopen操作系统估计也得花遇几百人年才能搞定。因此这部分工作相对来讲没有太大意义。     4、应用层，相对来讲较为容易的，如果会在windows下如何进行编程接口函数调用，到操作系统下只是编译和开发环境有相应的变化而已。如果涉及Jave方面的编程也是如此的。嵌入式系统中涉及算法的由专业算法的人来处理的，不必归结到嵌入式系统范畴内。但如果涉及嵌入式系统下面嵌入式数据库、基于嵌入式系统的网络编程和基于某此应用层面的协议应用开发（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又较为复杂，并且有难度了。     

三、 练好基本功
       嵌入式系统专业是综合了计算机硬件技术，计算机软件技术以及电子电路技术的一门综合学科，所涉及的内涵和知识非常广泛，包括：数字电路，模拟电路，计算机组成原理，单片机基础，C语言基础，操作系统，数据结构，编译原理，计算机控制，计算机网络等知识。
      在真正学习嵌入式开发之前，首先要打好基础。其中最重要的是C语言基础、数字电路、计算机组成原理三门课程。对于C语言，至少能单独编写调试一个3 ~ 500行的程序，能够了解C语言的基本语法规则，基本语句的使用，理解指针概念并能灵活使用各种指针。
计算机组成原理要能理解组成一个计算机系统的几大部件，计算机系统的结构，理解系统总线，理解处理器和计算机外部设备的关系，处理器和计算机外设是如何协调工作完成某一项功能的，计算机软件和硬件是如何分工协作完成某一项任务的，理解软件是通过寄存器来控制硬件的。
      数字电路，模拟电路要了解其基本原理个概念，能看懂简单模拟、数字电路原理图。理解数字电路中的寄存器，时序的概念，能看懂芯片手册和时序图。对于其他基础课程，重点要理解其中的一些基本概念，如何使用等等。
对于电子，自动化，通信，计算机类专业的学生，在大二、大三开设的专业基础或专业课程中基本包含了以上的大部分课程。因为缺乏实践，可能学得不是很深入，但是一些基本的概念和基本知识应该还是有所了解，针对一些薄弱环节，自己稍微加强学习一下，基本上已经具备了学习嵌入式开发的基础。在嵌入式基本功学习阶段，最重要的是C语言和单片机基础，最好是能用C语言开发一个小的单片机程序，例如用C语言实现单片机和PC的串口通信，用C语言控制LED等显示，用C语言控制数码管显示等小程序。在这个期间需要的学习工具就是单片机51学习开发板。推荐飞凌的OK-51学习开发板。详情参考：

四、嵌入式linux应用开发
     嵌入式开发基础知识学习完后，这时候你已经有了一定的嵌入式开发基础了，可以进行基于单片机的嵌入式系统设计了。单片机编程本身也是属于嵌入式编程，但是在这里我们只是把单片机开发当作嵌入式系统开发的基础，不把单片机开发作为真正的嵌入式系统开发，在这里我们的嵌入式系统开发是指在带有操作系统的嵌入式平台上的应用和驱动开发，特别指在嵌入式linux平台上的开发。
单片机开发在很早以前是非常热门的，现在在一些比较简单的系统上单片机也用的非常广泛，随着硬件的成本不断降低，在一些比较复杂的嵌入式设备一般都采用嵌入式linux操作系统，在嵌入式linux平台上进行开发，这样可以极大的提高嵌入式开发效率，提高系统的稳定性和可靠性，降低开发成本。由于linux是一个开源的操作系统，你可以通过阅读linux内核来理解内核的实现机制，如果有需要，你甚至可以通过修改内核源码来提高系统的性能；同时，全球参与linux开发的队伍非常庞大，网上有大量的嵌入式linux开发资料和源代码，很多你需要实现的功能在网上基本都能找到相关源码，参考一下别人写的源码，这样可以极大的提高自己的工作效率和技术能力，近几年，随着参与linux开发的人越来越多，linux系统的稳定性、实时性有了很大的提高，linux系统无论在服务器上还是嵌入式设备平台上都应用越来越广泛，现在包括华为、中兴、朗讯的各大通信巨头都开始把自己设备的底层平台从vxworks操作系统迁移到linux系统，可以说嵌入式linux是嵌入式技术发展一个方向，是嵌入式技术的一面旗帜。基于以上原因，我的建议是学嵌入式开发，就学嵌入式linux开发，相对于wince等其他的嵌入式平台，你可以真正学到更多的东西，学到嵌入式技术的精髓，同时他又符合嵌入式产业发展的方向，不容易被日新月异的技术发展所淘汰。
有了嵌入式开发的基础，又知道了我们为什么要学习嵌入式linux开发，那我们就要开始动手开始学习了，那如何开始学习嵌入式linux开发，从哪里开始着手呢？

