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、嵌入式開發(fā)學(xué)習(xí)方法-框架學(xué)習(xí)法
嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法很多人都講過，相信大家在網(wǎng)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(xué)習(xí)有沒有捷徑呢？一種說法是可以速成，幾天就可以學(xué)會，我認(rèn)為速成的說法太夸張了，那是不可能的事情。
有些人講學(xué)習(xí)沒有捷徑，你必須經(jīng)過長期的努力，所謂功到自然成。但是學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)，如果說沒有好的方法那也是不對的，學(xué)習(xí)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(shí)際上這里是講的就是學(xué)習(xí)方法。
方法很重要，如果沒有方法，閉著眼亂學(xué)亂撞，肯定是不行的。就像我們?nèi)フ乙粋�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(dǎo)航，自然是更快更方便了。實(shí)際上，這就是方法的重要性。
那么在這里，我們來介紹一種學(xué)習(xí)方法，這種方法也是粵嵌公司多年培訓(xùn)和產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)所總結(jié)出來的。
大家可能會問了，粵嵌也做過嵌入式培訓(xùn)？實(shí)際上我們有很豐富的培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)。
我們覺得，‘框架學(xué)習(xí)法’是最適合初學(xué)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(xué)習(xí)，快速原型。那么這里面的主導(dǎo)思想呢，就是從一開始就要看到嵌入式系統(tǒng)知識領(lǐng)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(zhuǎn)來轉(zhuǎn)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(xué)習(xí)一下，了解下北航在什么地方，鳥巢在什么地方，香山八達(dá)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(chǔ)，比如我們要知道鳥巢的來歷，明白八達(dá)嶺是怎么回事，實(shí)際上這些就是基礎(chǔ)知識。也就是說我們在學(xué)習(xí)系統(tǒng)框架之前要具備一定的基礎(chǔ)，否則這張地圖也是看不懂的。
學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)也是需要一定的基礎(chǔ)的，一會兒我們專門講需要什么樣的基礎(chǔ)。
接下來如果我們想進(jìn)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(xì)一步呢，還可以進(jìn)一步研究故宮本身的地圖。
那么這樣一環(huán)套一環(huán)。經(jīng)過不斷的研究，逐漸就會掌握這座城市的地理、文化、政治經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。
通過了解北京城這個簡要的例子，運(yùn)用框架學(xué)習(xí)法，在對不同層次的框架的學(xué)習(xí)過程中，逐漸了解和掌握整個系統(tǒng)。
如果我們不注意方法，每天在胡同里面來回轉(zhuǎn)悠，肯定是事倍功半，將在很長時間不得要領(lǐng)。
2、嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)的框架
學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)。
那么這個方法就是框架學(xué)習(xí)法，剛才我們也講了，首先在了解這個基礎(chǔ)框架之前我們要有一定的基礎(chǔ)，那么這個基礎(chǔ)呢就是單片機(jī)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(jì)算機(jī)專業(yè)的編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，這些知識實(shí)際上還不太需要，了解一下就可以了。
有了C語言編程基礎(chǔ)，并且學(xué)過單片機(jī)，這個時候就可以學(xué)習(xí)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(tǒng)，接下來簡單介紹一下。
什么是BootLoader呢？
