一文了解嵌入式

嵌入式釋意

那么，什么是嵌入式？

百度百科：

IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”。原文為：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。

嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)控制邏輯。

從應(yīng)用對(duì)象上加以定義，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

其實(shí)說(shuō)白了，嵌入式屬于硬件開發(fā)層面。就是在已有的硬件上移植操作系統(tǒng)。以單片機(jī)作比較，單片機(jī)的工作模式是利用軟件編程控制硬件，實(shí)現(xiàn)一些功能。嵌入式是在軟件與硬件之間加入一個(gè)操作系統(tǒng)。目前火熱的嵌入式操作系統(tǒng)主要是linux，android，鴻蒙等。

嵌入式是做什么的：

傳統(tǒng)嵌入式產(chǎn)品：空調(diào)主控模塊、冰箱主控模塊、家用遙控器、智能手機(jī)、教學(xué)投影儀、音響系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、路由器等等

前沿嵌入式產(chǎn)品：無(wú)人機(jī)、智能音響、機(jī)器人控制、城市天眼系統(tǒng)、智能家具、自動(dòng)駕駛汽車、掃地機(jī)器人、小米手環(huán)等等

嵌入式行業(yè)前景

目前的嵌入式開發(fā)更傾向于智能化，也就是我們所說(shuō)的智能硬件（硬件+軟件），從現(xiàn)在各種前沿的嵌入式產(chǎn)品來(lái)看的確如此，嵌入式產(chǎn)品的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是更傾向與自動(dòng)化控制和人機(jī)交互，而不是強(qiáng)調(diào)“算法”這一塊。

要區(qū)分你僅僅是一名嵌入式工程師而不是算法工程師，什么一大堆“人工智能”、“阿爾法狗”、“深度學(xué)習(xí)”、“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”都不需要深入理解，那是研究生、博士生做的，并不是說(shuō)本科的能力不足，而是“術(shù)業(yè)有專攻”，這并不是一名嵌入式工程師的工作量，你需要做的僅僅是與他們的“云端大腦”進(jìn)行對(duì)接，調(diào)用他們API就完事了。

由于人工智能、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)學(xué)科的崛起，很多人都產(chǎn)生質(zhì)疑：“嵌入式還有發(fā)展前景嗎”？

這個(gè)問(wèn)題我在這里可以很肯定地告訴你：“嵌入式有很好的發(fā)展前景，前沿嵌入式技術(shù)即將崛起，或者說(shuō)已經(jīng)崛起”。的確，人工智能、大數(shù)據(jù)這些學(xué)科會(huì)給嵌入式帶來(lái)沖擊，就目前來(lái)看，大學(xué)生更傾向于python編程語(yǔ)言、機(jī)器學(xué)習(xí)這一塊，而嵌入式學(xué)者的確比往年有所下降。

但學(xué)者少了并不代表他的需求就少了，并不代表他的薪資水平下降了，目前的一個(gè)嵌入式技術(shù)更傾向于與智能學(xué)科相結(jié)合的趨勢(shì)，以百度機(jī)器人為例，機(jī)器人的核心是大腦，即是“數(shù)據(jù)和算法”，但機(jī)器人大腦想機(jī)器人身軀能夠像人類一樣活動(dòng)，能說(shuō)會(huì)道，行走自如，那么就必須得依靠嵌入式技術(shù)，這就是我所說(shuō)的嵌入式+智能學(xué)科應(yīng)用。

從長(zhǎng)久來(lái)看，嵌入式只會(huì)越來(lái)越火，智能學(xué)科的崛起必定帶動(dòng)新型的嵌入式技術(shù)發(fā)展。

嵌入式學(xué)習(xí)、從事方向

很多不了解行業(yè)的人說(shuō)起嵌入式，他們就會(huì)說(shuō)，“啊，我知道，就是搞單片機(jī)嘛?！鄙踔?，連科班出身的學(xué)生很多都是這么認(rèn)為。

為什么會(huì)出現(xiàn)這種局面？究其原因還是因?yàn)榇髮W(xué)專業(yè)里并沒有嵌入式行業(yè)根正苗紅的專業(yè)。嵌入式知識(shí)體系龐大，不同方向所需要的知識(shí)大不相同，網(wǎng)上關(guān)于嵌入式的學(xué)習(xí)路線甚至五花八門，沒有統(tǒng)一的答案，這對(duì)求學(xué)者簡(jiǎn)直太不友好。