       做任何事情都有一个循序渐进的过程，学习嵌入式linux也一样。在有了一定的嵌入式开发基础后，学习嵌入式linux开发比较适合的切入点是从嵌入式linux应用程序开发开始，即暂时先不去关心嵌入式硬件平台，不去关心linux的底层驱动，先把精力集中在现有的嵌入式linux平台上进行嵌入式linux应用程序设计开发。学习嵌入式linux开发绝不是看看书就可以学好的，需要多实践，编程调试；因为嵌入式开发不同于普通的基于PC机或服务器的应用程序开发，嵌入式开发的应用程序是要烧写到嵌入式板卡或开发板上运行的，所以首先你要给自己购买一块开发板，现在普遍流行的嵌入式开发板都是基于三星的ARM9 CPUS3C2440,性价比极高，在这里我推荐使用飞凌公司FL-2440 高性价比ARM9学习开发板，开发板资源丰富，稳定，同时配有大量的实验源码，视频教程和实验指导书。
    有了开发板后，先后开始学习嵌入式linux开发环境搭建、嵌入式linux开发模型、linux内核移植和文件系统、嵌入式linux应用程序移植、嵌入式linux多进程，多线程应用程序设计、嵌入式linux网络编程，如果对嵌入式数据库或图形软件开发有兴趣的，可以进一步学习嵌入式linux数据库开发或基于QT的嵌入式linux图形应用软件设计。每学一章节都要通过相关实验来来验证你从书上学到的东西，同时提高自己编写代码，调试程序的能力。这个过程根据不同学员的基础不同，大概要花上1 ~ 2个月时间。学完这些课程后，你就有了再现有的嵌入式linux平台上进行应用程式设计开发的能力，到一些嵌入式软件公司去，能够胜任在现有的嵌入式linux平台上进行上层的应用程序开发工作。但是目前你还不能进行嵌入式linux系统和驱动的开发，也就是说，你现在只能在一个已经构建好的嵌入式linux平台上进行应用程序开发，而自己还没有能力根据实际需要去重新构建一个嵌入式linux平台。要让自己有能力根据实际需要重新构建一个嵌入式linux软硬件平台，这时候就需要进行下一阶段的学习了，即嵌入式linux系统和驱动开发。

五、嵌入式Linux系统和驱动开发

有了嵌入式linux平台上开发应用程序的基础，你已经对linux的功能、linux对应用程序提供的接口和系统调用有了一定的了解，知道如何利用linux提供的功能来进行应用程序开发，知道如何来使用设备驱动来进行应用程序设计，有了这些知识后，你就可以更深入的去学习Linux系统原理和基于Linux驱动的开发，Linux内核的裁剪，文件系统构，bootloader等等底层的知识了。
想要更深入学习嵌入式Linux系统和驱动开发，要学的内容非常多包括计算机软件、硬件、操作系统知识。这时候你可以参照以下的学习思路，因为嵌入式Linux系统和驱动的开发，和底层硬件联系非常紧密，所以首先我们从学习了解嵌入式硬件开始，包括：ARM体系架构、S3C2440微处理器接口设计、时钟系统、LCD屏接口、存储控制器及系统的存储空间分配、NAND FLASH接口和NOR FLASH接口等。对嵌入式系统硬件有了一定的了解后，接下来就可以开始学习bootloader了，理解bootloader的概念，功能，和原理，重点掌握U-BOOT的使用和移植。接下来就开始学习嵌入式linux内核机制，分析嵌入式Linux源码组成、内核的模块机制、内核进程管理、内存管理机制、linux的中断系统、Linux内核的移植等。有了内核的基础，就可以学习嵌入式Linux设备驱动开发了，重点掌握字符设备驱动开发，LCD屏设备驱动开发、触摸屏设备驱动开发、USB设备驱动开发，网卡设备驱动开发。学完这些知识点并通过相关实验验证后，嵌入式Linux系统和驱动的开发就算掌握了差不多了，能够胜任绝大部分基于linux平台的驱动开发工作了。学完这些知识点，根据学员的不同情况，一般需要花三个月到半年时间。通过这一阶段的学习，你在嵌入式Linux开发领域已经算是有了一定的功底，已经不再被人称为菜鸟了，已经进入嵌入式linux开发高手行列了。

