學(xué)習(xí)嵌入式體系結(jié)構(gòu)要注意的一些事情

嵌入式之家

1 嵌入式體系的常識體系
嵌入式體系的運用規(guī)模能夠大略分為兩大類：電子體系的智能化(工業(yè) 操控、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、家用電器、轎車電子、測控體系、數(shù)據(jù)收集等)，計算機運用的延伸(MP3、手機、通訊、網(wǎng)絡(luò)、計算機外圍設(shè)備等)。從這些運用能夠看出， 要完結(jié)一個以MCU為中心的嵌入式體系運用商品規(guī)劃，需求硬件、軟件及職業(yè)范疇有關(guān)常識。硬件首要有MCU的硬件最小體系、輸入／輸出外圍電路、人機接口 規(guī)劃。軟件規(guī)劃有固化軟件的規(guī)劃，也能夠含PC機軟件的規(guī)劃。職業(yè)常識需求經(jīng)過協(xié)作、溝通與總結(jié)取得。
概括地說，學(xué)習(xí)以MCU為中心的嵌入式體系，需求以下軟硬件根底常識與實習(xí)練習(xí)
①硬件最小體系(電源、晶振、復(fù)位、寫入調(diào)試接口)；
②通用I／O(開關(guān)量輸入／輸出，觸及各種二值量檢測與操控)；
③模／數(shù)變換(各種傳感器信號的收集與處理，如紅外、溫度、光敏、超聲波、方向等)；
④數(shù)／模變換(對模擬量設(shè)備利用數(shù)字進(jìn)行操控)；
⑤通訊(串行通訊接口SCI、串行外設(shè)接口SPI、集成電路互聯(lián)總線I2C、CAN、USB、
嵌入式以太網(wǎng)、ZigBee技能等)；
⑥顯現(xiàn)(LED、LCD等)；
⑦操控(操控各種設(shè)備，包含PWM等操控技能)；
⑧數(shù)據(jù)處理(圖形、圖像、語音、視頻等的處理或辨認(rèn))；
⑨各種詳細(xì)運用。
萬變不離其宗，任何運用都能夠歸入這幾類。而運用中的硬件規(guī)劃、軟件規(guī)劃、測驗等都有必要遵從嵌入式軟件工程的辦法、原理與根本原則。所以，嵌入式軟件工程也是嵌入式體系常識體系的有機組成有些，只不過它融于詳細(xì)項意圖開發(fā)進(jìn)程當(dāng)中。
以上實習(xí)練習(xí)觸及硬件根底、軟件根底及有關(guān)范疇常識。計算機言語、操作體系、開發(fā)環(huán)境等均是到達(dá)這些意圖的工具。有些初專家，簡略把工具的運用與所要達(dá) 到的真實意圖相混雜。例如，有的學(xué)習(xí)者學(xué)了很長時刻的嵌入式操作體系移植，而不進(jìn)行實習(xí)嵌入式體系商品的開發(fā)，到最后也做欠好一個嵌入式體系小商品，違背 了學(xué)習(xí)方針，乃至拋棄嵌入式體系范疇。這即是進(jìn)入了嵌入式體系學(xué)習(xí)誤區(qū)，下面對此作一些剖析。
2 嵌入式體系的學(xué)習(xí)誤區(qū)
對于嵌入式體系的學(xué)習(xí)辦法，因?qū)W習(xí)閱歷、學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)意圖、已有的常識根底等不一樣，能夠在學(xué)習(xí)次序、內(nèi)容挑選、實習(xí)辦法等方面有所不一樣。但是，大概明 確哪些是必備的根底常識，哪些大概先學(xué)，哪些大概后學(xué)；哪些有必要經(jīng)過實習(xí)才干取得；哪些是與詳細(xì)芯片無關(guān)的通用常識，哪些是與詳細(xì)芯片或開發(fā)環(huán)境有關(guān)的知 識。
由于微處理器與微操控器品種繁復(fù)，也能夠由于不一樣公司、組織出于本身的利益，給出一些誤導(dǎo)性宣揚，特別是中國嵌入式微操控器制作技 術(shù)落后，使得大家對微操控器的開展，在知道與知道上存在差異，致使一些初專家進(jìn)入嵌入式體系的學(xué)習(xí)誤區(qū)，浪費了寶貴的學(xué)習(xí)時刻。下面剖析能夠存在的幾個誤 區(qū)。