實(shí)際上它是個引導(dǎo)程序，也就是硬件復(fù)位以后第一個要執(zhí)行的程序，它主要工作就是初始化操作系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境，比如說內(nèi)存、定時器、緩沖器等，當(dāng)這個工作做完以后，再把操作系統(tǒng)的代碼加載到內(nèi)存，然后操作系統(tǒng)就可以啟動并執(zhí)行，到此為止，bootloader的任務(wù)就完成了。
那么有人問了，沒有bootloader行不行呢，可以的！但是呢，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)本身一般是個通用的軟件，它要在不同的平臺上運(yùn)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(tǒng)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(fù)雜。除此之外，也有其他方面的原因，比如燒寫系統(tǒng)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(fā)板用的是Uboot。
什么是Kernel呢？
Kernel就是Linux的內(nèi)核，也就是說Linux操作系統(tǒng)本身的代碼。那么U-BOOT啟動到最后，就是把它加載到內(nèi)存，并且跳轉(zhuǎn)到Kernel來執(zhí)行。
什么是文件系統(tǒng)呢？
現(xiàn)在我們來介紹一下文件系統(tǒng)，這里需要了解一個事實(shí)，就是說Linux啟動到最后一定要掛載一個文件系統(tǒng)。這個是Linux的一個特點(diǎn)，它不像其他操作系統(tǒng)，比如像VxWorks，是不需要文件系統(tǒng)的，VxWORKS沒有文件系統(tǒng)也可以運(yùn)行。 而且還需要了解一點(diǎn)，像QT系統(tǒng)、Android、以及Ubuntu系統(tǒng)它們的底層都是Linux內(nèi)核，不同的是她們的文件系統(tǒng)不一樣，也就是說，Android系統(tǒng)相關(guān)的一些代碼，比如說圖形界面系統(tǒng)、Android的虛擬機(jī)，Android的框架代碼都在Linux最后掛的文件系統(tǒng)里面。 如果大家理解了這點(diǎn)，那么這幾個系統(tǒng)的基本架構(gòu)也就清楚了。
搞清楚了這幾個概念，實(shí)際我們就了解了Linux系統(tǒng)最基本的框架，然后呢我們根據(jù)開發(fā)板配套的資料，去學(xué)習(xí)如何編譯這幾個文件，因?yàn)橄馯boot、Kernel、文件系統(tǒng)，最后編譯生成出來分別是一個獨(dú)立的文件，就是說會生成三個文件，最后我們要學(xué)會把這幾個文件燒寫到板子上。
學(xué)會了編譯和燒寫，接下來呢，我們在這個框架的基礎(chǔ)上，去學(xué)習(xí)如何做Linux上面的應(yīng)用程序。
什么是應(yīng)用程序（APP）呢？這也是框架的內(nèi)容，它是跑在操作系統(tǒng)上面，通過調(diào)用操作系統(tǒng)的資源去工作，是最終的業(yè)務(wù)邏輯，比如我們Windows上面有很多的應(yīng)用程序，比如QQ、暴風(fēng)影音、WORD、EXEL等，各種各樣APP有很多。
根據(jù)我們后期的視頻教程，大家應(yīng)該很快就能學(xué)會，比如說串口程序、網(wǎng)絡(luò)程序等等，這些都是應(yīng)用程序，我們不需要做太多，學(xué)習(xí)幾個加深一下對框架的認(rèn)識就可以了。
再接下來，我們就需要學(xué)習(xí)Linux驅(qū)動方面的一些知識了，這也是在基礎(chǔ)框架里面的，驅(qū)動程序可以看成是操作系統(tǒng)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(qū)動包括有三種：字符設(shè)備、塊設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
這個時候呢，大家要注意，只需要學(xué)習(xí)字符類設(shè)備驅(qū)動，其他兩種先不要去管。一定要記住，最初學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的時候不要去研究塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。也就是說，把字符類設(shè)備搞明白就可以了。因?yàn)橐话愕墓鹃_發(fā)嵌入式的產(chǎn)品僅限于字符設(shè)備的開發(fā)，掌握字符設(shè)備的框架思想和開發(fā)步驟就能夠勝任了。至于塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，直接用開發(fā)板或者某個開發(fā)平臺本身提供的驅(qū)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?nèi)ネ瓿桑@些處理器研發(fā)的廠家在為處理器開發(fā)配套BSP的時候才會涉及這些工作。
