嵌入式開(kāi)發(fā)必須具備哪些基礎(chǔ)知識(shí)

嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介

嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedSystem）是指以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，大到油田的集散控制系統(tǒng)和工廠流水線，小到家用VCD機(jī)或手機(jī)，甚至組成普通PC終端設(shè)備的鍵盤、鼠標(biāo)、硬盤、Modem等均是由嵌入式處理器控制的。

嵌入式系統(tǒng)無(wú)疑是當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設(shè)備上，通常這些設(shè)備的硬件資源（如處理器、存儲(chǔ)器等）非常有限，并且對(duì)成本很敏感，有時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求很高等。特別是隨著消費(fèi)家電的智能化，嵌入式更顯重要。像我們平常常見(jiàn)到的手機(jī)、PDA、電子字典、可視電話、VCD/DVD/MP3Player、數(shù)字相機(jī)（DC）、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)（DV）、U-Disk、機(jī)頂盒（Set TopBox）、高清電視（HDTV）、游戲機(jī)、智能玩具、交換機(jī)、路由器、數(shù)控設(shè)備或儀表、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。

為什么要學(xué)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)？好處是什么？

（1）目前國(guó)內(nèi)外這方面的人都很稀缺。一方面，是因?yàn)檫@一領(lǐng)域入門門檻較高，不僅要懂較底層軟件（例如操作系統(tǒng)級(jí)、驅(qū)動(dòng)程序級(jí)軟件），對(duì)軟件專業(yè)水平要求較高（嵌入式系統(tǒng)對(duì)軟件設(shè)計(jì)的時(shí)間和空間效率要求較高），而且必須懂得硬件的工作原理，所以非專業(yè)IT人員很難切入這一領(lǐng)域；另一方面，是因?yàn)檫@一領(lǐng)域較新，目前發(fā)展太快，很多軟硬件技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)或正在出現(xiàn)（如ARM處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、MPEG技術(shù)、無(wú)線通信協(xié)議等），掌握這些新技術(shù)的人當(dāng)然很找。嵌入式人才稀缺，身價(jià)自然就高，越有經(jīng)驗(yàn)價(jià)格就越高。其實(shí)嵌入式人才稀少，根本原因可能是大多數(shù)人無(wú)條件接觸，這需要相應(yīng)的嵌入式開(kāi)發(fā)板和軟件，另外需要有經(jīng)驗(yàn)的人進(jìn)行指導(dǎo)開(kāi)發(fā)流程。

（2）與企業(yè)計(jì)算等應(yīng)用軟件不同，嵌入式領(lǐng)域人才的工作強(qiáng)度通常低一些（但收入不低）。搞企業(yè)應(yīng)用軟件的IT企業(yè)，這個(gè)用戶的系統(tǒng)搞完了，又得去搞下一個(gè)用戶的，而且每個(gè)用戶的需求和完成時(shí)間都得按客戶要求改變，往往疲于奔命，重復(fù)勞動(dòng)。相比而言，搞嵌入式系統(tǒng)的公司，都有自己的產(chǎn)品計(jì)劃，按自己的節(jié)奏行事。所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品通常是通用的，不會(huì)因客戶的不同而修改。一個(gè)產(chǎn)品型號(hào)開(kāi)發(fā)完了，往往有較長(zhǎng)一段空閑時(shí)間（或只是對(duì)軟件進(jìn)行一些小修補(bǔ)），有時(shí)間進(jìn)行充電和休整。另外，從事嵌入式軟件的每個(gè)人工作范圍相對(duì)狹窄，所涉及的專業(yè)技術(shù)范圍就是那些（ARM、RTOS、MPEG、802.11等），時(shí)間長(zhǎng)了這些東西會(huì)越搞越有經(jīng)驗(yàn)，賣賣老本，幾句指導(dǎo)也夠讓那些初入道者琢磨半年的。若搞應(yīng)用軟件，可能下一個(gè)客戶要換成一個(gè)完全不同的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，那就苦了。

