裸機(jī)程序如何驅(qū)動(dòng)硬件？看前輩是怎么說的

筆者從事安卓底層開發(fā)，工作一年，個(gè)人看法 ，處女答。個(gè)人感腳51就是就是搞嵌入式第一門技術(shù)。把c語言，模數(shù)電，硬件畫板等第一次聯(lián)系起來。在學(xué)校的時(shí)候我們的學(xué)習(xí)路線是：

1 ： 51單片機(jī)（大二上學(xué)期的時(shí)候，我感覺我還是接觸的挺晚的，嵌入式）

2：stm32+ucos ii （大二下學(xué)期到大三下學(xué)期）

3：Arm+linux （大四到畢業(yè)）

4.安卓驅(qū)動(dòng) ，JNI（工作，mtk平臺(tái)）

然并卵，這句話適合51，但是也是非常非常非常重要的基礎(chǔ)。如果作為學(xué)生的話，參加比賽啥的51還是不夠用的。51作為最簡(jiǎn)單的單片機(jī)，真真的簡(jiǎn)單。相比于linux 安卓真的太簡(jiǎn)單。

51單片如我上文所說的，學(xué)生黨接觸的第一款單片機(jī)，答主是電子信息工程畢業(yè)的，接觸的第一個(gè)單片機(jī)也是51，然后是STM32.51和STM32 STM32比51 難一點(diǎn)，不過本質(zhì)上都是單片機(jī)，STM32片上外設(shè)多很多，定時(shí)器啥的復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜多的多。STM32片上外設(shè)多，功能強(qiáng)大，可以說學(xué)了STM32之后基本上所有的單片機(jī)應(yīng)該都能馬上上手的，雖然我也只是只接觸到51 和STM32.。大四全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽之后就再也沒有接觸到單片機(jī)了。后來就一直是linux，android。下面是我畢業(yè)論文的一部分。

任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是軟件和硬件的結(jié)合體，如果只有硬件而沒有軟件，則硬件是沒有靈魂的軀殼；如果只有軟件沒有硬件，則軟件就是一堆無用的字符。在底層硬件的基礎(chǔ)上，操作系統(tǒng)覆蓋一層驅(qū)動(dòng)，屏蔽底層硬件的操作，通過特定的軟件接口去操作底層硬件，用戶在用戶空間可以很容易的把軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)放在策略與需求上，可以很方便的屏蔽掉底層實(shí)現(xiàn)，從而很好的完成客戶功能需求。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是軟件和硬件的結(jié)合體。而軟件又分為應(yīng)用層軟件和驅(qū)動(dòng)層軟件。驅(qū)動(dòng)層軟件是應(yīng)用層軟件和底層硬件的紐帶。通過驅(qū)動(dòng)層軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)底層硬件屏蔽。

在裸機(jī)時(shí)代，比如單片機(jī)系統(tǒng)，程序員往往是直接操作硬件寄存器，直接設(shè)置硬件。而在Linux操作系統(tǒng)中，硬件驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件直接操作，而用戶空間，通過通用的系統(tǒng)調(diào)用接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件操作，應(yīng)用程序沒有直接操作底層設(shè)備，通過posix標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用程序的系統(tǒng)調(diào)用往往是被規(guī)定和限值，用戶只能通過規(guī)定的接口實(shí)現(xiàn)對(duì)底層硬件的操作，導(dǎo)致了應(yīng)用程序在類UINIX操作系統(tǒng)具有非常好的可移植性。

圖2.1 直接操作硬件程序

上圖2.1 是裸機(jī)時(shí)代，應(yīng)用程序和硬件操作糅合在一起，應(yīng)用程序和硬件操作高度耦合的框圖，上述代碼一般很難有良好的代碼互用和移植性。往往從一個(gè)平臺(tái)移植到另一個(gè)平臺(tái)，甚至是同一平臺(tái)不同硬件配置都要求很大的代碼改動(dòng)，另外從應(yīng)用層來說，應(yīng)用與驅(qū)動(dòng)高度耦合，應(yīng)用程序也幾乎難以移植，甚至說是沒有應(yīng)用程序概念，原因在于應(yīng)用與驅(qū)動(dòng)的糾纏不清。

圖2.2 無操作系統(tǒng)應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序關(guān)系

上圖2.2所示，良好的裸機(jī)代碼框架，設(shè)備驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層之間有良好的分層思想，用戶可以較好的實(shí)現(xiàn)策略和需求，例如：客戶要求實(shí)現(xiàn)流水燈程序，程序員在底層機(jī)制實(shí)現(xiàn)（硬件操作）的基礎(chǔ)下，可以充分在用戶應(yīng)用程序中把主要精力方法流水燈的實(shí)現(xiàn)，即策略。但是在良好的裸機(jī)程序設(shè)計(jì)，代碼移植性可能從一個(gè)平臺(tái)移植到另外一平臺(tái)只需要修改少量的底層驅(qū)動(dòng)，例如：LED_ON（）的實(shí)現(xiàn)。但是在用戶空間，沒有系統(tǒng)調(diào)用概念，函數(shù)接口千差萬別。應(yīng)用程序移植性差。

圖2.3 Linux系統(tǒng)調(diào)用框圖

操作系統(tǒng)中，需求決定應(yīng)用程序，通過系統(tǒng)調(diào)用，調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)，此外，在驅(qū)動(dòng)程序中，把一部分公用的驅(qū)動(dòng)接口抽象出來，如此，程序員只需修改很少量的驅(qū)動(dòng)資源，形成特定的驅(qū)動(dòng)框架。導(dǎo)致用戶只需添加專用的硬件屬性作為平臺(tái)資源，在內(nèi)核中獲取資源，大大解放了設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)，提高了設(shè)備驅(qū)動(dòng)的通用型。在用戶空間，由于遵循posix標(biāo)準(zhǔn)，類UNIX操作系統(tǒng)中，所有操作接口基本一樣，從而方便了應(yīng)用程序的移植，應(yīng)用程序幾乎不要做修改。如圖2.3所示。