2．1 操作體系的迷惑
假如說，學(xué)習(xí)嵌入式體系不是為了開發(fā)其運用商品，那 就沒有詳細(xì)方針，比如學(xué)習(xí)辦法這樣的疑問也就不用談了。實習(xí)上，這正是許多人想學(xué)，又不知從何開端學(xué)習(xí)的要害疑問所在，不知道自個學(xué)習(xí)的詳細(xì)方針。于是， 看了一些訓(xùn)練廣告，看了書店中品種繁復(fù)的嵌入式體系書籍，或上網(wǎng)以“嵌入式體系”為要害詞進(jìn)行查詢，就參與訓(xùn)練或看書，開端“學(xué)習(xí)起來”。對于有計算機閱 歷的人，通常挑選一個嵌入式操作體系就開端學(xué)習(xí)了。這有點像“瞎子摸大象”，只知道其一個旁邊面。這樣怎么能對嵌入式商品的開發(fā)進(jìn)程有全部知道呢?針對許多 初專家挑選“XXX嵌入式操作體系+XXX處理器”的嵌入式體系入門學(xué)習(xí)形式，筆者以為是不適宜的。筆者的主張是：首先把嵌入式體系軟件與硬件根底打好 了，再依據(jù)實習(xí)需求，挑選一種實時操作體系(RTOS)進(jìn)行學(xué)習(xí)實習(xí)。要記住：RTOS是開發(fā)某些類嵌入式商品的輔助工具，是手法，不是意圖；許多類嵌入 式商品，并不需求RTOS。所以，一開端就學(xué)習(xí)RTOS，并不符合“由淺入深、循序漸進(jìn)”的學(xué)習(xí)規(guī)則。
RTOS本身由于品種繁復(fù)，實習(xí) 運用何種RTOS，通常需求由作業(yè)單位確定。根底期間首要學(xué)習(xí)RTOS的根本原理與RTOS上的軟件開發(fā)辦法，而不是學(xué)習(xí)怎么規(guī)劃RTOS。以開發(fā)實習(xí)嵌 入式商品為方針的學(xué)習(xí)者，不要把過多的精力花在規(guī)劃或移植RTOS上面。正如許多人運用Windows操作體系，而規(guī)劃 Windows操作體系的只需Microsoft。許多人“研討”Linux，但不運用它，浪費了時刻。人的精力是有限的，學(xué)習(xí)有必要有所挑選。
2．2 硬件與軟件的迷惑
以MCU為中心的嵌入式技能的常識體系有必要經(jīng)過詳細(xì)的MCU來表現(xiàn)、實習(xí)。但是，挑選任何類型的MCU，其芯片有關(guān)的常識只占常識體系的20％左 右，80％擺布是通用的軟件硬件及有關(guān)常識。80％的通用常識，有必要經(jīng)過詳細(xì)實習(xí)才干取得，所以學(xué)習(xí)嵌入式技能通常要挑選一個系列的MCU。
體系富含硬件與軟件兩大有些，它們之間的聯(lián)系怎么?有些專家，僅從電子的視點知道嵌入式體系。以為“嵌入式體系=MCU硬件體系+小程序”。這些專家大 多具有杰出的電子技能根底常識。實習(xí)狀況是，前期MCU內(nèi)部RAM小，程序存儲器外接，需求外擴各種I／O，沒有像USB、嵌入式以太網(wǎng)等這樣較雜亂的接 口。因而，程序占總規(guī)劃量份額小于50％，使大家以為嵌入式體系(單片機)是“電子體系”，以硬件為主，程序為輔。但是，跟著MCU制作技能的開展，不 僅．MCU內(nèi)部RAM越來越大，F(xiàn)lash進(jìn)入MCU內(nèi)部改變了傳統(tǒng)的嵌入式體系開發(fā)與調(diào)試辦法，固件程序能夠更便利地調(diào)試與在線晉級，許多狀況下與開發(fā) PC機程序的便利程度相差無幾，只不過開發(fā)環(huán)境與運轉(zhuǎn)環(huán)境不是同一載體罷了。這使得嵌入式體系的軟件硬件規(guī)劃辦法發(fā)生了根本變化。