當(dāng)然了，有的同學(xué)可能會講，某某公司就是在做塊設(shè)備驅(qū)動，我的意思是講，從嵌入式這個行業(yè)總體上來講，大多數(shù)公司都不需要那么做，很多技術(shù)都是直接拿來用。我們掌握了字符設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)方法，已經(jīng)能夠應(yīng)付大多數(shù)公司的開發(fā)要求，對于一個還沒有入門的學(xué)生來講，一定要按照我說的辦法來學(xué)習(xí)。
等將來熟練掌握基本技能以后，可以根據(jù)框架學(xué)習(xí)的方法，再去研究更深入的編程。這個時候，那些計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程，比如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、各種算法等等就可以派上用場了，自己的水平也會在學(xué)習(xí)的過程中再次升華。
學(xué)習(xí)字符類設(shè)備驅(qū)動，請跟著粵嵌的視頻去學(xué)習(xí)LED的驅(qū)動編寫方法，以及蜂鳴器、AD轉(zhuǎn)換等這些跟GPIO相關(guān)的驅(qū)動開發(fā)技巧。
掌握了這些，可以講，我們已經(jīng)成為了一個比較合格的嵌入式驅(qū)動工程師！
這個時候我進(jìn)一步介紹一下什么是快速原型，如果學(xué)過軟件工程的話，那么大家會聽說過一種自頂向下的產(chǎn)品開發(fā)方法，這個方法很有效，多數(shù)產(chǎn)品的開發(fā)方法都是遵循這個思想，大概就是從最初的可行性分析，然后概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)，編碼，測試等等。
除此之外呢，還有一種開發(fā)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(chǎn)品盡快把雛形開發(fā)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(xué)習(xí)上，它原來是種開發(fā)方法，我們這里借鑒過來，借鑒到框架學(xué)習(xí)的思想上。
也就是說，我們掌握一定的基礎(chǔ)以后，就要去學(xué)習(xí)框架，當(dāng)這個基礎(chǔ)框架清晰以后，再去學(xué)習(xí)更新更深入的框架知識，這樣一環(huán)套一環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，最終研究越來越深入，進(jìn)而成為這個行業(yè)的專家。
那么在嵌入式行業(yè)的工程師的職位其實(shí)也是這個樣子的，大家看一下：
基本數(shù)字電路 + C語言 + 基礎(chǔ)框架知識 -----> 嵌入式驅(qū)動工程師
數(shù)組結(jié)構(gòu)+編譯原理 ------> 高級嵌入式驅(qū)動工程師
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) + 操作系統(tǒng)（從抽象到具體）-------> 系統(tǒng)架構(gòu)工程師
因?yàn)樵诘谝粋�階段，你會發(fā)現(xiàn)，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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這些方面的知識，那么很多其他專業(yè)的畢業(yè)生，甚至原來學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)的同學(xué)都可以成為嵌入式驅(qū)動工程師。
實(shí)際也是這樣，在大多數(shù)嵌入式技術(shù)公司，尤其是應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)的公司，只要了解基本的Linux架構(gòu)的知識，并且能夠編寫字符類的驅(qū)動程序就夠了。因?yàn)橄窬W(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動以及塊設(shè)備驅(qū)動，基本都有個DEMO設(shè)計(jì)，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(shè)置，修改一下中斷的引腳，僅此而已。
那么深入學(xué)習(xí)的話，分析操作系統(tǒng)源碼的時候就會發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識逐漸排上用場，尤其是在某些專業(yè)公司，負(fù)責(zé)某個專用領(lǐng)域的時候，這時候可能會改寫操作系統(tǒng)的某部分代碼，來適應(yīng)他們自己硬件的各種情況，將會深入分析某方面的技術(shù)，比如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，這個時候數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面知識就顯得很有用了。
有了基礎(chǔ)的原型以后，通過繼續(xù)學(xué)習(xí)新的知識，逐漸使上一個層次，更精深的了解嵌入式技術(shù)，同時知識體系更加完備，可以做更高層次的工作了。
