怎样学习嵌入式软件开发

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2022-08-06 05:10 262阅读 0赞

怎样学习嵌入式开发  
在嵌入式软件方面最重要的课程包括：

(1) 嵌入式微处理器结构与应用：这是一门嵌入式硬件基础课程，我们说过，嵌入式是软硬件结合的技术，搞嵌入式软件的人应对ARM处理器工作原理和接口技术有充 分了解，包括ARM的汇编指令系统。若不了解处理器原理，怎么能控制硬件工作，怎么能写出节省内存又运行高速的最优代码（嵌入式软件设计特别讲究时空效 率），怎么能写出驱动程序（驱动程序都是与硬件打交道的）？很多公司招聘嵌入式软件人员时都要求熟悉ARM处理器，将来若同学到公司中从事嵌入式软件开 发，公司都会给你一本该设备的硬件规格说明书 (xxx Specification)，你必须能看懂其中的内存分布和端口使用等最基本的说明（就像x86汇编一样），否则怎么设计软件。有些同学觉得嵌入式处理 器课程较枯燥，这主要是硬件课程都较抽象的原因。还有同学对ARM汇编不感兴趣，以为嵌入式开发用C语言就足够了。其实不应仅是将汇编语言当成一个程序设 计语言，学汇编主要是为了掌握处理器工作原理的。一个不熟悉汇编语言的人，怎么能在该处理器写出最优的C语言代码。在嵌入式开发的一些关键部分，有时还必 须写汇编，如Bootloader等（可能还包括BSP）。特别是在对速度有极高要求的场合（如DSP处理器的高速图像采集和图像解压缩），目前还会用到 汇编写程序的,尽管用到的机会相对C要小得多。当你在一个嵌入式公司工作时，在查看描述原理的手册时，可能很多都是用汇编描述的，这是因为很多硬件设计人 员只会写或者喜欢用汇编描述，此时你就必须看懂汇编程序，否则软硬件人员可能就无法交流。很多嵌入式职位招聘时都要求熟悉汇编。

\[小 知识\] 目前嵌入式处理器常见的有ARM、PowerPC、MIPS、Motorola 68K、ColdFire(冷火)等，但ARM占据了绝对主流（有资料说手机中几乎90%都是ARM处理器）。ARM是一个只卖知识产权的公司，目前获得 购买了ARM CPU核授权许可的大公司很多，包括Intel、Samsung、Amstel、Motorola、Philip等，他们都在ARM CPU核的基础上进行了一些外围扩展，形成自己的处理器（如Samsung S3C2410，Motorola i.MXL9328等处理器都是采用ARM 9内核，指令一级是相同的）。而众多中小公司又购买了这些处理器，设计了各种各样的开发板，如华恒等国内很多著名嵌入式公司都生产基于SamsungS3C2410的开发板，供最终用户使用或供教学实验。在ARM这个食物链上，ARM公司是大鱼，Intel、Samsung等公司是小鱼，而华恒等则是 虾米，最终用户（我们这些要采购嵌入式开发板的）则是喂虾米的。Intel早期生产的是低端ARM(Strong ARM，相当于ARM 7),现在转向主要生产高端ARM(即Intel Xscale处理器,属于ARMv5家族，主要用在高端PDA上,如HP和DELL生产的PDA都采用Intel Xscale，价格较高)。目前应用最多的是ARM 7和ARM 9两类处理器。 ARM 7较便宜，可跑uclinux（是一个不支持高级内存管理功能的嵌入式Linux系统统）、Vxworks、uc/os II等实时操作系统，但因处理器不带内存管理单元MMU（无内存分页和地址映射机制，所以不能使用虚拟内存），所以不能跑WindowsCE，另外通用Linux中的某些内存管理功能也不能用在ARM 7上。ARM 9大都是一个带  
MMU功能的高端处理器，可跑WinCE或通用Linux的大多数功能。ARM7和ARM9的区别是在与体系结构上，前者是冯·诺伊曼结 构，后者是哈佛结构——指令和数据总线是分开的。以上是我的一点了解，可能有不对的地方。我们学院有十几套ARM 7开发系统（采用Samsung S3C44b0x开发板，主要用于嵌入式处理器结构、实时操作系统等课程实验用），ARM 9的系统好象也已经到了（采用的芯片我不知道也没去问），还有以前的十几套MPC860开发板（听说价格都很贵，很容易损坏），同学应爱护使用和珍惜这样 的实验机会。