（3）哪天若想創(chuàng)業(yè)，搞自已的產(chǎn)品，那么嵌入式是一個(gè)不錯(cuò)的主意，這可不像應(yīng)用軟件那樣容易被盜版。土木學(xué)院有一個(gè)叫啟明星的公司開(kāi)發(fā)出一個(gè)好象叫“工程e”的掌上PDA（南校區(qū)門口有廣告），施工技術(shù)人員用該P(yáng)DA可當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行土木概預(yù)算和其它土木計(jì)算，據(jù)說(shuō)銷路特好。我認(rèn)識(shí)的某大學(xué)老師，他開(kāi)發(fā)的飯館用的點(diǎn)菜PDA（WinCE平臺(tái)，可無(wú)線連網(wǎng)和上網(wǎng)），據(jù)他說(shuō)銷路不錯(cuò)，飯館點(diǎn)點(diǎn)PDA讓客戶點(diǎn)菜，多顯派頭檔次。我記得00級(jí)2+2班當(dāng)年有一組同學(xué)在學(xué)Windows程序設(shè)計(jì)課程時(shí)用VC++設(shè)計(jì)了一個(gè)功能很強(qiáng)的點(diǎn)菜系統(tǒng)做為課程項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)真想建議他們將這個(gè)軟件做成PDA，估計(jì)會(huì)有些銷路（上?；疖囌灸蠌V場(chǎng)的Macdonald便使用很漂亮的PDA給用戶點(diǎn)食品，像摸像樣的）。這些PDA的硬件設(shè)計(jì)一般都是請(qǐng)其它公司給訂做（這叫“貼牌”：OEM），都是通用的硬件，我們只管設(shè)計(jì)軟件就變成自己的產(chǎn)品了。

八大入門的知識(shí)點(diǎn)

1、C語(yǔ)言

嵌入式Linux工程師的學(xué)習(xí)需要具備一定的C語(yǔ)言基礎(chǔ)，C語(yǔ)言是嵌入式領(lǐng)域最重要也是最主要的編程語(yǔ)言，通過(guò)大量編程實(shí)例重點(diǎn)理解C語(yǔ)言的基礎(chǔ)編程以及高級(jí)編程知識(shí)。包括：基本數(shù)據(jù)類型、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體、鏈表、文件操作、隊(duì)列、棧等。

2、Linux基礎(chǔ)

Linux操作系統(tǒng)的概念、安裝方法，詳細(xì)了解Linux下的目錄結(jié)構(gòu)、基本命令、編輯器VI ，編譯器GCC，調(diào)試器GDB和 Make 項(xiàng)目管理工具， Shell Makefile腳本編寫等知識(shí)，嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建。

3、Linux系統(tǒng)編程

重點(diǎn)學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)，Linux多任務(wù)編程中的多進(jìn)程和多線程，以及進(jìn)程間通信（pipe、FIFO、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存、signal、信號(hào)量等），同步與互斥對(duì)共享資源訪問(wèn)控制等重要知識(shí)，主要提升對(duì)Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)的理解和代碼調(diào)試的能力。

4、Linux網(wǎng)絡(luò)編程

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在嵌入式Linux系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用非常廣泛，通過(guò)Linux網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、TCP/IP協(xié)議、socket編程、TCP網(wǎng)絡(luò)編程、UDP網(wǎng)絡(luò)編程、Web編程開(kāi)發(fā)等方面入手，全面了解Linux網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。重點(diǎn)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)API，熟練掌握TCP協(xié)議服務(wù)器的編程方法和并發(fā)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)，了解HTTP協(xié)議及其實(shí)現(xiàn)方法，熟悉UDP廣播、多播的原理及編程方法，掌握混合C/S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熟悉HTML，Javascript等Web編程技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法。

5、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法在嵌入式底層驅(qū)動(dòng)、通信協(xié)議、及各種引擎開(kāi)發(fā)中會(huì)得到大量應(yīng)用，對(duì)其掌握的好壞直接影響程序的效率、簡(jiǎn)潔及健壯性。此階段的學(xué)習(xí)要重點(diǎn)理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的基礎(chǔ)內(nèi)容，包括順序表、鏈表、隊(duì)列、棧、樹(shù)、圖、哈希表、各種查找排序算法等應(yīng)用及其C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

6、C++ 、QT

C++是Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)主要語(yǔ)言之一，本階段重點(diǎn)掌握面向?qū)ο缶幊痰幕舅枷胍约癈++的重要內(nèi)容。圖形界面編程是嵌入式開(kāi)發(fā)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于QT具有跨平臺(tái)、面向?qū)ο?、豐富API、支持2D/3D渲染、支持XML、多國(guó)語(yǔ)等強(qiáng)大功能，在嵌入式領(lǐng)域的GUI開(kāi)發(fā)中得到了廣范的應(yīng)用，在本階段通過(guò)基于QT圖形庫(kù)的學(xué)習(xí)使學(xué)員可以熟練編寫GUI程序，并移植QT應(yīng)用程序到Cortex-A8平臺(tái)。包括IDE使用、QT部件及布局管理器、信息與槽機(jī)制的應(yīng)用、鼠標(biāo)、鍵盤及繪圖事件處理及文件處理的應(yīng)用。

7、Cortex A8 、Linux 平臺(tái)開(kāi)發(fā)

