1. gzyueqian
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      好的嵌入式開發學習路線總結,學習嵌入式可以這樣學

      更新時間: 2019-02-03 12:00:00來源: 嵌入式培訓瀏覽量:5554

              嵌入式技術是一門邊緣科學(又稱交叉科學),涉及的內容非常廣泛,前幾年很多學校,包括的大學都在討論要不要設置這個專業。不是說設置這個專業本身有什么問題,而是因為課程設置不容易安排,如果偏硬件的話那就成了電子工程一類的專業,如果偏軟的話就成了計算機專業。

              正因為如此,很多人在學習嵌入式技術的時候,不知道從哪里方面入手,因為知識體系非常龐雜,如果沒有指導,很可能會長時間不得要領,學習效率會很差。那么,下面探討一下學習方法,用比較簡潔的方式,讓大家明白嵌入式系統知識體系,以及它的整個脈絡。

              1、嵌入式開發學習方法-框架學習法

              嵌入式系統的學習方法很多人都講過,相信大家在網上或者其他渠道接觸過一些思路和方法,在這里講一下個人的體會。

              首先來說,學習有沒有捷徑呢?一種說法是可以速成,幾天就可以學會,我認為速成的說法太夸張了,那是不可能的事情。

              有些人講學習沒有捷徑,你必須經過長期的努力,所謂功到自然成。但是學習嵌入式技術,如果說沒有好的方法那也是不對的,學習一門新的知識體系肯定是要下工夫,但是也需要有好的指引,也就是捷徑,實際上這里是講的就是學習方法。

              方法很重要,如果沒有方法,閉著眼亂學亂撞,肯定是不行的。就像我們去找一個沒有去過的地方,自己跟著感覺去找,找到的希望很小,如果手里面有張地圖,并且還有指南針,那就快很多;如果我們有導航,自然是更快更方便了。實際上,這就是方法的重要性。
              那么在這里,我們來介紹一種學習方法,這種方法也是粵嵌公司多年培訓和產品開發經驗所總結出來的。

              大家可能會問了,粵嵌也做過嵌入式培訓?實際上我們有很豐富的培訓經驗。

              我們覺得,‘框架學習法’是適合初學者采用的一種方法,這里面包含了快速原型的思想;也就是框架學習,快速原型。那么這里面的主導思想呢,就是從一開始就要看到嵌入式系統知識領域的全貌,然后逐漸深入!

              比如說,我們想了解北京這座城市,如果在胡同里轉來轉去,可能幾年都搞不清楚這個城市是什么情況,如果我們先通過北京地圖學習一下,了解下天安門在什么地方,鳥巢在什么地方,香山八達嶺在哪里。再加上我們到這些地方去看一看,可能很快就掌握了這座城市的全貌。

              在這里需要注意的是,即便是我們有了地圖,也需要有一些基礎,比如我們要知道什么是天安門,知道鳥巢的來歷,明白八達嶺是怎么回事,實際上這些就是基礎知識。也就是說我們在學習系統框架之前要具備一定的基礎,否則這張地圖也是看不懂的。

              學習嵌入式技術也是需要一定的基礎的,一會兒我們專門講需要什么樣的基礎。

              接下來如果我們想進一步的了解這座城市,就要去研究這座城市的歷史,甚至是中國的歷史。更細一步呢,還可以進一步研究故宮本身的地圖。

              那么這樣一環套一環。經過不斷的研究,逐漸就會掌握這座城市的地理、文化、政治經濟等特點。

              通過了解北京城這個簡要的例子,運用框架學習法,在對不同層次的框架的學習過程中,逐漸了解和掌握整個系統。

              如果我們不注意方法,每天在胡同里面來回轉悠,肯定是事倍功半,將在很長時間不得要領。

              2、嵌入式系統學習的框架

              學習嵌入式也是這樣。必須掌握一定的方法,才能比較快速有效的學習。

              那么這個方法就是框架學習法,剛才我們也講了,首先在了解這個基礎框架之前我們要有一定的基礎,那么這個基礎呢就是單片機和C語言,不需要你掌握的有多好,但一定要具備一定的C語言編程能力。像其他有些課程,比如計算機專業的編譯原理、數據結構,計算機系統體系結構,這些知識實際上還不太需要,了解一下就可以了。

              有了C語言編程基礎,并且學過單片機,這個時候就可以學習一下嵌入式Linux的基本框架了,很簡單,那就是要搞清楚bootloader、Kernel、和文件系統,接下來簡單介紹一下。什么是BootLoader呢?

