怎樣成為嵌入式工程師

1嵌入式學(xué)習(xí)的一些概念理解誤區(qū)

很多嵌入式初學(xué)者認(rèn)為，學(xué)嵌入式，就是學(xué)習(xí)ARM，就是學(xué)習(xí)開發(fā)板。買一塊開發(fā)板，然后在上面“移植”u-boot、Linux內(nèi)核，再使用busybox制作一個(gè)根文件系統(tǒng)，大功告成！覺得可以出去找工作了。這其實(shí)是有一定片面性的：首先ARM是個(gè)CPU架構(gòu)，跟PC上的X86架構(gòu)一樣，你見過有人在Windows下面學(xué)習(xí)C/C++編程、MFC編程、網(wǎng)絡(luò)編程、互聯(lián)網(wǎng)編程，說自己學(xué)習(xí)X86的嗎？當(dāng)然，也不可否認(rèn)，嵌入式平臺(tái)的多樣性、硬件的可定制性導(dǎo)致我們?cè)谇度胧狡脚_(tái)上開發(fā)應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)之前，首先要搭建這個(gè)平臺(tái)，就像我們?cè)赪indows下面要裝操作系統(tǒng)一樣，但是這僅僅是我們學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)的第一步。

其次，關(guān)于系統(tǒng)的“移植”，很多人玩了開發(fā)板之后，會(huì)在自己的簡(jiǎn)歷上寫自己移植過u-boot，Linux內(nèi)核。..。..其實(shí)，這種寫法也是有點(diǎn)瑕疵的。真正的移植，往一個(gè)新的芯片或開發(fā)板上porting一個(gè)u-boot或Linux內(nèi)核，那可不是一個(gè)人能干的事情，是一個(gè)團(tuán)隊(duì)干的事情。時(shí)鐘、DDR、存儲(chǔ)，可能牽涉到各個(gè)模塊，哪里遇到問題，都需要各個(gè)模塊的owner去debug，有時(shí)候甚至可能是芯片的bug，或者硬件開發(fā)板的bug，這就需要我們使用軟件去解決、去規(guī)避這個(gè)坑，這都需要我們?cè)诤芏虝r(shí)間，甚至一兩天的時(shí)間去解決這個(gè)問題，需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)的各個(gè)模塊專家合力完成。所以說，我們所說的“移植”，其實(shí)就像是在Windows下面安裝操作系統(tǒng)，按照步驟完成裝機(jī)。當(dāng)然，通過這個(gè)過程，可以加深我們對(duì)嵌入式系統(tǒng)的理解，但是我們首先要知道的是，我們“移植”的系統(tǒng)，都是芯片公司團(tuán)隊(duì)做好的系統(tǒng)鏡像，我們做的只是配置、編譯、安裝、甚至升級(jí)這些基本的操作。這些環(huán)境只是我們學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)的平臺(tái)，萬里長(zhǎng)征才走完了第一步。

2學(xué)習(xí)嵌入式，我們到底該學(xué)些什么？

嵌入式越來越復(fù)雜，一個(gè)SOC芯片上集成的模塊越來越多。以手機(jī)為例，典型的嵌入式產(chǎn)品，我們看看上面集成了多少模塊：觸摸屏、LCD、USB、WiFi、4G等無線通信、音視頻編解碼IP、DDR、存儲(chǔ)控制器、3D/2D加速、GPS、指紋識(shí)別、NFC、DMA、G-sensor各種傳感器。..。..。?？梢哉f，現(xiàn)在一個(gè)手機(jī)的復(fù)雜度和硬件配置，已經(jīng)超過我們的桌面PC了。除了不斷增加的硬件，軟件方面，比如Linux內(nèi)核，光內(nèi)核代碼就有1000多萬行，每天更新的速度超過你學(xué)習(xí)的進(jìn)度，你能學(xué)得完嵌入式的所有知識(shí)和技能嗎？