六、更上一层楼
  深入理解了嵌入式内核和驱动开发，这时候写个什么驱动对你已经没有什么问题了，开发过程中一些基本问题都难不倒你了。这是你可能想优化一下系统的性能，比如实时性，提高系统的启动速度，或者优化系统的内存管理机制，要达到修改内核核心机制的境界，你就需要去深入去研读linux内核源码了，参考《linux源码深度分析》、《linux情景分析等》等linux源码分析的书籍，深入理解linux各部分的实现机制和原理，以及可能存在的问题。你只有在深入理解现有代码和实现机制的基础上，才能提出更好的改进方案。如果你能达到这个境界，那你已经是高手中的高手，可以笑傲群雄了。

七、误区
一、全身投入学习桌面或服务器版本linux系统
Linux桌面环境只是嵌入式linux的一个开发工具，开发环境而已。我们的目标不是学习linux服务器的配置和使用，linux服务器的高级配置和使用那是另外一个领域，不属于嵌入式linux讨论的范畴。我们进行嵌入式linux开发，只是把linux桌面环境当作一个工具，在linux桌面环境下运行嵌入式linux开发工具，例如gcc 编译器，make工具来开发我们的嵌入式linux应用程序而已，对于嵌入式开发工程师来说，没有必要花费那么多的精力和时间去研究linux桌面版和服务器的应用，只要能了解最基本的操作即可。现在的桌面linux系统的图形化界面做的也相当好，跟window具有相同的易用性能，例如ubuntu很多操作都可以在图形界面下完成，就没有必要去记每个linux命令了。熟悉linux桌面系统的使用和基本操作命令，安排1~2天时间学习基本就可以掌握了。

二、直接阅读linux内核源代码
  很多想学linux，在连linux是什么东西，一点都还不会使用的情况下去就阅读linux内核源代码，花了大量时间去阅读《linux源码深度分析》、《linux情景分析等》等书。这样的结果很可能就是看的头昏眼花，不知所云，最后只能放弃了。这也是同学们学习嵌入式linux的一个误区，在有一定嵌入式linux开发基础后，带着一定的目的去阅读linux源代码，这样可以极大的提高你的技术能力，但是你在没有任何基础，对linux一点都不了解的情况下就去阅读linux内核源代码，无异于以卵击石，最后只能是撞个头破血流。

 三、对于初学者来讲，要量力而行，不要认为驱动层工资高就把它当成方向了，要结合自身特点，嵌入式系统四个层面上那个层面上来讲都是有高人存在，当然高人也对应的高工资，我是做硬件层的，以前每月工资中个人所得税要被扣上近3千大元，当然我一方面充当工程师的角 {MOD}，一方面充当主管及人物的角 {MOD}，两个职位我一个人干，但上班时间就那些。硬件这方面上可能与我PK的人很少了，才让我拿到那么多的工资 四、开发系统选择。     很多ARM初学者都希望有一套自己能用的系统，但他们住住会产生一种错误认识就是认为处理器版本越高、性能越高越好，就象很多人认为ARM9与ARM7好，我想对于初学者在此方面以此入门还应该理智，开发系统的选择最终要看自己往嵌入式系统的那个方向上走，是做驱动开发还是应用，还是做嵌入式系统硬件层设计与板级测试。如果想从操作系统层面或应用层面上走，不管是驱动还是应用，那当然处理器性能越高越好了，但这个东西自学，有十分大的困难，不是几个月或半年或是一年二年能搞定的事。


   以上是笔者结合自己的嵌入式学习经历和嵌入式培训经验总结的一些嵌入式学习方法和步骤，这只是笔者对嵌入式学习的一些看法，希望对那些有兴趣学习嵌入式linux又不知道从哪开始学的同学们有所帮助。当然，每个人，每个同学的基础，各方面的情况都不一样，每个人都有自己适合的学习方式，本文章总结的一些学习方法和思路仅供参考，希望大家能找到适合自己的学习嵌入式开发的方式，早日进入嵌入式开发大门。
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