如何學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)（基于ARM平臺(tái)）

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2010-7-21 14:44 上傳

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如何學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)

（基于ARM平臺(tái)）

【自我學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)載】

前言
網(wǎng)上看到眾多網(wǎng)友都問了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)方面的很多問題，很多都可在這里找到答案，希望我的這篇文章能給他們以啟發(fā)。
一、嵌入式系統(tǒng)的概念

著重理解“嵌入”的概念  
主要從三個(gè)方面上來理解。
1、從硬件上，將基于CPU的處圍器件，整合到CPU芯片內(nèi)部，比如早期基于X86體系結(jié)構(gòu)下的計(jì)算機(jī)，CPU只是有運(yùn)算器和累加器的功能，一切芯片要造外部橋路來擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，象串口之類的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片實(shí)現(xiàn)，而目前的這種串口控制器芯片早已集成到CPU內(nèi)部，還有PC機(jī)有顯卡，而多數(shù)嵌入式處理器都帶有LCD控制器，但其種意義上就相當(dāng)于顯卡。比較高端的ARM類Intel Xscale架構(gòu)下的IXP網(wǎng)絡(luò)處理器CPU內(nèi)部集成PCI控制器（可配成支持4個(gè)PCI從設(shè)備或配成自身為CPI從設(shè)備）；還集成3個(gè)NPE網(wǎng)絡(luò)處理器引擎，其中兩個(gè)對應(yīng)于兩個(gè)MAC地址，可用于網(wǎng)關(guān)交換用，而另外一個(gè)NPE網(wǎng)絡(luò)處理器引擎支持DSL，只要外面再加個(gè)PHY芯片即可以實(shí)現(xiàn)DSL上網(wǎng)功能。IXP系列最高主頻可以達(dá)到1.8G，支持2G內(nèi)存，1G×10或10G×1的以太網(wǎng)口或Febre channel的光通道。IXP系列應(yīng)該是目標(biāo)基于ARM體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下由intel進(jìn)行整合后成Xscale內(nèi)核的最高的處理器了。
2、從軟件上前，就是在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核里將應(yīng)用一并選入，編譯后將內(nèi)核下載到ROM中。而在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)所選擇的應(yīng)用程序組件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內(nèi)核定制時(shí)，會(huì)有相應(yīng)選擇，其中就是wordpad,PDF,MediaPlay等等選擇，如果我們選擇了，在CE啟動(dòng)后，就可以在界面中找到這些東西，如果是以前PC上將的windows操作系統(tǒng)，多半的東西都需要我們得新再裝。
3、把軟件內(nèi)核或應(yīng)用文件系統(tǒng)等東西燒到嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)中的ROM中就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)真正的“嵌入”。
以上的定義是我在6、7年前給嵌入式系統(tǒng)下自話側(cè)重于理解型的定義，書上的定義也有很多，但在這個(gè)領(lǐng)域范圍內(nèi)，誰都不敢說自己的定義是十分確切的，包括那些專家學(xué)者們，歷為畢竟嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)范疇下的一門綜合性學(xué)科
二、嵌入式系統(tǒng)的分層與專業(yè)的分類。
嵌入式系統(tǒng)分為４層，硬件層、驅(qū)動(dòng)層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。  