早期PC時(shí)代，我們知道能做出X86 CPU量產(chǎn)的也沒有幾家，Intel、AMD和威盛。但是嵌入式時(shí)代不一樣了，ARM的IP授權(quán)模式導(dǎo)致不同的芯片廠商百家齊放，不同的SOC平臺(tái)和開發(fā)板眼花繚亂，針對(duì)不同行業(yè)需求定制的SOC平臺(tái)雨后春筍：手機(jī)芯片、平板芯片、視頻安防、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、工業(yè)控制，甚至人工智能AI芯片。..。，你到Linux內(nèi)核的ARCH下面可以看看有多少種CPU架構(gòu)，再到arch/arm下面看看有多少種開發(fā)平臺(tái)，這還只是加入到內(nèi)核mainline的平臺(tái)，算上沒有加入Linux內(nèi)核主線的各種平臺(tái)，其實(shí)數(shù)量更多。

眾多的芯片架構(gòu)、不同的開發(fā)板平臺(tái)，我們?cè)撊绾稳W(xué)習(xí)？

嵌入式和PC的概念也越來越模糊了，Intel已經(jīng)推出X86架構(gòu)的CPU和嵌入式產(chǎn)品了，比如平板。ARM也開始進(jìn)軍服務(wù)器和筆記本領(lǐng)域了。無論什么CPU架構(gòu)，ARM、X86、MIPS、PowerPC，還有最近火熱的物聯(lián)網(wǎng)芯片，無論是做嵌入式產(chǎn)品，還是PC、服務(wù)器，他們的底層本質(zhì)其實(shí)都沒有變，都是計(jì)算機(jī)原理和系統(tǒng)架構(gòu)，都是馮諾依曼的計(jì)算機(jī)架構(gòu)，圖靈原型機(jī)的各種實(shí)現(xiàn)。

不斷復(fù)雜的軟硬件系統(tǒng)，對(duì)嵌入式工程師或者學(xué)習(xí)者來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。這對(duì)我們本身的知識(shí)和技能有一個(gè)更新的要求。早期51單片機(jī)時(shí)代，我們可以自己使用面包板或者自己畫PCB，做一個(gè)開發(fā)板，然后在上面開發(fā)軟件。軟件、硬件自己全搞?，F(xiàn)在不斷復(fù)雜的SOC平臺(tái)，再想一個(gè)人全搞，軟硬通吃，基本不可能，這也導(dǎo)致我們需要分工協(xié)作來完成。首先軟硬件的分工，各司其職，各自精通自己的領(lǐng)域，然后進(jìn)行軟硬件整合，協(xié)作開發(fā)。再次，軟件方面，嵌入式軟件也越來越復(fù)雜，Linux內(nèi)核1000多萬行，android源碼下載下來就占幾個(gè)G的空間，自己想全搞，同樣不可能，同樣需要進(jìn)行分工。比如android，需要分為BSP工程師、Linux內(nèi)核工程師、驅(qū)動(dòng)工程師、android中間層開發(fā)工程師、APP開發(fā)工程師。對(duì)于一個(gè)Linux內(nèi)核，也需要分工，各個(gè)模塊同樣進(jìn)行分工：Linux內(nèi)核的USB子系統(tǒng)、音頻子系統(tǒng)、視頻編解碼、文件系統(tǒng)。..。..把其中一個(gè)模塊你搞精通了，工資絕對(duì)不是問題。

對(duì)于嵌入式學(xué)習(xí)者來說，我們?cè)搶W(xué)習(xí)什么，或者說如何學(xué)習(xí)？才能提高自己的職場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，或者說對(duì)于一個(gè)新手來說，如何通過自學(xué)，達(dá)到公司的用人標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，找到一份自己想要的工作？