              實際上它是個引導程序,也就是硬件復位以后個要執行的程序,它主要工作就是初始化操作系統運行的環境,比如說內存、定時器、緩沖器等,當這個工作做完以后,再把操作系統的代碼加載到內存,然后操作系統就可以啟動并執行,到此為止,bootloader的任務就完成了。

              那么有人問了,沒有bootloader行不行呢,可以的!但是呢,因為操作系統本身一般是個通用的軟件,它要在不同的平臺上運行,比如X86,ARM,POWERPC等等,而不同的處理器的初始化操作是不同的,如果操作系統的軟硬要考慮在啟動時候各種平臺的差異性,那就顯得過于復雜。除此之外,也有其他方面的原因,比如燒寫系統的便捷性考慮等等,這里暫不做深入的探討。

              常用的bootloder有很多種,比如U-BOOT、REDBOOT、LILO等等,我們開發板用的是Uboot。

              什么是Kernel呢?

              Kernel就是Linux的內核,也就是說Linux操作系統本身的代碼。那么U-BOOT啟動到,就是把它加載到內存,并且跳轉到Kernel來執行。

              什么是文件系統呢?

              現在我們來介紹一下文件系統,這里需要了解一個事實,就是說Linux啟動到一定要掛載一個文件系統。這個是Linux的一個特點,它不像其他操作系統,比如像VxWorks,是不需要文件系統的,VxWORKS沒有文件系統也可以運行。

              而且還需要了解一點,像QT系統、Android、以及Ubuntu系統它們的底層都是Linux內核,不同的是她們的文件系統不一樣,也就是說,Android系統相關的一些代碼,比如說圖形界面系統、Android的虛擬機,Android的框架代碼都在Linux掛的文件系統里面。 如果大家理解了這點,那么這幾個系統的基本架構也就清楚了。

              搞清楚了這幾個概念,實際我們就了解了Linux系統基本的框架,然后呢我們根據開發板配套的資料,去學習如何編譯這幾個文件,因為像Uboot、Kernel、文件系統,編譯生成出來分別是一個獨立的文件,就是說會生成三個文件,我們要學會把這幾個文件燒寫到板子上。

              學會了編譯和燒寫,接下來呢,我們在這個框架的基礎上,去學習如何做Linux上面的應用程序。

              什么是應用程序(APP)呢?這也是框架的內容,它是跑在操作系統上面,通過調用操作系統的資源去工作,是終的業務邏輯,比如我們Windows上面有很多的應用程序,比如QQ、暴風影音、WORD、EXEL等,各種各樣APP有很多。

              根據我們后期的視頻教程,大家應該很快就能學會,比如說串口程序、網絡程序等等,這些都是應用程序,我們不需要做太多,學習幾個加深一下對框架的認識就可以了。

              再接下來,我們就需要學習Linux驅動方面的一些知識了,這也是在基礎框架里面的,驅動程序可以看成是操作系統的一部分,它在底層專門和硬件打交道。那么大家稍微了解一下,就會知道Linux的驅動包括有三種:字符設備、塊設備以及網絡設備。

              這個時候呢,大家要注意,只需要學習字符類設備驅動,其他兩種先不要去管。一定要記住,初學習嵌入式技術的時候不要去研究塊設備和網絡設備。也就是說,把字符類設備搞明白就可以了。因為一般的公司開發嵌入式的產品僅限于字符設備的開發,掌握字符設備的框架思想和開發步驟就能夠勝任了。至于塊設備和網絡設備,直接用開發板或者某個開發平臺本身提供的驅動就足夠了,這些是一線處理器廠家做的事情,一般情況下不需要我們去完成,這些處理器研發的廠家在為處理器開發配套BSP的時候才會涉及這些工作。

              當然了,有的同學可能會講,某某公司就是在做塊設備驅動,我的意思是講,從嵌入式這個行業總體上來講,大多數公司都不需要那么做,很多技術都是直接拿來用。我們掌握了字符設備驅動的開發方法,已經能夠應付大多數公司的開發要求,對于一個還沒有入門的學生來講,一定要按照我說的辦法來學習。

              等將來熟練掌握基本技能以后,可以根據框架學習的方法,再去研究更深入的編程。這個時候,那些計算機專業的課程,比如數據結構、計算機系統體系結構、各種算法等等就可以派上用場了,自己的水平也會在學習的過程中再次升華。

              學習字符類設備驅動,請跟著粵嵌的視頻去學習LED的驅動編寫方法,以及蜂鳴器、AD轉換等這些跟GPIO相關的驅動開發技巧。

              掌握了這些,可以講,我們已經成為了一個比較合格的嵌入式驅動工程師!

