如何學(xué)習嵌入式軟件

　　什么是嵌入式?

　　嵌入式分為廣義和狹義兩種。廣義的嵌入式就是片上系統(system on a chip)，包括單片機、PSOC、NIOS、Microblaze等。而狹義的嵌入式就是ARM9、cortex A8等特定的跑操作系統的芯片。這里主要介紹狹義嵌入式的學(xué)習路線(xiàn)。

　　還是主流的方法，先學(xué)會(huì )使用它，再深入研究底層。

　　常用的嵌入式操作系統有Linux、WIN CE、安卓、Vxworks、QNX、OSE等，目前資料最多的是linux，所以下面以linux為例。

　　一、安裝虛擬機和Linux系統。

　　一般人用的電腦都會(huì )裝Windows系統，要想在Windows上跑其它系統，得安裝虛擬機。而目前主流的虛擬機有vmware、VirtualBox、hyperV等，你可以隨便選一個(gè)安裝。然后去官網(wǎng)下載個(gè)人版的Linux鏡像(.iso文件)并把它安裝在虛擬機里面即可，這里給出主流Linux系統的官網(wǎng)鏈接：ubuntu、fedora、centos、debian、suse。如果你沒(méi)有用過(guò)linux的話(huà)，推薦使用ubuntu。因為RedHat要收費，并改名為RHEL，所以這里不作介紹。

　　先下載一本《鳥(niǎo)哥私房菜》。然后進(jìn)入第二、三、四階段(前期的學(xué)習不需要開(kāi)發(fā)板)。

　　二、學(xué)會(huì )使用Linux常用命令。

　　這里，必須改改在Windows下點(diǎn)鼠標的習慣，在linux下做事得用命令行。此外，在Linux下載軟件，不需要在百度下載，而是用linux自帶的軟件包管理工具(如：apt-get、dnf、rpm等)。如果你用ubuntu的話(huà)，得修改軟件源(下載軟件的網(wǎng)址)，因為國外的源比較慢，百度上有詳細說(shuō)明。接下來(lái)，得學(xué)會(huì )最基本的命令，如：ls、cd、find、grep、ps、diff、fdisk、ifconfig等。跟著(zhù)教材多操作幾遍就會(huì )了，沒(méi)有很深的理論知識，不需要掌握所有的命令，也不需要記住所有命令的選項，用到的時(shí)候會(huì )查就可以了。有空的話(huà)可以上ubuntu社區或者linux公社。

　　三、學(xué)會(huì )使用Linux常用工具。

　　1、編輯器(寫(xiě)代碼必備的)。有g(shù)edit,vim,emacs,sublime等，推薦學(xué)vim。

　　2、gcc和gdb。gcc是編譯器，gdb就是代碼調試器。

　　3、makefile、autoconf、automake。這里可不像VC++6.0這種工具，點(diǎn)個(gè)鼠標就給你編譯好。在Linux下，你得用makefile和make工具，來(lái)編譯代碼。其中autoconf和automake可以自動(dòng)生成makefile。

　　4、ssh、tftp。如果你在A(yíng)RM開(kāi)發(fā)板上弄了個(gè)Web服務(wù)器，那么，你就可以用這些工具去訪(fǎng)問(wèn)它。其中，ssh工具建議用SecureCRT或者M(jìn)obaXterm。

　　5、samba。要想用Linux跟windows交換數據，還可以搭建samba服務(wù)器。

　　6、版本控制器。有svn,cvs,git等，推薦學(xué)git。有了git，你就不必手動(dòng)備份代碼了。

　　7、串口調試助手。推薦serials。其它的，比如：minicom，cutecom，picocom都不好用。

　　四、學(xué)會(huì )編寫(xiě)shell腳本。

　　在實(shí)際工作中，復雜的系統管理操作，不會(huì )一行一行地敲命令，而是用腳本(命令是基礎)。腳本也是一種編程語(yǔ)言，只不過(guò)是解釋型語(yǔ)言。相比C/C++、C#、JAVA這類(lèi)高級語(yǔ)言，腳本要易學(xué)很多(因為增加了語(yǔ)法糖)。在Linux下，shell也有很多種，如：bsh、bash、csh、tcsh、ksh、zsh等，一般是學(xué)bash，其它的遇到再學(xué)也不遲，因為都是大同小異的。此外，bash語(yǔ)法比較奇特，很多符號(如：$#,$0,$?等)比較難記，不過(guò)也沒(méi)必要特意去死記它，有個(gè)印象就可以了，用到的話(huà)再查手冊，這里重點(diǎn)掌握正則表達式。如果有時(shí)間的話(huà)，建議再學(xué)python腳本，python的語(yǔ)法要容易很多，用途也比bash廣很多。推薦《Shell腳本編程訣竅》。