通過(guò)基于ARM Cortex-A8處理s5pv210了解芯片手冊(cè)的基本閱讀技巧，掌握s5pv210系統(tǒng)資源、時(shí)鐘控制器、電源管理、異常中斷控制器、nand flash控制器等模塊，為底層平臺(tái)搭建做好準(zhǔn)備。Linux平臺(tái)包括內(nèi)核裁減、內(nèi)核移植、交叉編譯、GNU工具使用、內(nèi)核調(diào)試、Bootloader介紹、制作與原理分析、根文件系統(tǒng)制作以及向內(nèi)核中添加自己的模塊，并在s5pv210實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上運(yùn)行自己制作的Linux系統(tǒng)，集成部署Linux系統(tǒng)整個(gè)流程。同時(shí)了解Android操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程。Android系統(tǒng)是基于Linux平臺(tái)的開(kāi)源操作系統(tǒng)，該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，是首個(gè)為移動(dòng)終端打造的真正開(kāi)放和完整的移動(dòng)軟件，目前它的應(yīng)用不再局限于移動(dòng)終端，還包括數(shù)據(jù)電視、機(jī)頂盒、PDA等消費(fèi)類電子產(chǎn)品。

8、驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)是嵌入式Linux開(kāi)發(fā)工作中重要的一部分，也是比較困難的一部分。本階段的學(xué)習(xí)要熟悉Linux的內(nèi)核機(jī)制、驅(qū)動(dòng)程序與用戶級(jí)應(yīng)用程序的接口，掌握系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的并發(fā)操作。熟悉所開(kāi)發(fā)硬件的工作原理，具備ARM硬件接口的基礎(chǔ)知識(shí)，熟悉ARM Cortex-A8處理器s5pv210各資源、掌握Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)原理框架，熟悉工程中常見(jiàn)Linux高級(jí)字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、USB設(shè)備等驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，在工作中能獨(dú)立勝任底層驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。

十大課本上學(xué)不到的妙招

1、離開(kāi)舒適圈

雖然當(dāng)了多年的工程師、但自認(rèn)是系統(tǒng)與軟件技術(shù)“通才”的DSP與嵌入式軟件開(kāi)發(fā)顧問(wèn)公司Jetperch創(chuàng)辦人MattLiberty建議，不斷更新并提升原本擅長(zhǎng)的技術(shù)雖然很重要，但嵌入式工程師若能擴(kuò)展自己的知識(shí)領(lǐng)域會(huì)更有益。走出舒適圈，挑戰(zhàn)自我、去學(xué)習(xí)原本不熟悉的東西，包括工程以外的知識(shí)，例如與客戶、同事之間的互動(dòng)，將會(huì)收獲良多。

2、學(xué)習(xí)利用搜索引擎

當(dāng)了多年工程師、自認(rèn)是“看得懂系統(tǒng)架構(gòu)的軟件人”的PTRGroup首席科學(xué)家MichaelAnderson認(rèn)為，不要閉門造車，要善用開(kāi)放源碼世界的信息，很多常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題其實(shí)透過(guò)因特網(wǎng)就能找到同領(lǐng)域菁英貢獻(xiàn)的程序代碼;嵌入式工程師們要走出自己的小世界擁抱社群，與同領(lǐng)域的其他工程師們相互交流、互相幫助，而這也是開(kāi)放源碼世界的精神。

3、學(xué)習(xí)那些讓因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)

具備多年嵌入式工程師經(jīng)驗(yàn)的獨(dú)立產(chǎn)品設(shè)計(jì)與顧問(wèn)公司AuriumTechnologies總經(jīng)理KenWada認(rèn)為，多數(shù)嵌入式領(lǐng)域工程師都知道如何撰寫C或C++語(yǔ)言程序，但有時(shí)候這樣的技能是不夠的;他建議嵌入式工程師學(xué)習(xí)因特網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)，對(duì)職業(yè)生涯發(fā)展會(huì)有加分效果，例如他目前負(fù)責(zé)的幾個(gè)開(kāi)發(fā)案，都是在嵌入式系統(tǒng)中嵌入虛擬（virtual）的XML，好讓一些小型連網(wǎng)設(shè)備能具備“即插即用”的運(yùn)作模式。

4、熟悉實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）

在工程人才招募機(jī)構(gòu)RandstadTechnologies負(fù)責(zé)嵌入式產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的解決方案經(jīng)理HenryWintz表示，目前產(chǎn)業(yè)界對(duì)于熟悉RTOS的工程師需求很高，也愿意提供更高的薪資水平;因此他鼓勵(lì)沒(méi)有接觸過(guò)RTOS的嵌入式工程師從一些較小型的系統(tǒng)著手，累積相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。此外他也發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)界對(duì)嵌入式Linux人才有不少需求，主要是因?yàn)檫@種操作系統(tǒng)具備較大的設(shè)計(jì)彈性。