1、硬件層，是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機(jī)及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語言來編程的話，從嵌入式系統(tǒng)的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅(qū)動(dòng)層的基礎(chǔ)，一個(gè)優(yōu)秀的驅(qū)動(dòng)工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設(shè)計(jì)的，同時(shí)還要對操作系統(tǒng)內(nèi)核及其調(diào)度性相當(dāng)?shù)氖煜さ摹５�硬件平臺(tái)是基礎(chǔ)，增值還要靠軟件。
硬件層比較適合于，電子、通信、自動(dòng)化、機(jī)電一體、信息工程類專業(yè)的人來搞，需要掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)有，單片機(jī)原理及接口技術(shù)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、C語言。
2、驅(qū)動(dòng)層，這部分比較難，驅(qū)動(dòng)工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統(tǒng)內(nèi)核十分的精通，以便其所寫的驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，不會(huì)獨(dú)占操作系統(tǒng)時(shí)間片，而導(dǎo)至其它任務(wù)不能動(dòng)行，不懂操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)和實(shí)時(shí)調(diào)度性，沒有良好的驅(qū)動(dòng)編寫風(fēng)格，按大多數(shù)書上所說添加的驅(qū)動(dòng)的方式，很多人都能做到，但可能連個(gè)初級(jí)的驅(qū)動(dòng)工程師的水平都達(dá)不到，這樣所寫的驅(qū)動(dòng)在應(yīng)用調(diào)用時(shí)就如同windows下我們打開一個(gè)程序運(yùn)行后，再打開一個(gè)程序時(shí)，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會(huì)才能運(yùn)行后來打開的程序。想做個(gè)好的驅(qū)動(dòng)人員沒有三、四年功底，操作系統(tǒng)內(nèi)核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統(tǒng)四層中可是最高的。
驅(qū)動(dòng)層比較適合于電子、通信、自動(dòng)化、機(jī)電一體、信息工程類專業(yè)尤其是計(jì)算機(jī)偏體系結(jié)構(gòu)類專業(yè)的人來搞，除硬件層所具備的基礎(chǔ)學(xué)科外，還要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、操作系統(tǒng)原理、編譯原理都要十分精通了解。
3、操作系統(tǒng)層，對于操作系統(tǒng)層目前可能只能說是簡單的移植，而很少有人來自已寫操作系統(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來，這部分工作大都由驅(qū)動(dòng)工程師來完成。操作系統(tǒng)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性十分重要。據(jù)說，XP操作系統(tǒng)是微軟投入300人用兩年時(shí)間才搞定的，總時(shí)工時(shí)是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統(tǒng)估計(jì)也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對來講沒有太大意義。
4、應(yīng)用層，相對來講較為容易的，如果會(huì)在windows下如何進(jìn)行編程接口函數(shù)調(diào)用，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開發(fā)環(huán)境有相應(yīng)的變化而已。如果涉及Jave方面的編程也是如此的。嵌入式系統(tǒng)中涉及算法的由專業(yè)算法的人來處理的，不必歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)范疇內(nèi)。但如果涉及嵌入式系統(tǒng)下面嵌入式數(shù)據(jù)庫、基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編程和基于某此應(yīng)用層面的協(xié)議應(yīng)用開發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復(fù)雜，并且有難度了。

三、目標(biāo)與定位。
先有目標(biāo)，再去定位。  
學(xué)ARM，從硬件上講，一方面就是學(xué)習(xí)接口電路設(shè)計(jì)，另一方面就是學(xué)習(xí)匯編和C語言的板級(jí)編程。如果從軟件上講，就是要學(xué)習(xí)基于ARM處理器的操作系統(tǒng)層面的驅(qū)動(dòng)、移植了。這些對于初學(xué)都來說必須明確,要么從硬件著手開始學(xué)，要么從操作系統(tǒng)的熟悉到應(yīng)用開始學(xué)，但不管學(xué)什么，只要不是純的操作系統(tǒng)級(jí)以上基于API的應(yīng)用層的編程，硬件的寄存器類的東西還是要能看懂的，基于板級(jí)的匯編和C編程還是要會(huì)的。因此針對于嵌入式系統(tǒng)的硬件層和驅(qū)動(dòng)程的人，ARM的接口電路設(shè)計(jì)、ARM的C語言和匯編語言編程及調(diào)試開發(fā)環(huán)境還是需要掌握的。
因此對于初學(xué)者必然要把握住方向，自己的目標(biāo)是什么，自己要在那一層面上走。然后再著手學(xué)習(xí)較好，與ARM相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)的較為實(shí)際的兩個(gè)層面硬件層和驅(qū)動(dòng)層，不管學(xué)好了那一層都會(huì)很有前途的。
如果想從嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用層面的走的話，可能與ARM及其它體系相去較遠(yuǎn)，要著重研究基嵌入式操作系統(tǒng)的環(huán)境應(yīng)用與相應(yīng)開發(fā)工具鏈，比如WinCe操作系統(tǒng)下的EVC應(yīng)用開發(fā)（與windows下的VC相類似），如果想再有突破就往某些音視頻類的協(xié)議上靠，比如VOIP領(lǐng)域的基于SIP或H.323協(xié)議的應(yīng)用層開發(fā)，或是基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)等等。
對于初學(xué)者來講，要量力而行，不要認(rèn)為驅(qū)動(dòng)層工資高就把它當(dāng)成方向了，要結(jié)合自身特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)四個(gè)層面上那個(gè)層面上來講都是有高人存在，當(dāng)然高人也對應(yīng)的高工資，我是做硬件層的，以前每月工資中個(gè)人所得稅要被扣上近3千大元，當(dāng)然我一方面充當(dāng)工程師的角色，一方面充當(dāng)主管及人物的角色，兩個(gè)職位我一個(gè)人干，但上班時(shí)間就那些。硬件這方面上可能與我PK的人很少了，才讓我拿到那么多的工資。
   