(2) 嵌入式操作系统类课程  
除了WinCE的实时性稍差外，大多数嵌入式操作系统的实时性都很强,所以也可 称为实时操作系统Real TimeOperating System.从事嵌入式的人至少须掌握一个嵌入式操  
作系统(当然掌握两个更好),这在嵌入式的所有技术中是最为关键的了。目前最重要  
的RTOS主要包 括：第一类、传统的经典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系统，以及其Tornado开发平台。Vxworks因出现稍早， 实时性很强（据说可在1ms内响应外部事件请求），并内核可极微（据说最小可8K），可靠性较高等，所以在北美，Vxworks占据了嵌入式系统的多半 疆山。特别是在通信设备等实时性要求较高的系统中，几乎非Vxworks莫属。Vxworks的很多概念和技术都和Linux很类似，主要是C语言开发。 像Bell- alcatel、Lucent、华为等通信企业在开发产品时，Vxworks用得很多。但Vxworks因价格很高，所以一些小公司或小产品中往往用不 起。目前很多公司都在往嵌入式Linux转（听说华为目前正在这样转）。但无论如何，Vxworks在一段长时间内仍是不可动摇的。与Vxworks类似 的稍有名的实时操作系统还有pSOS、QNX、Nucleus等RTOS。

第二类、嵌入式Linux操作系统：Linux的前途除作为服务器操作系统外，最成功的便  
是在嵌入式领域的应用，原因当然是免费、开源、支持软件多、呼拥者众，这样嵌入式产品成本会低。Linux本身不是一个为嵌入式设计的操作系统，不是微内核的，并且实时性不强。

目前应用在嵌入式领域的Linux系统主要有两类：

一 类是专为嵌入式设计的已被裁减过的Linux系统，最常用的是uClinux（不带MMU功能），目前占较大应用份额，可在ARM7上跑；另一类是跑在 ARM 9上的，一般是将Linux2.4.18内核移植在其上，可使用更多的Linux功能（当然uClinux更可跑在ARM 9上）。很多人预测，嵌入式Linux预计将占嵌入式操作系统的50%以上份额，非常重要。缺点是熟悉Linux的人太少，开发难度稍大。另外，目前我们 能发现很多教材和很多大学都以ucOS/II为教学用实时操作系统，这主要是由于ucOS/II较简单，且开源，非常适合入门者学习实时操作系统原理，但 由于ucOS/II功能有限，实用用得较少。况且熟悉了Linux开发，不仅在嵌入式领域有用，对开发Linux应用软件，对加深操作系统的认识也有帮 助，可谓一举多得。据我所知，目前Intel、Philip都在大搞ARM+LINUX的嵌入式开发，Fujitum则是在自己的处理器上大搞Linux 开发。目前在嵌入式Linux领域，以下几个方面的人特别难找，一是能将Linux移植到某个新型号的开发版上；  
二是能写Linux驱动程序的人；

三是熟悉Linux  
内核裁减和优化的人。不过LINUX有一个硬伤，就是没有WINDOWS那样的友好方便美观的交互界面，不然微软帝国早就守不住了。

第 三类、 Windows CE嵌入式操作系统：Microsoft也看准了嵌入式的巨大市场，MS  
永远是最厉害的，WinCE出来只有几年时间，但目前已占据了很大市场份额，特别 是在PDA、手机、显示仪表等界面要求较高或者要求快速开发的场合，WinCE目前已很流行（据说有一家卖工控机的公司板子卖得太好，以至来不及为客户裁 减WinCE）。WinCE目前主要为4.2版（.NET)，开发平台主要为WinCE Platform Builder，有时也用EVC环境开发一些较上层的应用，由于WinCE开发都是大家熟悉的VC++环境，所以我院学过Windows程序设计课程的同 学都不会有多大难度，这也是WinCE容易被人们接受的原因，开发环境方便快速，微软的强大技术支持，WinCE开发难度远低于嵌入式Linux。对于急 于完成，不想拿嵌入式Linux冒险的开发场合，WinCE是最合适了（找嵌入式Linux的人可没那么好找的），毕竟公司不能像学生学习那样试试看，保 证开成功更重要。根据不同的侧重点 ，WinCE还有两个特殊版本，一个是MS PocketPC操作系统专用于PDA上（掌上电脑），另一个是MS SmartPhone操作系统用于智能手机上（带PDA功能的手机），两者也都属于WinCE平台。在PDA和手机市场上，除WinCE外，著名的PDA 嵌入式操作系统还有Palm OS（因出现很早，很有名）、Symbian等，但在WinCE的强劲冲击下，Palm和Symbian来日还能有多长？同学学过VC++后再学 WinCE,非常方便自然，通过学习WinCE同样也可了解嵌入式软件的一般开发过程，对Linux有惧怕心  
理的同学也很合适。很显然，嵌入式Linux 永远不可能替代WinCE，而且将来谁占份  
额大还很难讲，毕竟很多人更愿意接受MS的平台，就像各国政府都在大力推LINUX已好长时间，但你能看到几个 在PC机上真正使用LINUX的用户？据我观察,目前在嵌入式平台上,LINUX是叫得最响,但还是WinCE实际用得更多.嵌入式LINUX可能更多地 是一些有长远产品计划的公司,为降低成本而进行长远考虑.WinCE和多媒体(如MPEG技术)是微软亚洲工程院目前做得较多的 项目领域之 一,现在社会很需要精通WinCE的人。现在有WINCE的智能手机，金山词霸、WORD、EXCEL、REGEDIT等居然都有 smartphone版的，PC上的MP3、DOC等居然在download  
时都可被自动转换成smartphone格式，很爽的。完全可用 Windows CE自己开发一些  
需要的程序download到自己的手机上。现在市面销售PDA智能手机火爆，MS总是财源滚滚。