首先，你要學(xué)會(huì)做減法，從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，要有這樣一個(gè)意識(shí)：我不可能精通所有的嵌入式技術(shù)，學(xué)會(huì)堅(jiān)持，制定合理現(xiàn)實(shí)的小目標(biāo)。很多人喜歡那種不切實(shí)際的廣告轟炸營(yíng)銷，擊中你心理上的某個(gè)軟肋，某個(gè)G點(diǎn)，一下子興奮起來。越熬越濃的心靈雞湯，并不能解決我們吃飯的生存現(xiàn)實(shí)問題。很多人，包括我，在學(xué)習(xí)的時(shí)候，都喜歡給自己樹立各種路線、計(jì)劃、日程表。制定計(jì)劃時(shí)激情滿滿，熱情高漲，激動(dòng)得睡不著覺。計(jì)劃宏偉而飽滿，仿佛成功就在眼前。但是往往不切實(shí)際，往往在早期，遇到各種困難，各種坑，各種拖延導(dǎo)致沒有堅(jiān)持下來，最后夭折。然后接著制定下一個(gè)宏偉的計(jì)劃，繼續(xù)夭折，生活周而復(fù)始，day after day。觀察我們生活周圍，真正做出成績(jī)的都是那些基于現(xiàn)實(shí)出發(fā)，能一路堅(jiān)持下來的人，day by day。有時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)，并不覺得他們有多聰明。

其次，保持自己的興趣，說白了就是為了堅(jiān)持下去。見過很多人想學(xué)習(xí)嵌入式，花了很多米買一塊開發(fā)板，激情滿滿，過一段是過去再看，已經(jīng)不折騰了。嵌入式開發(fā)難，難在哪里呢？主要在于開發(fā)環(huán)境的搭建，軟件調(diào)試上，不像在Windows上使用VC開發(fā)程序，集成開發(fā)環(huán)境都幫你弄好了，各種斷點(diǎn)、單步、查看堆棧、寄存器、內(nèi)存窗口。而嵌入式不一樣，硬件環(huán)境搭建會(huì)遇到各種各樣的問題，各種電腦的兼容問題，各種莫名其妙的問題，有時(shí)候著實(shí)讓人抓狂，時(shí)間久了，慢慢地學(xué)習(xí)的激情殆盡，也就不想學(xué)習(xí)了。這還不算什么，更嚴(yán)重的是，很多人學(xué)習(xí)嵌入式遇到挫折，往往會(huì)打擊人的自信，覺得自己能力不行，智商不夠，不適合干這行，在心理留下了陰影。對(duì)于個(gè)人學(xué)習(xí)者來說，買了開發(fā)板，你不買配套的萬用表、示波器等調(diào)試設(shè)備，遇到硬件問題也是一籌莫展，無法解決。其實(shí)我們可以完全使用其它的平臺(tái)去開展我們的研究和學(xué)習(xí)，比如QEMU，一款可以仿真開發(fā)板的開源軟件，使用這款開源軟件，我們可以在電腦上虛擬一個(gè)世面上流行的開發(fā)板，然后再在這個(gè)仿真的開發(fā)板上跑u-boot、Linux內(nèi)核、掛載根文件系統(tǒng)，使用和開發(fā)板一樣的源碼，運(yùn)行效果和真實(shí)的開發(fā)板是一樣的。而且，使用QEMU的好處就是，“硬件”永遠(yuǎn)不會(huì)出問題，可以讓我們避過硬件的各種坑，騰出更多的精力去研究嵌入式軟件的各種架構(gòu)、編程技能、內(nèi)核驅(qū)動(dòng)。..。，這些才是嵌入式工程師的核心競(jìng)爭(zhēng)力，需要花大量的時(shí)間不斷地去積累，去磨合，去提高的。把大量的時(shí)間耗在一個(gè)本該不屬于學(xué)習(xí)范疇的硬件bug上或者硬件環(huán)境不兼容上，不劃算，因?yàn)槟阋院筮M(jìn)公司后，遇到同樣的問題，找硬件工程師，半分鐘幫你搞定。所以說，選擇一個(gè)理想的嵌入式學(xué)習(xí)平臺(tái)，尤其對(duì)于初學(xué)者來說，很重要。