有些專家，僅從軟件開發(fā)視點知道嵌入式體系，乃至僅從嵌入式操作體系知道嵌入式體系。這些專家大多具有杰出的計算機軟件開發(fā)根底常識，以為硬件是出產(chǎn)廠 商的事。他們沒有知道到，嵌入式體系商品的軟件與硬件均是需求開發(fā)者規(guī)劃的。筆者常常接到一些對于嵌入式商品安穩(wěn)性的征詢，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是由于軟件開發(fā)者對 底層硬件的根本原理不知道。特別是有些功用軟件開發(fā)者，過火依賴于底層硬件的驅(qū)動軟件，自個對底層驅(qū)動原理知之甚少。實習(xí)上，一些功用軟件開發(fā)者，名義上 在做嵌入式軟件，本來僅僅是運用嵌入式修改、編譯環(huán)境罷了，實質(zhì)與開發(fā)通用PC機軟件沒有兩樣。而底層硬件驅(qū)動軟件的開發(fā)，若不全部思考高層功用軟件對底 層硬件的能夠調(diào)用，也會使封裝或參數(shù)規(guī)劃得不合理或不齊備，致使高層功用軟件調(diào)用艱難。能夠看出，若把嵌入式體系的開發(fā)孤立地分為硬件規(guī)劃、底層硬件驅(qū)動 軟件規(guī)劃、高層功用軟件規(guī)劃，那么一旦出現(xiàn)疑問，就能夠難以定位。實習(xí)上，嵌入式體系規(guī)劃是一個軟件、硬件協(xié)同規(guī)劃工程，不能像通用計算機那樣，軟件、硬 件徹底分隔來看，而要在一個大的結(jié)構(gòu)內(nèi)協(xié)調(diào)作業(yè)。
學(xué)習(xí)嵌入式體系是以軟件為主仍是以硬件為主，或許怎么挑選切入點，怎么在軟件與 硬件之間取得平衡?對于這個迷惑的主張是：要想變成一名真實的嵌入式體系規(guī)劃師，在初學(xué)期間，有必要打好嵌入式體系的硬件與軟件根底。以下是從事嵌入式體系 規(guī)劃二十多年的美國專家JohnCatsoulis在《Designing Embedded Hardware》一書中對于這個疑問的總結(jié)：嵌入式體系 與硬件嚴(yán)密有關(guān)，是軟件與硬件的綜合體，沒有對硬件的知道就不能夠?qū)懞们度胧杰浖�；相同，沒有對軟件的知道也不能夠規(guī)劃好嵌入式硬件。
2．3 片面知道嵌入式體系
嵌入式體系商品品種繁復(fù)，運用范疇各異。在第1有些中，把嵌入式體系的運用規(guī)模大略分為電子體系的智能化與計算機運用的延伸兩大類。從初專家視點，能夠 存在別離從這兩個視點片面知道嵌入式體系的疑問。因而，一些從電子體系智能化視點知道嵌入式體系的學(xué)習(xí)者，能夠會無視編程結(jié)構(gòu)、編程標(biāo)準(zhǔn)、軟件工程的要 求、操作體系等常識的堆集。另一些從計算機運用的延伸視點知道嵌入式體系的學(xué)習(xí)者，能夠會把通用計算機學(xué)習(xí)進(jìn)程中的概念與辦法生搬硬套到嵌入式體系的實習(xí) 中，無視嵌入式體系與通用計算機的差異。
實習(xí)上，在嵌入式體系學(xué)習(xí)與實習(xí)的初始期間，大概充沛知道嵌入式體系的特色，依據(jù)本身的 已有常識結(jié)構(gòu)，制定適合本身狀況的學(xué)習(xí)方案。方針大概是打好嵌入式體系的硬件與軟件根底，經(jīng)過實習(xí)，為變成杰出的嵌入式體系規(guī)劃師樹立起根本常識結(jié)構(gòu)。學(xué) 習(xí)進(jìn)程中，詳細(xì)運用體系可為實習(xí)載體，但不能拘泥于詳細(xì)體系，大概有必定的籠統(tǒng)與歸納。例如，初專家開發(fā)實習(xí)操控體系時沒有運用實時操作體系，但不要以為 實時操作體系不需求學(xué)習(xí)。又例如，初專家能夠一個帶有實時操作體系的樣例為藍(lán)本進(jìn)行學(xué)習(xí)，但不要以為任何嵌入式體系都需求實時操作體系，乃至為一個非常簡 明的實習(xí)體系加上不用要的實時操作體系。因而，片面知道嵌入式體系，能夠致使學(xué)習(xí)迷惑。大概依據(jù)實習(xí)項目需求，訓(xùn)練自個剖析實習(xí)疑問、解決疑問的才能。這 是一個長時刻的學(xué)習(xí)與實習(xí)進(jìn)程，不能期望經(jīng)過短期訓(xùn)練完結(jié)全體常識體系的樹立，大概重視本身實習(xí)，全部地知道嵌入式體系的常識體系。