              這個時候我進一步介紹一下什么是快速原型,如果學過軟件工程的話,那么大家會聽說過一種自頂向下的產品開發方法,這個方法很有效,多數產品的開發方法都是遵循這個思想,大概就是從初的可行性分析,然后概要設計、詳細設計,編碼,測試等等。

              除此之外呢,還有一種開發方法就是‘快速原型’,這個是微軟采用的一種方法,簡而言之呢,快速原型是個逐漸迭代的方法,就是說讓產品盡快把雛形開發出來,然后逐漸清晰,一步步走向成熟。
      在這里我們把快速原型法用到學習上,它原來是種開發方法,我們這里借鑒過來,借鑒到框架學習的思想上。

              也就是說,我們掌握一定的基礎以后,就要去學習框架,當這個基礎框架清晰以后,再去學習更新更深入的框架知識,這樣一環套一環,環環相扣,終研究越來越深入,進而成為這個行業的專家。
              那么在嵌入式行業的工程師的職位其實也是這個樣子的,大家看一下:

              基本數字電路 + C語言 + 基礎框架知識  ----->  嵌入式驅動工程師

              數組結構+編譯原理   ------>  嵌入式驅動工程師

              計算機系統體系結構 + 操作系統(從抽象到具體)------->  系統架構工程師

              因為在個階段,你會發現,只要會C語言,有良好的編程功底就夠了,在工作的時候很少涉及到編譯原理、數據結構這些方面的知識,那么很多其他專業的畢業生,甚至原來學機械設計的同學都可以成為嵌入式驅動工程師。

              實際也是這樣,在大多數嵌入式技術公司,尤其是應用產品開發的公司,只要了解基本的Linux架構的知識,并且能夠編寫字符類的驅動程序就夠了。因為像網絡設備驅動以及塊設備驅動,基本都有個DEMO設計,只要參考這個DEMO做就可以,根本不需要我們做什么,如果說需要做的話,那也是改一下GPIO的設置,修改一下中斷的引腳,僅此而已。

              那么深入學習的話,分析操作系統源碼的時候就會發現,數據結構的知識逐漸排上用場,尤其是在某些專業公司,負責某個專用領域的時候,這時候可能會改寫操作系統的某部分代碼,來適應他們自己硬件的各種情況,將會深入分析某方面的技術,比如文件系統、網絡協議等,這個時候數據結構等方面知識就顯得很有用了。

              有了基礎的原型以后,通過繼續學習新的知識,逐漸使上一個層次,更精深的了解嵌入式技術,同時知識體系更加完備,可以做更高層次的工作了。

              應用這樣的學習方法,在學習過程中,也會使學習過程始終有目標,而且不會感覺枯燥,每天都會有成就感,從一開始就能抓住嵌入式系統的脈絡,只要付諸努力,持久學習下去,就能成為嵌入式行業的專家。
              我們總結下,我們要想比較快的掌握嵌入式技術,要應用框架學習的方法,在一定的知識基礎上就開始學習基礎的框架知識,這樣就很容易入門,隨著開發經驗的積累,再去學更深入的基礎知識,以及更深層次的框架知識。這樣相互迭代,直到能夠精通嵌入式技術。

              這個方法也充分說明計算機科學是個實驗科學。

              那么在學習過程中,要注意,不用學習過多的基礎,也就是說有了C語言和單片機的基礎就可以學習嵌入式的基本框架,然后就能夠成為一個合格的嵌入式工程師; 以后可以繼續深造,學習數據結構編譯原理操作系統等方面的知識,深入學習算法,從而再去學習Linux更深層次的框架結構,使得整體水平得到進一步的升華。

              現在我們總結一下,把學習嵌入式技術的路線圖跟大家澄清一下,那就是:

              單片機 + C語言 ----->  學習基礎框架知識(包括bootloadre,Linux內核、文件系統的編譯和燒寫  ----->  再去學習Linux上層應用的編程,以及字符設備的驅動,學完以后你就會覺得入門了,能做一些事情了----->  再深入學習計算機系統結構、數據結構、操作系統原理等等一些知識,通過分析Linux系統源碼,直到熟練掌握嵌入式編程技術。

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