　　五、學(xué)會(huì )Linux下C編程。

　　盡管學(xué)會(huì )bash已經(jīng)能做很多事情了，但是驅動(dòng)和內核開(kāi)發(fā)還是用C語(yǔ)言，因為那時(shí)候系統還沒(méi)起來(lái)，bash是用不了的。此外，C語(yǔ)言的執行效率比bash要高，網(wǎng)絡(luò )編程的Socket也常常用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。在這里，得掌握基本的文件操作、進(jìn)程/線(xiàn)程控制、Socket等。推薦《Linux環(huán)境C程序設計》、《UNIX環(huán)境高級編程》、《UNIX網(wǎng)絡(luò )編程 卷1》、《UNIX網(wǎng)絡(luò )編程 卷2》，或許這些教材有點(diǎn)難，但是，請不要鉆牛角尖，不懂的暫時(shí)跳過(guò)，在學(xué)完下一階段的理論之后，再來(lái)看，之前不懂的東西就變得容易。

　　六、增強理論知識。

　　因為有的人打著(zhù)嵌入式硬件工程師的名號裝逼，其實(shí)嵌入式硬件就是普通硬件工程師做的工作。我們這里都是討論軟件方面的內容，而且嵌入式是以軟件為主導的(工資上有較大差距)。如果對硬件感興趣的，可以參考本博客《如何學(xué)習硬件設計——理論篇》和《如何學(xué)習硬件設計——實(shí)踐篇》，這里不要求掌握硬件，有一定程度的了解即可。

　　1、單片機。具體的學(xué)習路線(xiàn)請參考本博客的《如何學(xué)習單片機》。不想學(xué)單片機的話(huà)，可以學(xué)計算機組成原理。

　　2、數據結構。主要掌握表和樹(shù)，其中鏈表會(huì )在操作系統的調度算法中用到。

　　3、操作系統。全部都是重點(diǎn)，必須深入研究，才會(huì )對Linux有個(gè)較全面的認識。

　　4、編譯原理。有時(shí)間的話(huà)，最好多看看，沒(méi)空的話(huà)，也得了解一下。對于提高編程能力，有一定的幫助。

　　5、數據庫。除了基本的數據庫理論之外，還得掌握SQLite或者Oracle。

　　6、ARM體系結構。介紹ARM的架構和指令集，在移植uboot和驅動(dòng)中會(huì )用到，不做這兩項工作的話(huà)，可以不學(xué)。

　　7、計算機網(wǎng)絡(luò )基礎。開(kāi)發(fā)中用到的tcp、udp、ssh、tftp、http、rtp就會(huì )涉及到網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的知識，也就是socket套接字編程。

　　8、接口應用。如：串口、zmodem、IIC、SPI、1-wire、USB、HDMI、CAN、IIS、PCIE、藍牙、陀螺儀等。

　　學(xué)完上面這些理論之后，得再復習一下linux下C編程，你會(huì )有更大的收獲。

　　先下載一本韋東山的《嵌入式Linux應用開(kāi)發(fā)完全手冊》，還要買(mǎi)一塊2440的開(kāi)發(fā)板(雖然s3c2440已經(jīng)停產(chǎn)，但是這芯片依照是資料最多的一塊)，然后進(jìn)入七、八、九、十階段。其中第七、八、九階段，使用開(kāi)發(fā)板自帶的bootloader即可，暫時(shí)不必研究它。

　　七、文件系統。

　　在學(xué)習操作系統原理的時(shí)候，已經(jīng)有介紹文件系統了，而且不需要深入研究文件系統的具體算法，只需要了解其特性再學(xué)會(huì )使用它就可以了。如：NFS、FAT32、NTFS、yaffs2、ext4、ZFS等。

　　八、內核裁剪。

　　一般初學(xué)，可以先掌握內核剪裁(具體工作就是填寫(xiě)若干個(gè)選項)。剪裁只是去掉內核部分不需要的功能，以減少代碼體積。這里只要求你對內核的各個(gè)功能選項都很熟悉就可以了。如果剪裁還不能滿(mǎn)足要求的話(huà)，得閱讀內核源碼，修改內核了。推薦《Understanding the Linux Kernel》和《Linux Kernel Development》。閱讀內核源碼，推薦windows下的source insight或者eclipse。

　　九、驅動(dòng)開(kāi)發(fā)。

　　由于系統還沒(méi)起來(lái)，所以驅動(dòng)能用到的API(內核的部分API，如：kprintk、kmalloc等)并不多，很多函數還是得自己寫(xiě)的，其中，會(huì )經(jīng)常訪(fǎng)問(wèn)臨界資源，所以得掌握自旋鎖、睡眠鎖。此外，驅動(dòng)程序出問(wèn)題的話(huà)，整個(gè)系統就掛掉了，所以還要掌握各種調試驅動(dòng)的方法，如：goto語(yǔ)句、日志系統、KDB等。接下來(lái)就要熟悉掌握字符設備和塊設備的驅動(dòng)程序了。推薦《小白的博客》和《Linux Device Drivers》(不建議看中文版)。