总结关于嵌入式操作系统类课程，若你觉得自己功底较深且能钻研下去，则可去学嵌入式Linux；若你觉得自己VC++功底较好且想短平快地学嵌入式开发，自学WINCE是非常好的选择。

(3) 嵌入式开发的相关领域

搞嵌入式若能熟悉嵌入式应用的一些主要领域，这样的人更受企业欢迎。主要的相关领域包括：  
A、数字图像压缩技术：这是嵌入式最重要最热门的应用领域之一，主要是应掌握MPEG编解码算法和技术，如DVD、MP3、PDA、高精电视、机顶盒等都涉及MPEG高速解码问题。  
B、 通信协议及编程技术：这包括传统的TCP/IP协议和热门的无线通信协议。首先，大多数嵌入式设备都要连入局域网或Internet，所以首先应掌握 TCP/IP协议及其编程，这是需首要掌握的基本技术；其次，无线通信是目前的大趋势，所以掌握无线通信协议及编程也是是很重要的。无线通信协议包括无线 局域网通信协议802.11系列，Bluetooth，以及移动通信（如GPRS、GSM、CDMA等）。  
C、网络与信息安全技术：如加密技术，数字证书CA,以及各种网络安全设备,包括硬件防火墙,入侵检测IDS,还有防毒墙,IPS等,中国在这方面还是没有自己优势的,我们  
陈院长好象正在往这方面发展.  
D、 DSP技术：DSP是Digital Signal Process数字信号处理的意思，DSP处理器通过  
硬件实现数字信号处理算法，如高速数据采集、压缩、解压缩、通信等。数字信号处理是电子、通信等硬件 专业的课程，对于搞软件的人若能了解一下最好。目前DSP人才较缺。如果有信号与系统、数字信号处理等课程基础，对于学习MPEG编解码原理会有很大帮 助。

（4）嵌入式开发的相关硬件基础

对于软件工程专业的学生，从事嵌入式软件开发，像数字电路、计算机组成原理、嵌入式微处理器结构等硬件课程是较重要的。另外，汇编语言、C/C++ 数据结构算法、特别是操作系统等软件基础课也是十分重要的。我们的主要目地是能看懂硬件工作原理，但重点应是在嵌入式软件，特别操作系统级软件，那将是我们的优势。我们的研究生里有些是学电子、通信类专业过来的，有较好的模拟电路和单片机基础，学嵌入式非常合适。 嵌 入式本身就是从单片机发展过来的，只是单片机不带OS，而现在很多嵌入式应用越来越复杂，以至不得不引入嵌入式操作系统。另外，为追求更高速的信号处理速 度，现在在一些速度要求较高场合，有不少公司是将一些DSP算法，如MPEG压缩解压缩算法等用硬件来实现，这就涉及到HDL数字电路设计技术及其 FPGA/IP核实现技术，这方面的人目前市场上也很缺。

(5) 题外话  
另外，能写驱动程序的人目前是非常紧缺的（驱动程序也可归于嵌入式范畴），包括桌面Windows中的DDK开发环境和WDM驱动程序。公司时刻都 要推出新产品，每一个新产品出来了，要能被操作系统所使用，是必须写驱动程序的。写驱动程序就必须掌握操作系统(如Windows或Linux)的内部工 作原理，还涉及到少量硬件知识，难度较大，所以这方面的人很难找。想成为高手的同学，也可从驱动程序方面获得突破。不过听做这方面的朋友说,做过以后，你 会发现也并不是怎样难的。其实搞驱动程序的工作是很舒服的，搞完一个版本就会空一段时间，只有等公司新的芯片推出或新的OS出现后，才需要再去开发新一版 驱动。