最后，要保持學(xué)習(xí)的深度，刻意練習(xí)。不要讓自己永遠(yuǎn)待在學(xué)習(xí)的舒適區(qū)，要學(xué)會(huì)挑戰(zhàn)自己，不斷去擴(kuò)展自己知識(shí)的邊界，完善自己的知識(shí)體系和技能。很多人買了開飯，按照教程，“移植”了u-boot，Linux內(nèi)核，制作了根文件系統(tǒng)，然后就陷入了迷茫：接著要干什么？要學(xué)習(xí)什么？想學(xué)習(xí)又感覺深入不下去，東一耙子，西一耙子，看看這，看看那，時(shí)間不知不覺就過去了。其實(shí)，學(xué)習(xí)嵌入式，基本的嵌入式知識(shí)和理論學(xué)習(xí)還是必要的，很多人推崇邊做邊學(xué)，到項(xiàng)目中學(xué)習(xí)，實(shí)踐出真知。當(dāng)然這也是一個(gè)方法，但是也有弊端，那就是學(xué)習(xí)的不系統(tǒng)，很多有心人到后來還是得回來補(bǔ)課，完善自己的知識(shí)體系和技能。很多人玩開發(fā)板，燒寫鏡像，玩得賊溜，但是你知道這里面的原理嗎？知道JTAG怎么下載的嗎？Jlink和JTAG有什么區(qū)別？為什么PC上要裝個(gè)JTAG軟件而Jlink不用？程序的編譯和鏈接是怎么樣的？為什么內(nèi)核鏡像要下載內(nèi)存的某個(gè)地址？換個(gè)地址行不行？為什么我們編寫的程序要在有OS的環(huán)境下運(yùn)行，在ARM開發(fā)板裸機(jī)環(huán)境下，你能寫一個(gè)跑起來的程序嗎？只有對(duì)這些問題深入思考，你才會(huì)對(duì)嵌入式有一個(gè)更深的認(rèn)識(shí)，超越了平臺(tái)，一通百通。

380%的嵌入式知識(shí)和技能，其實(shí)跟硬件平臺(tái)無關(guān)

嵌入式開發(fā)需要的知識(shí)體系和技能，80%其實(shí)跟硬件平臺(tái)無沒有無關(guān)系的。比如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理、編程技能、程序的編譯鏈接、你對(duì)Linux內(nèi)核的理解、設(shè)備模型、驅(qū)動(dòng)架構(gòu)、項(xiàng)目管理等等。

真正跟硬件平臺(tái)有關(guān)的，比如驅(qū)動(dòng)開發(fā)，上面的框架是跟平臺(tái)無關(guān)的，下面跟各個(gè)硬件平臺(tái)的適配部分，可能跟硬件平臺(tái)就有關(guān)系了，寄存器配置、開發(fā)板硬件配置等。而對(duì)于嵌入式工程師來說，尤其是驅(qū)動(dòng)開發(fā)工程師，等你工作后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，跟應(yīng)用開發(fā)相比，真正要寫的代碼量很少，往往只需要改幾行代碼。但是往往這幾行的代碼量，需要你深厚的背景知識(shí)：硬件知識(shí)、通信協(xié)議、對(duì)芯片、開發(fā)平臺(tái)資源掌握、對(duì)Linux內(nèi)核架構(gòu)、設(shè)備模型、驅(qū)動(dòng)框架的理解，這些才是嵌入式工程師的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

如果你看到很多廣告還在以開發(fā)板或者平臺(tái)作為噱頭，能拿多少工資作為宣傳，這時(shí)候你的腦海里要有這種意識(shí)，這是一種推廣宣傳。工資多少是由你自己的水平和市場(chǎng)大行情決定的，雖然在面試時(shí)HR會(huì)對(duì)你本身的水平評(píng)估有一些誤差，但是要相信，時(shí)間會(huì)證明你自己的真實(shí)價(jià)值，不斷提高自己的知識(shí)水平和技能才是王道。真正的技術(shù)需要自己花時(shí)間慢慢吸收、積累、消化，內(nèi)化為自己的知識(shí)體系和技能。外在的心靈雞湯或高煲老鴨湯，只能讓你一時(shí)地?zé)崆楦邼q，產(chǎn)生暫時(shí)的錯(cuò)覺，并不能真正的提高技能。