5、了解最新的處理器

有超過(guò)多年嵌入式軟件工程師經(jīng)驗(yàn)的Embedded.fm工程師EleciaWhite表示，除了要深入了解C或C++等基本程序語(yǔ)言，有時(shí)也要認(rèn)識(shí)一些熱門的新程序語(yǔ)言以因應(yīng)特殊設(shè)計(jì)需求，但更重要的是了解最新的處理器技術(shù);處理器才是嵌入式系統(tǒng)的本質(zhì)。因?yàn)槲覀兊南到y(tǒng)資源有限，我們需要了解可用的資源有哪些。

6、培養(yǎng)多元化技能與系統(tǒng)觀

擔(dān)任近多年工程師、具備許多不同領(lǐng)域技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)顧問(wèn)公司Rebelbot顧問(wèn)JenCostillo建議，原本從事較小型系統(tǒng)架構(gòu)（例如MCU）開(kāi)發(fā)的工程師，可以開(kāi)始去熟悉更大的系統(tǒng)（例如Linux驅(qū)動(dòng)程序），反之亦然。嘗試著去開(kāi)發(fā)手機(jī)應(yīng)用程序、或者是學(xué)習(xí)后端服務(wù)器的相關(guān)技術(shù)，能讓你開(kāi)啟完全不同的觀點(diǎn);他并建議工程師去熟悉開(kāi)放性硬件，現(xiàn)在市面上有不少現(xiàn)成的開(kāi)發(fā)板，能讓工程師專注于學(xué)習(xí)獨(dú)特算法的開(kāi)發(fā)。

7、要能熟悉開(kāi)放源碼軟件

擁有多年工程師經(jīng)驗(yàn)的FreescaleSemiconductor數(shù)字網(wǎng)絡(luò)全球軟件開(kāi)發(fā)部門總監(jiān)RobOshana表示，客戶往往會(huì)要求在系統(tǒng)中整合一大堆軟件，因此所有的嵌入式工程師需要熟悉各種軟件;他建議工程師避免只專長(zhǎng)單一領(lǐng)域，因?yàn)槟强赡軙?huì)阻礙你的成長(zhǎng)。對(duì)嵌入式工程師來(lái)說(shuō)，確保自己對(duì)軟硬件技術(shù)都很了解，是非常寶貴的價(jià)值。

8、建立系統(tǒng)級(jí)的工程思維

自詡為高信賴度嵌入式系統(tǒng)專家、擔(dān)任了多年工程師的E2V電子系統(tǒng)總工程師AdamTaylor認(rèn)為，嵌入式工程師擁有系統(tǒng)導(dǎo)向的思維是很重要的，有不少開(kāi)發(fā)案遇到問(wèn)題，就是因?yàn)闆](méi)有在開(kāi)發(fā)初期充分考慮基準(zhǔn)、驗(yàn)證策略以及兼容性驗(yàn)證計(jì)劃等項(xiàng)目;此外每個(gè)嵌入式工程師都應(yīng)該具備優(yōu)良的項(xiàng)目管理技巧，力求準(zhǔn)時(shí)完成負(fù)責(zé)的項(xiàng)目。具備能明智因應(yīng)技術(shù)與項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的能力，對(duì)職業(yè)生涯發(fā)展會(huì)很有幫助。

9、學(xué)習(xí)無(wú)線連結(jié)技術(shù)

自認(rèn)是低階嵌入式工程師、有多年工作經(jīng)驗(yàn)的iRobot資深首席軟件工程師ChrisSvec建議，嵌入式工程師需要在接下來(lái)1~3年學(xué)習(xí)無(wú)線連結(jié)技術(shù)，特別是Wi-Fi與藍(lán)牙低功耗（BLE）;因?yàn)楝F(xiàn)在的嵌入式設(shè)備（至少各種消費(fèi)性電子都是）與使用者智能手機(jī)連結(jié)的主要（或唯一）方式，就是透過(guò)這些無(wú)線技術(shù)，雖然Wi-Fi與BLE不一定會(huì)是嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配備，但熟悉這些技術(shù)對(duì)嵌入式工程師來(lái)說(shuō)會(huì)很實(shí)用。

10、要能明確表達(dá)自己的想法與意見(jiàn)透過(guò)文字或繪圖

Micrum總裁JeanLaBrosse認(rèn)為，無(wú)論是哪一種工程師，都需要能有效表達(dá)自己的想法與意見(jiàn);往往有些菜鳥(niǎo)工程師無(wú)法清晰表達(dá)自己的想法，因?yàn)樽ゲ坏街攸c(diǎn)，而最好的解決方法是練習(xí)將之圖形化，例如畫(huà)出流程圖。這聽(tīng)起來(lái)好像有點(diǎn)過(guò)時(shí)，但有時(shí)利用各種圖框組合來(lái)整理自己的思緒、表達(dá)想法會(huì)是很有用的，例如iPad的iThoughts應(yīng)用程序。