四、開發(fā)系統(tǒng)選擇。
很多ARM初學(xué)者都希望有一套自己能用的系統(tǒng)，但他們住住會(huì)產(chǎn)生一種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)就是認(rèn)為處理器版本越高、性能越高越好，就象很多人認(rèn)為ARM9與ARM7好，我想對于初學(xué)者在此方面以此入門還應(yīng)該理智，開發(fā)系統(tǒng)的選擇最終要看自己往嵌入式系統(tǒng)的那個(gè)方向上走，是做驅(qū)動(dòng)開發(fā)還是應(yīng)用，還是做嵌入式系統(tǒng)硬件層設(shè)計(jì)與板級(jí)測試。如果想從操作系統(tǒng)層面或應(yīng)用層面上走，不管是驅(qū)動(dòng)還是應(yīng)用，那當(dāng)然處理器性能越高越好了，但這個(gè)東西自學(xué)，有十分大的困難，不是幾個(gè)月或半年或是一年二年能搞定的事。
   　在某種意義上請，ARM7與9的差別就是在某些功能指令集上豐富了些，主頻提高一些而已，就比如286和386。對于用戶來講可能覺查不到什么，只能是感覺速度有些快而已。
　　ARM7比較適合于那些想從硬件層面上走的人，因?yàn)?/font>ARM7系列處理器內(nèi)部帶MMU的很少，而且比較好控制，就比如S3C44B0來講，可以很容易將Cache關(guān)了，而且內(nèi)部接口寄存器很容易看明白，各種接口對于用硬件程序控制或AXD單步命令行指令都可以控制起來，基于51單片機(jī)的思想很容易能把他搞懂，就當(dāng)成個(gè)32位的單片機(jī)，從而消除很多51工程師想轉(zhuǎn)為嵌入式系統(tǒng)硬件ARM開發(fā)工程師的困惑，從而不會(huì)被業(yè)界某此不是真正懂嵌入式爛公司帶到操作系統(tǒng)層面上去，讓他們望而失畏，讓業(yè)界更加缺少這方面的人才。
而嵌入式系統(tǒng)不管硬件設(shè)計(jì)還是軟件驅(qū)動(dòng)方面都是十分注重接口這部分的，選擇平臺(tái)還要考察一個(gè)處理器的外部資源，你接觸外部資源越多，越熟悉他們那你以后就業(yè)成功的機(jī)率就越高，這就是招聘時(shí)所說的有無“相關(guān)技能”，因?yàn)橐粋�(gè)人不可能在短短幾年內(nèi)把所有的處理器都接觸一遍，而招聘單位所用的處理器就可能是我們完全沒有見過的，就拿臺(tái)灣數(shù)十家小公司（市價(jià)幾千萬）的公司生產(chǎn)的ARM類處理器，也很好用，但這些東西通用性太差，用這些處理器的公司就只能招有相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)的人了，那什么是相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，在硬件上講的是外圍接口設(shè)計(jì)，在軟件上講是操作系統(tǒng)方面相關(guān)接口驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。我從業(yè)近十年，2000年ARM出現(xiàn)，我一天始做ARM7,然后直接跑到了Xscale（這個(gè)板本在ARM10-11之間），一做就是五年，招人面試都不下數(shù)百人，在這些方面還是深有體會(huì)的。
因此開發(fā)系統(tǒng)的選擇，要看自己的未來從來目標(biāo)方向、要看開發(fā)板接口資源、還要看業(yè)界的通用性。
五、如何看待培訓(xùn)。
國內(nèi)嵌入式人才缺乏，國外高校的技術(shù)超前于業(yè)界公司，而國內(nèi)情況是業(yè)界公司方面的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于高校。為架構(gòu)業(yè)界與高校溝通的橋梁，把先進(jìn)技能帶給高校學(xué)子，為學(xué)生在就業(yè)競爭中打造一張王牌，并為業(yè)界工程師快速提升實(shí)現(xiàn)自我創(chuàng)造機(jī)遇，我就這樣辭去了外企年薪20多萬的職位，做嵌入式系統(tǒng)方面的培訓(xùn)了。