Linux操作系統(tǒng)對(duì)于所有的硬件都是當(dāng)做一個(gè)文件來操作：一切設(shè)備皆文件。Linux設(shè)備文件一般分為字符設(shè)備，塊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在Linux系統(tǒng)中，除了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之外，所有的設(shè)備都被映射到Linux的文件系統(tǒng)中。如圖2.4所示。

圖2.4 Linux操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序關(guān)系

講講51，linux，安卓之間的差別。先申明一下，我是實(shí)際工作中沒有使用過單片機(jī)，我使用單片機(jī)僅僅是用來參加全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽。工作主要在android driver這一塊。我們這一行很多人說單片機(jī)是有瓶頸的，我也不是很清楚。但是實(shí)話實(shí)說，這鳥東西太簡(jiǎn)單了，沒啥技術(shù)含量的，你要之后android的龐大。

補(bǔ)充一個(gè)：?jiǎn)纹瑱C(jī)要點(diǎn)亮一個(gè)led等，同樣在安卓上你點(diǎn)亮一個(gè)燈也要驅(qū)動(dòng)的，不然怎么亮呢，只是我們只看到了app。 背后驅(qū)動(dòng)，怎么實(shí)現(xiàn)的，安卓架構(gòu)，跟單片機(jī)有啥區(qū)別，相同的地方。其實(shí)手機(jī)arm芯片跟單片機(jī)都是嵌入式微處理器，單片機(jī)叫做微控制器。高通，mtk啥的也是嵌入式微處理器～都是一樣的～但是難度你想想看就知道了。

51單片機(jī)大家都知道了，裸機(jī)，直接操作硬件，直觀，簡(jiǎn)單，沒有框架，沒有系統(tǒng)。

STM32，可以學(xué)習(xí)一下RTOS了，實(shí)時(shí)的小系統(tǒng)，ucos II等等許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)，STM32+ucos II這種組合學(xué)習(xí)方式還是挺好的。STM32比較難的在我印象中一個(gè)是時(shí)鐘樹，因?yàn)槲覀儚?1，沒有時(shí)鐘樹的概念12M晶振，時(shí)鐘不要你配置，而比較新的ARM框架，外設(shè)都是有時(shí)鐘的?？赡軇倓偨佑|概念不是很清楚，但是也是很簡(jiǎn)單的。另外一個(gè)是定時(shí)器，什么輸入捕獲模式，定時(shí)器模式，編碼器模式。。。。。強(qiáng)大的多，比起51?？偟膩碚f還是簡(jiǎn)單的。因?yàn)槭菦]有框架的原因，代碼量真的很少。你要知道，MTK android 5.1 所有的東西加起來 10G多，包括bootloader，linux kernel，android framework ，定制的部分。等等。我們接觸的就那些目錄，當(dāng)你去看C++，java代碼時(shí)，你就知道面向過程的代碼真的很容易看?？赡苡行┡笥巡恢繿ndroid的框架，以及android 與linux之間的關(guān)系，以及l(fā)inux驅(qū)動(dòng)與裸機(jī)的關(guān)系，聯(lián)系與區(qū)別。你現(xiàn)在只要知道linux驅(qū)動(dòng)比較大，android框架更大。單片機(jī)簡(jiǎn)單。單片機(jī)一般是C語言，而android一般涉及三種語言：底層linux內(nèi)核C，中間的JNI層是C++，framework和app是java。

學(xué)過51單片機(jī)的朋友知道，我們要點(diǎn)亮一個(gè)LED燈，是這樣子的P0 = xxx ，我們就點(diǎn)亮了一個(gè)，好。一燒寫，好，燈亮了。linux，上我們要亮一個(gè)燈，有點(diǎn)難了，有了操作系統(tǒng)，沒那么容易了。一般人搞不定了。好，到android，更加難了。但是你想一想手機(jī)芯片也是ARM。亮燈這種肯定都是CPU的管腳操作。上了系統(tǒng)了，難了，點(diǎn)個(gè)燈都費(fèi)勁的。本質(zhì)上是一樣的。很多人都知道單片機(jī)有瓶頸的。原因是會(huì)點(diǎn)硬件，會(huì)點(diǎn)C，輕輕松松就可以亮燈的。入門容易。

單片機(jī)沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，沒“錢途”。沒有嵌入式linux相關(guān)基礎(chǔ)、無單片機(jī)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)、無硬件操作知識(shí)，應(yīng)該如何學(xué)習(xí)嵌入式？

韋東山ARM裸機(jī)加強(qiáng)版帶你深入了解嵌入式linux arm開發(fā)裸板程序，教會(huì)你一套基于arm架構(gòu)的嵌入式硬件編程方法。

課程零門檻、針對(duì)“三無”學(xué)員（無linux基礎(chǔ)、無單片機(jī)經(jīng)驗(yàn)、無硬件知識(shí)），現(xiàn)場(chǎng)編寫代碼，課后布置鞏固作業(yè)、學(xué)員專屬講師小組、qq群答疑。

課程學(xué)習(xí)技能：

1、深入理解ARM裸板程序原理，通吃所有單片機(jī)開發(fā)

2、掌握基本硬件知識(shí)，能看懂原理圖

3、理解各種硬件協(xié)議（i2c， spi， lcd等）

4、掌握編寫程序操作硬件的方法

5、實(shí)戰(zhàn)編程操練玩轉(zhuǎn)觸摸屏和傳感器等各模塊

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