嵌入式基礎(chǔ)必備知識(shí)

人們常說(shuō)：“人生就是一場(chǎng)場(chǎng)游戲，我們要做的，就是打怪，升級(jí)，通關(guān)”，學(xué)習(xí)嵌入式的過(guò)程也是如此。

一前言

最近看到APP上，給我推送了很多類似的回答，借此機(jī)會(huì)，也想著重新審視一下自己的學(xué)習(xí)歷程，以及結(jié)合自身和大牛，分享一些學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)大家有所啟發(fā)和幫助。

本文主要目的是為了：

提供一張嵌入式學(xué)習(xí)路線地圖

提供不同階段的學(xué)習(xí)建議

推薦不同階段的學(xué)習(xí)資料

3000余字，耗時(shí)1周，建議收藏；碼字不易，如有幫助，慷慨三連

本文將嵌入式學(xué)習(xí)路線分為幾個(gè)方面：

嵌入式基礎(chǔ)必備知識(shí)

51單片機(jī)

STM32單片機(jī)

小而美的RTOS

ARM+LINUX

在這個(gè)快節(jié)奏的時(shí)代，能靜下心，耐住性子看看文章，實(shí)屬不易。

二嵌入式基礎(chǔ)必備知識(shí)

老子曰：“合抱之木，生于毫末：九層之臺(tái)，起于壘土；千里之行，始于足下”，根基的重要性不言而喻。

那么對(duì)于嵌入式這條路線而言，如何建立一個(gè)穩(wěn)固的根基？

2.1、學(xué)習(xí)內(nèi)容

C語(yǔ)言基礎(chǔ)

該部分，主要包括幾個(gè)核心知識(shí)點(diǎn)：三大語(yǔ)法結(jié)構(gòu)、常用的數(shù)據(jù)類型、函數(shù)、結(jié)構(gòu)體、指針、文件操作等。

硬件基礎(chǔ)知識(shí)

該部分，核心知識(shí)點(diǎn)在于：電路基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)電模電基礎(chǔ)知識(shí)、常用的電子元器件等。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

核心知識(shí)點(diǎn)：數(shù)組、隊(duì)列、鏈表、堆棧、樹(shù)、圖、散列表等。

操作系統(tǒng)

核心知識(shí)點(diǎn)：進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、輸入輸出管理等。

計(jì)算機(jī)原理

核心知識(shí)點(diǎn)：數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算、存儲(chǔ)系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、總線系統(tǒng)、中央處理器、輸入輸出系統(tǒng)等。

2.2、學(xué)習(xí)建議

對(duì)于C語(yǔ)言基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，一定要重點(diǎn)熟練掌握，根基的牢固直接決定了我們的代碼質(zhì)量。

對(duì)于硬件基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，要適當(dāng)了解，要能夠看懂一些簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)常用的電子元器件。

對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)，前五個(gè)是必備學(xué)習(xí)的，可能在剛開(kāi)始學(xué)習(xí)的時(shí)候，可能會(huì)感覺(jué)不到作用在哪里，但是隨著接觸到嵌入式底層設(shè)計(jì)以及算法設(shè)計(jì)的時(shí)候，才會(huì)恍然大悟。

對(duì)于操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)，重點(diǎn)學(xué)習(xí)其思想，對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有一個(gè)大概的了解，后續(xù)接觸到繼續(xù)重點(diǎn)學(xué)習(xí)，這些無(wú)論是RTOS，還是Linux，都有涉及到的。

對(duì)于計(jì)算機(jī)原理學(xué)習(xí)，可以將其看作是嵌入式系統(tǒng)的各個(gè)模塊的詳解，會(huì)讓你對(duì)嵌入式有一個(gè)整體的了解，每一個(gè)部分都值得深究。

2.3、學(xué)習(xí)資料

C語(yǔ)言基礎(chǔ)：推薦經(jīng)典書(shū)籍《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》（第2版）譚浩強(qiáng)版本。

硬件基礎(chǔ)：大學(xué)里面的《數(shù)電模電》書(shū)籍所涉及的知識(shí)即可。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：推薦經(jīng)典書(shū)籍《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》——嚴(yán)蔚敏版。

操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)原理：我用的是《王道》的系列叢書(shū)，個(gè)人感覺(jué)不錯(cuò)。

計(jì)算機(jī)組成、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)是嵌入式或者說(shuō)計(jì)算機(jī)的入門必讀書(shū)籍，并且也被列入高校教材內(nèi)，是真正的基礎(chǔ)知識(shí)。

以上，不一定是全部看完才能體驗(yàn)編程的樂(lè)趣，這個(gè)基礎(chǔ)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，也不是一朝一夕就能完成的，可以先有一個(gè)大概，后續(xù)做項(xiàng)目時(shí)，哪里不懂補(bǔ)哪里！

這里涉及到一個(gè)重要的學(xué)習(xí)方法：項(xiàng)目導(dǎo)向的學(xué)習(xí)法。

三嵌入式入門篇——51單片機(jī)