應(yīng)用這樣的學(xué)習(xí)方法，在學(xué)習(xí)過程中，也會使學(xué)習(xí)過程始終有目標(biāo)，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(tǒng)的脈絡(luò)，只要付諸努力，持久學(xué)習(xí)下去，就能成為嵌入式行業(yè)的專家。
最后我們總結(jié)下，我們要想比較快的掌握嵌入式技術(shù)，要應(yīng)用框架學(xué)習(xí)的方法，在一定的知識基礎(chǔ)上就開始學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的框架知識，這樣就很容易入門，隨著開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的積累，再去學(xué)更深入的基礎(chǔ)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(shù)。
這個方法也充分說明計(jì)算機(jī)科學(xué)是個實(shí)驗(yàn)科學(xué)。
那么在學(xué)習(xí)過程中，要注意，不用學(xué)習(xí)過多的基礎(chǔ)，也就是說有了C語言和單片機(jī)的基礎(chǔ)就可以學(xué)習(xí)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(xù)深造，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編譯原理操作系統(tǒng)等方面的知識，深入學(xué)習(xí)算法，從而再去學(xué)習(xí)Linux更深層次的框架結(jié)構(gòu)，使得整體水平得到進(jìn)一步的升華。
現(xiàn)在我們總結(jié)一下，把學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的路線圖跟大家澄清一下，那就是：單片機(jī)+C語言----->學(xué)習(xí)基礎(chǔ)框架知識（包括bootloadre，Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)的編譯和燒寫----->再去學(xué)習(xí)Linux上層應(yīng)用的編程，以及字符設(shè)備的驅(qū)動，學(xué)完以后你就會覺得入門了，能做一些事情了-----> 再深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)原理等等一些知識，通過分析Linux系統(tǒng)源碼，直到熟練掌握嵌入式編程技術(shù)。
3、關(guān)于裸機(jī)程序和仿真
有些用戶希望通過ARM開發(fā)板來學(xué)裸機(jī)程序，其實(shí)我們不建議這樣做，在ARM上做一些裸機(jī)程序，不是不可以，而是沒有太多價(jià)值，因?yàn)槁銠C(jī)程序根本發(fā)揮不了ARM處理器的性能，只有運(yùn)行了操作系統(tǒng)才能夠充分挖掘ARM處理器的優(yōu)勢，更能夠保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。
如果真的想學(xué)習(xí)裸機(jī)程序，單片機(jī)就夠了。從架構(gòu)上來講，單片機(jī)和ARM是一樣的，都是CPU，而且編程思想也沒有多少區(qū)別，只不過ARM速度太快了，只有在上面跑操作系統(tǒng)，并使用多任務(wù)的編程方法才能最大化的發(fā)揮ARM處理器的優(yōu)勢。
在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)時也是這樣，幾乎沒有拿ARM跑裸機(jī)的方式來開發(fā)產(chǎn)品的。如果用裸機(jī)方式來編程，推薦使用單片機(jī)，這樣整體成本也會小很多，事實(shí)上也是這樣的。
早期的時候，我們在ARM上也做過很多裸機(jī)程序，并且用仿真器來調(diào)試；很多人，尤其從單片機(jī)轉(zhuǎn)過來的人，都希望學(xué)習(xí)下這種技術(shù)，因?yàn)樗麄兏杏X裸機(jī)程序更親切，而直接用操作系統(tǒng)覺得很不踏實(shí)，不能夠完全掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況；其實(shí)呢這種想法是不對的。我們必須在抽象的層次上來開發(fā)產(chǎn)品，逐漸轉(zhuǎn)變觀念，不能說開發(fā)一款產(chǎn)品，就一定要對每個程序的細(xì)節(jié)都非常清楚，應(yīng)該學(xué)會在操作系統(tǒng)這個抽象的軟件上來開發(fā)產(chǎn)品，這樣做才符合潮流，也是產(chǎn)品發(fā)展以及個人發(fā)展必須轉(zhuǎn)變的思路和觀念。
因?yàn)槲覀兛吹教嗟淖鰡纹瑱C(jī)開發(fā)的工程師很難能轉(zhuǎn)到嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)當(dāng)中來，恐怕觀念的轉(zhuǎn)變可以說是最大的障礙，希望引起大家的注意。 |
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