學(xué)嵌入式的主要有兩個(gè)專業(yè)的人，一個(gè)就是電子類專業(yè)，另一個(gè)是計(jì)算機(jī)類專業(yè)，電子類專業(yè)一般從硬到軟學(xué)，計(jì)算機(jī)類的從軟到硬學(xué)。本人更傾向于電子類的學(xué)習(xí)走向，硬件要過(guò)度軟件，相對(duì)簡(jiǎn)單，但是要是純軟沒接觸過(guò)硬件，想邁這個(gè)坎可就難了。從這可以看出，嵌入式行業(yè)要求工程師軟件硬件都要掌握，只是側(cè)重點(diǎn)不同罷了。

解釋完嵌入式，接下來(lái)分析一下嵌入式的大體方向。嵌入式主要分為軟件硬件兩個(gè)方向。

嵌入式硬件方向：

為產(chǎn)品設(shè)計(jì)硬件電路原理圖，設(shè)計(jì)硬件PCB板，選擇合適的元器件，焊接調(diào)試硬件電路板，保證硬件電路板的可靠性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。因?yàn)楝F(xiàn)在集成電路發(fā)展迅速，大部分集成電路廠商都會(huì)提供參考電路，所以硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，硬件工程師工作的含金量主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、以及電磁兼容設(shè)計(jì)，這才是硬件設(shè)計(jì)工程師的含金量所在。一個(gè)資深的嵌入式硬件工程師年薪都在10萬(wàn)~ 30萬(wàn)之間。

要成為一個(gè)資深的嵌入式工程師相當(dāng)難，一方面要有非常扎實(shí)的理論知識(shí)，同時(shí)也要有相當(dāng)?shù)哪欠N大型的、高頻CPU、多層PCB板的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。嵌入式硬件工程師要學(xué)的課程主要有模擬電路設(shè)計(jì)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)、電磁波理論等。熟悉常用的放大電路、濾波電路、電源電路設(shè)計(jì)和分析。

嵌入式軟件方向具體可以分三類：

嵌入式驅(qū)動(dòng)工程師

編寫和移植各種芯片驅(qū)動(dòng)（如音頻芯片），優(yōu)化硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)（如溫濕度傳感器），得精通各種硬件接口協(xié)議（如I2C協(xié)議）、系統(tǒng)調(diào)度、信號(hào)量、鎖機(jī)制等等，開發(fā)難度最大。該類開發(fā)者一般是軟硬件綜合型人才，一般的嵌入式驅(qū)動(dòng)工程師指Linux上的驅(qū)動(dòng)開發(fā)工程師，需要精通Linux驅(qū)動(dòng)框架（platform框架、input子系統(tǒng)框架等），結(jié)合芯片本身去編寫驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)的好壞很大程度上決定一個(gè)產(chǎn)品的好壞。業(yè)界對(duì)驅(qū)動(dòng)人才的定義是三年才算入門，可見此門檻之高。

嵌入式系統(tǒng)工程師

主要是編寫固件，根據(jù)不同平臺(tái)移植操作系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)，需要熟悉整個(gè)操作系統(tǒng)組成與調(diào)度，對(duì)固件的穩(wěn)定性高求很高，如果系統(tǒng)不穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用也是白做的。

嵌入式應(yīng)用工程師

編寫業(yè)務(wù)邏輯程序，調(diào)用驅(qū)動(dòng)工程師提供的接口控制設(shè)備，軟件開發(fā)過(guò)程所涉內(nèi)容范圍非常廣，主要使用C語(yǔ)言開發(fā)，但經(jīng)常會(huì)涉及C++、Java、python、JavaScript、PHP等各類語(yǔ)言以及各種腳本語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)、前端后臺(tái)、各種通訊協(xié)議、甚至一些從來(lái)沒聽過(guò)的協(xié)議或概念，需要很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，該職位也是各大公司需量最大的，一般10人的開發(fā)小組，驅(qū)動(dòng)開發(fā)與系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用開發(fā)的比例是1：2：7。

嵌入式linux方向?qū)W習(xí)路線

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。

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)，嵌入式開發(fā)環(huán)境的搭建。

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)用開發(fā)的理解和代碼調(diào)試的能力。

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編程開發(fā)等方面入手，全面了解Linux網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(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。

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、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。

C++ 、QT

C++是Linux應(yīng)用開發(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蟆⒇S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。

Cortex A7 、Linux 平臺(tái)開發(fā)

通過(guò)基于ARM Cortex-A7處理imx6ull了解芯片手冊(cè)的基本閱讀技巧，掌握imx6ull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imx6ull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)開發(fā)流程。Android系統(tǒng)是基于Linux平臺(tái)的開源操作系統(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。

驅(qū)動(dòng)開發(fā)

驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)是嵌入式Linux開發(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-A7處理器imx6ull各資源、掌握Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)原理框架，熟悉工程中常見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)開發(fā)，在工作中能獨(dú)立勝任底層驅(qū)動(dòng)開發(fā)。
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