在上面的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行熟悉之后（C語(yǔ)言基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)組成、硬件基礎(chǔ)必備），我們準(zhǔn)備叩開(kāi)嵌入式世界的大門。

入門篇，依舊推薦51單片機(jī)，當(dāng)然有人會(huì)說(shuō)，直接上STM32豈不更好？

我的看法：建議新手還是以51單片機(jī)來(lái)入門，因?yàn)镾TM32體系架構(gòu)比51大很多，對(duì)于新手剛開(kāi)始可能會(huì)不太容易適應(yīng)。

3.1、學(xué)習(xí)內(nèi)容

該部分，主要在最小嵌入式系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)各種有趣的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)51單片機(jī)的學(xué)習(xí)，我們要做到：

軟件類：

主要知識(shí)點(diǎn)有：認(rèn)識(shí)單片機(jī)、熟悉邏輯運(yùn)算、點(diǎn)亮一顆LED燈、按鍵檢測(cè)、串口通信、定時(shí)器、中斷等。

硬件類：

主要知識(shí)點(diǎn)有：電阻元器件了解，基本模塊電路了解，時(shí)鐘電路，嘗試?yán)L制51單片機(jī)原理圖和PCB

3.2、學(xué)習(xí)建議

對(duì)于軟件類，我們主要做到：認(rèn)識(shí)單片機(jī)，熟悉單片機(jī)的GPIO的輸入、輸出操作，串口通信協(xié)議掌握等，這些部分都是任何一款嵌入式設(shè)備的必備技能。

對(duì)于硬件類：我們主要做到：能看懂電路圖，熟悉一些簡(jiǎn)單模塊的設(shè)計(jì)電路，了解Altium Designer的使用方法。

3.3、學(xué)習(xí)資料

51單片機(jī)：郭天祥的51單片機(jī)教程，經(jīng)典著作，經(jīng)久不衰，強(qiáng)烈推薦。

莊子說(shuō)：“水之積也不厚，則其負(fù)大舟也無(wú)力?！?/p>

該部分，是嵌入式領(lǐng)域的基石，只有將基礎(chǔ)打牢，才能負(fù)得起Linux泰坦號(hào)。

四STM32進(jìn)階篇

STM32是C51的進(jìn)階版，擁有C51的基礎(chǔ)知識(shí)，開(kāi)發(fā)STM32會(huì)得心應(yīng)手。

STM32的系統(tǒng)架構(gòu)以及硬件設(shè)計(jì)相比于C51來(lái)說(shuō)，都是上升了一個(gè)維度的，這也是為什么我推薦入門學(xué)習(xí)C51的原因。

以STM32F407平臺(tái)為基礎(chǔ)，去學(xué)習(xí)目前嵌入式主流的一些技術(shù)，探尋底層的原理，做到不同平臺(tái)，都能夠得心應(yīng)手。

4.1、學(xué)習(xí)內(nèi)容

基礎(chǔ)練習(xí)

該部分，主要練習(xí)：點(diǎn)亮LED燈、GPIO的輸入輸出操作、中斷操作、UART通信、IIC通信等

進(jìn)階練習(xí)

該部分，主要練習(xí)：DMA通信、SPI通信、CAN通信、LCD顯示屏，ADC等

高階練習(xí)

該部分，主要學(xué)習(xí)：STM32時(shí)鐘架構(gòu)、總線架構(gòu)、電源管理、代碼框架、SDIO通信、USB通信等。

4.2、學(xué)習(xí)建議

對(duì)于基礎(chǔ)練習(xí)，主要目的是為了方便讓我們從C51到STM32環(huán)境的過(guò)渡。

對(duì)于進(jìn)階練習(xí)，主要練習(xí)一些通信類相關(guān)的協(xié)議，可以結(jié)合一些傳感器進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

對(duì)于高階練習(xí)，主要目的是為了熟悉單片機(jī)的設(shè)計(jì)架構(gòu)，編程的框架，以及一些更復(fù)雜的通信技術(shù)。

另外，STM32會(huì)有寄存器和庫(kù)函數(shù)兩個(gè)版本，建議交叉學(xué)習(xí)，理解會(huì)更加深刻。

4.3、學(xué)習(xí)資料

STM32單片機(jī)：推薦正點(diǎn)原子、野火的STM32F103或者STM32F407系列。

兩家的學(xué)習(xí)資料都非常豐富，既有詳細(xì)的文檔說(shuō)明，也有完整的學(xué)習(xí)視頻教程，非常適合新手入門學(xué)習(xí)。

五小而美的RTOS

RTOS，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以理解為STM32與Linux之間的橋梁，由于其實(shí)現(xiàn)思想大都取之于Linux，所以也稱之為精簡(jiǎn)版的Linux。

我們常用的有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有：UCOS，VxWork，FreeRtos，近些年RT-Thread也異軍突起。

學(xué)習(xí)這些簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)，一來(lái)能夠幫助我們?yōu)閷W(xué)習(xí)Linux操作系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，二來(lái)也能夠擴(kuò)寬我們的職業(yè)道路。