　　十、移植bootloader。

　　單片機也有bootloader，在keil C下的startup.a51，主要是做一些初始化工作。那么，在A(yíng)RM上面的bootloader也是一樣的功能，同樣，也沒(méi)有那么重要所以把它排在后面。常用的bootloader有vivi和uboot，一般學(xué)習uboot，主要掌握uboot的啟動(dòng)流程和移植。在經(jīng)過(guò)前面的學(xué)習，那么uboot對你來(lái)說(shuō)已經(jīng)非常容易的了，一般只需要學(xué)會(huì )使用uboot或者用已經(jīng)移植好的uboot，不需要深入研究它。推薦看uboot自帶的幫助文檔以及《深入理解BootLoader》。閱讀uboot源碼，推薦windows下的source insight或者eclipse。

　　十一、圖形界面開(kāi)發(fā)。

　　常用的GUI圖形庫有：GTK++、QT、JAVA、安卓等。有C++基礎的，建議學(xué)習QT，不會(huì )C++的，建議學(xué)JAVA。在前期的GUI開(kāi)發(fā)，可以不需要使用開(kāi)發(fā)板，而2440下適合跑QT，如果要跑JAVA、安卓的話(huà)，建議換一塊開(kāi)發(fā)板，可以考慮Exynos4412開(kāi)發(fā)板。此外，你還可以用python自帶的TKinter來(lái)開(kāi)發(fā)圖形界面。推薦《QT5編程入門(mén)》、《瘋狂JAVA講義》、《瘋狂Android講義》、《python編程入門(mén)》。

　　因為安卓系統是在Linux的基礎上封裝了一層API，所以，如果做安卓驅動(dòng)，就得掌握Linux(上面前十個(gè)階段)。如果只做安卓app，你只需要使用android studio或者eclipse配合安卓模擬器(最好用安卓手機)，就可以了，不需要學(xué)習Linux，也不需要開(kāi)發(fā)板。

　　在你做過(guò)幾個(gè)GUI項目之后，再學(xué)習UML和設計模式，這會(huì )大大增強你的代碼架構能力。

　　十二、Web開(kāi)發(fā)。

　　有的時(shí)候得在A(yíng)RM板上搭個(gè)Web服務(wù)器，這里，得學(xué)習HTML、CSS、Javascript、XML、Ajax、PHP等?？雌饋?lái)內容很多，但其實(shí)并不多，因為這些語(yǔ)言都很容易上手。初學(xué)可以使用Adobe的Dreamweaver做開(kāi)發(fā)，上手之后一個(gè)sublime text配合firefox瀏覽器就可以了(還要學(xué)習MVC模式)。此外，還得會(huì )用bash或者python編寫(xiě)CGI程序，這樣才可以在網(wǎng)頁(yè)上調用到底層的C語(yǔ)言接口。推薦《瘋狂HTML 5/CSS3/JavaScript講義》。

　　十三、雜談。

　　本文沒(méi)有涉及流程圖繪制軟件、文檔生成工具等(這兩個(gè)東西在工作中會(huì )經(jīng)常用到)。

　　由上文可知，嵌入式軟件涉及很多計算機相關(guān)的知識，這對于電子專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，無(wú)疑相當于跨專(zhuān)業(yè)那么大難度。此外，就算你掌握了上面所提及的知識，那也只是打開(kāi)一扇小小的窗戶(hù)而已，還有很多事情做不了的。比如：二維碼識別、視頻采集卡等。

　　BTW，嵌入式的工作也分成幾個(gè)崗位，分別是系統工程師、驅動(dòng)工程師、軟件工程師(負責網(wǎng)頁(yè)或GUI開(kāi)發(fā))、UI工程師(又稱(chēng)美工)。

　　系統工程師：熟悉操作系統的內核原理、熟讀內核源碼。主要職責為系統打補丁或者添加新功能，如：熱升級、提高系統的容錯性等。一般的公司是不做這種開(kāi)發(fā)的。

　　驅動(dòng)工程師：熟悉各種外設的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)，為內核和GUI提供接口。由于很多IC廠(chǎng)商提供了相關(guān)芯片的驅動(dòng)程序，而導致很多驅動(dòng)工程師下崗(需求量減少)。

　　軟件工程師：熟悉各種編程語(yǔ)言和GUI圖形庫、框架(不是會(huì )查文檔就可以的，而是要求非常熟悉框架)。由于項目需求經(jīng)常變更，開(kāi)發(fā)效率跟不上變化，所以軟件工程師的需求量大大增加。

　　UI工程師：主要負責美化界面。美術(shù)特長(cháng)生更適合這類(lèi)工作。

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