對于培訓(xùn)來講，是花錢來買時(shí)間，很多工程師都喜歡自己學(xué)，認(rèn)為培訓(xùn)不值，這也是有可能的，純?yōu)橘嶅X的培訓(xùn)當(dāng)然不會(huì)太有價(jià)值，但對于實(shí)力型的培訓(xùn)他們可能就虧大了，有這樣一筆帳不知他們算過沒有，如果一個(gè)一周的培訓(xùn)，能帶給他們自學(xué)兩年后才能掌握的知識(shí)，在培訓(xùn)完后他們用三個(gè)月到半年時(shí)間消化培訓(xùn)內(nèi)容，這樣他會(huì)省約至少一年半的時(shí)間來學(xué)其它的或重新站在另一個(gè)高度上工作，那么他將最遲一年后會(huì)拿到他兩年后水平所對應(yīng)的工資，就是在工資與水平對應(yīng)的關(guān)系上比同批人縮短一年，每月按最少1千計(jì)，再減去培訓(xùn)費(fèi)用至少多1.0萬，同時(shí)也省了一年時(shí)間，不管是休閑也好，再繼續(xù)提高也好，總之是跑到了隊(duì)伍的前面了。
另一層面上講，對于新人的培訓(xùn)相當(dāng)于他們?yōu)樽约禾崆百I了份失業(yè)保險(xiǎn)，有師傅會(huì)帶領(lǐng)他們?nèi)氲溃�我今年暑假時(shí)班里最年輕的一個(gè)學(xué)生是大二的，今年才上大三，這學(xué)期才剛學(xué)單片機(jī)，但現(xiàn)在ARM方面的編程工作已經(jīng)搞得有聲有色了，再過一年多畢業(yè)，他還會(huì)失業(yè)嗎？
再者通過培訓(xùn)，你可以知道很多業(yè)界不為常人所知的事，同時(shí)也為自己找了個(gè)師傅，就比如說，兩個(gè)工程師分別用S3C2410和PXA255來做手持設(shè)備，同樣兩人都工作四年，再出去找工作，兩人工資可能最多可相差一倍，為什么？這就是業(yè)界不為常人所知的規(guī)則，2410屬于民品，被業(yè)界用爛了，做產(chǎn)品時(shí)成本特敏感，當(dāng)然也對人才成本敏感了，PXA255是intel的東西，一個(gè)255 CPU能買三個(gè)2410，一直被業(yè)界定義為貴族產(chǎn)品，用的公司都是大公司或?yàn)檐姺椒��?wù)的公司，不會(huì)在乎成本，只要把東西做好，一切都好說，但這方面做的人也少啊，因?yàn)殚_發(fā)系統(tǒng)貴啊。
對于說為自已找了個(gè)好師傅，我想是這樣的，因?yàn)橥��?jí)工程師間存在著某此潛在的競爭關(guān)系，有很多人不愿意把自己知道的東西教給別人，這意味著他將要失業(yè)，就是所說的教會(huì)徒弟，餓死師傅，但對于我們這些人就不存在這樣的關(guān)系了，我是在嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)上走到了一定程序，目前在國內(nèi)這塊的技術(shù)上已經(jīng)是自己很難再突破自己，因此很多東西我對大家都是OPEN的，就比如說下面那部分關(guān)于接口設(shè)計(jì)中所提到的時(shí)序接口東西，我要是不講，卻使是高級(jí)硬件工程師我想也幾乎只有10%的人能知道吧。

xubin_hh

學(xué)習(xí)ing。。。

xyang18

ding

hongsayang

THANKS

imeradio

支持一下~~~~~~~~~~~~

theorem

很有用，支持。。。

hbnd2008

先收下謝謝

421449016

嵌入式永遠(yuǎn)的痛

guankan2009

謝謝樓主！

spy007868

復(fù)制下來！！！！！！！！我自己好好學(xué)習(xí)！！！！！！！！！！！