前面也說(shuō)過(guò)了，無(wú)論是UCOS、FreeRtos、Rt-thread，其內(nèi)部的設(shè)計(jì)思想大同小異，下面主要以Ucos為例。

5.1、學(xué)習(xí)內(nèi)容

實(shí)時(shí)系統(tǒng)學(xué)習(xí)

該部分，主要學(xué)習(xí)：移植Ucos系統(tǒng)、多任務(wù)管理、調(diào)度算法、消息隊(duì)列、信號(hào)量互斥量、事件、內(nèi)存管理等。

5.2、學(xué)習(xí)建議

對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，除了上述的那些核心知識(shí)點(diǎn)外，還要結(jié)合2.1 基礎(chǔ)必備知識(shí)的操作系統(tǒng)書(shū)籍加深理解。

5.3、學(xué)習(xí)資料

RTOS的學(xué)習(xí)：正點(diǎn)原子，野火，因?yàn)檫@些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，可以基于STM32開(kāi)發(fā)板，同時(shí)也有非常詳細(xì)的文檔和視頻教學(xué)。

六ARM+Linux篇

學(xué)習(xí)完RTOS后，基本嵌入式所涉及的技術(shù)已經(jīng)掌握一半了，你也可以獨(dú)立完成一些小的項(xiàng)目，也可以找到一個(gè)不錯(cuò)的工作，但是一定不要自我滿足，有機(jī)會(huì)一定要接觸Linux。

還是那句話：ARM+Linux，也是最為復(fù)雜的東西，如果你不去接觸Linux，你永遠(yuǎn)不知道嵌入式的魅力。

Linux開(kāi)發(fā)又分為驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，內(nèi)核開(kāi)發(fā)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)，每一個(gè)方向都需要幾年甚至幾十年的積累。

作為初學(xué)者，我們要做的就是宏觀了解，擴(kuò)大我們的知識(shí)面，然后去選擇自己感興趣的方面。

6.1、學(xué)習(xí)內(nèi)容

Linux基礎(chǔ)篇

該部分主要學(xué)習(xí)：Linux常用命令、VIM學(xué)習(xí)、Linux的Shell編程、Gcc編譯、Makefile等。

驅(qū)動(dòng)篇

該部分主要學(xué)習(xí)：內(nèi)核模塊編譯原理、字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架、平臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)、設(shè)備樹(shù)、Pinctrl子系統(tǒng)、I2C子系統(tǒng)、中斷子系統(tǒng)、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架、Bootloader等

內(nèi)核篇

該部分主要學(xué)習(xí)：系統(tǒng)調(diào)用、存儲(chǔ)管理、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理等。

應(yīng)用篇

該部分主要學(xué)習(xí)：QT編程、TCP/IP協(xié)議、HTTP協(xié)議等。

6.2、學(xué)習(xí)建議

對(duì)于基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，剛接觸到Linux，一般比較難上手，與之前的單片機(jī)完全不同，需要一個(gè)熟悉環(huán)境的過(guò)程。

對(duì)于驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，重要在于明白“如何在Linux環(huán)境下編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序”，驅(qū)動(dòng)的底層原理還是那樣，加了一層層的框架，需要我們?nèi)ナ煜ぁ?/p>

對(duì)于內(nèi)核學(xué)習(xí)，上述也是系統(tǒng)的幾大核心特色，重點(diǎn)在于"如何使Linux性能最優(yōu)"

對(duì)于應(yīng)用學(xué)習(xí)，上述的幾個(gè)方面也是基礎(chǔ)，重點(diǎn)還在于開(kāi)發(fā)什么應(yīng)用，去學(xué)習(xí)哪方面的知識(shí)，沒(méi)有定論。

對(duì)于Linux，有句老話“學(xué)習(xí)Linux，3年才算入門，5年才勉強(qiáng)算Linux工程師，對(duì)于不太熟悉的領(lǐng)域，博主也不敢妄加斷言?！?/p>

6.3、學(xué)習(xí)資料

對(duì)于基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，推薦《鳥(niǎo)哥的Linux私房菜》，《Unix環(huán)境高級(jí)編程》等入門書(shū)籍。

對(duì)于驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，推薦《Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)詳解》，Linux內(nèi)核源碼詳解等。

對(duì)于內(nèi)核學(xué)習(xí)，推薦《Linux Shell腳本攻略》、《深入理解Linux內(nèi)核》等。

對(duì)于應(yīng)用開(kāi)發(fā)，推薦《嵌入式Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)完全手冊(cè)》、《Unix網(wǎng)絡(luò)編程》等。

另外，推薦正點(diǎn)原子，野火，韋東山三個(gè)Linux開(kāi)發(fā)教程，韋老師的課程好評(píng)居多，但還是看哪個(gè)更適合自己。

七總結(jié)

全文整體的學(xué)習(xí)路線：嵌入式基礎(chǔ)學(xué)習(xí)->51單片機(jī)->STM32單片機(jī)->RTOS篇->ARM+Linux

每一個(gè)部分，也都從學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)習(xí)建議，學(xué)習(xí)資料三個(gè)方面來(lái)展開(kāi)，層層深入，步步指引。

審核編輯 ：李倩