2．4 入門芯片挑選的迷惑
嵌入式體系的大有些初專家需求挑選一個微操控器(MCU)進(jìn)行入門級學(xué)習(xí)，面對許多廠家出產(chǎn)的微操控器系列，通常不知怎么是好。
首先是對于位數(shù)疑問，當(dāng)前首要有8位、16位和32位MCU。不一樣位數(shù)的MCU各有運用范疇，這一點與通用微機有很大不一樣。例如做一個遙控器，不需求使 用 32位MCU，不然MCU芯片報價就現(xiàn)已超過遙控器報價需求。對于初次接觸嵌入式體系的學(xué)習(xí)者，能夠依據(jù)自個的常識根底挑選入門芯片的位數(shù)。主張大多 數(shù)初專家挑選8位MCU作為疾速入門芯片，知道一些匯編與底層硬件常識，以后再選16位或32位芯片進(jìn)行學(xué)習(xí)實習(xí)。
對于芯片挑選 的另一個誤區(qū)是以為有“干流芯片”存在，嵌入式體系也能夠構(gòu)成芯片壟斷。這徹底是一種誤解，是套用通用計算機體系的思維形式，而無視了嵌入式體系運用的多 樣性。對于學(xué)習(xí)芯片挑選還有一個誤區(qū)，即誤以為挑選作業(yè)頻率高的芯片進(jìn)行入門學(xué)習(xí)，更領(lǐng)先。實習(xí)上，作業(yè)頻率高能夠給初專家?guī)�來不少艱難。
實習(xí)嵌入式體系規(guī)劃不是尋求芯片位數(shù)、作業(yè)頻率、操作體系等要素，而是尋求安穩(wěn)可靠、保護(hù)、晉級、功耗、報價等方針。初專家挑選入門芯片，是經(jīng)過某 一： MCU作為藍(lán)本，取得嵌入式體系常識體系的通用根底。其根本原則是：入門時刻較短、硬件成本較低，常識要素較多，學(xué)習(xí)難度較低。
3 根底期間的學(xué)習(xí)主張
依據(jù)以上評論，下面對廣闊渴望學(xué)習(xí)嵌入式體系的學(xué)子提出幾點根底期間的學(xué)習(xí)主張：
①嵌入式體系軟件硬件密切有關(guān)，必定要打好軟硬件根底。本來，只需找到準(zhǔn)確的辦法，加上盡力，任何理工科學(xué)生，乃至非理工科學(xué)生，都能學(xué)好嵌入式體系。
②挑選一個芯片及硬件評價板(入門芯片最佳簡略一點，例如8位MCU)、挑選一本好書(最佳有標(biāo)準(zhǔn)的比如)、找一位好老師(最佳是有閱歷且熱心的)。硬 件評價板的報價必定要在1000元以下，不要太貴，最佳能有自個著手的空間。不花一分硬件錢想要學(xué)好嵌入式體系不實習(xí)，由于這是實習(xí)性很強的學(xué)科。好書， 能夠讓人少走彎路，不被誤導(dǎo)。好老師也能夠是做過一些實習(xí)項意圖學(xué)長(必定要找做過幾個成功項意圖學(xué)長或老師做輔導(dǎo)，不然閱歷不足也能夠誤導(dǎo))，有老師指 導(dǎo)，學(xué)習(xí)進(jìn)程會加速(人工智能學(xué)科里有個術(shù)語叫無老師輔導(dǎo)學(xué)習(xí)形式與有老師輔導(dǎo)學(xué)習(xí)形式，無老師輔導(dǎo)學(xué)習(xí)形式比有老師輔導(dǎo)學(xué)習(xí)形式雜亂許多。
③許多人怕硬件，本來嵌入式體系硬件比電子線路好學(xué)多了。只需深化知道：MCU的硬件最小體系，對I／O口、串行通訊、鍵盤、LED、LCD、 SPI、 I2C、PWM、A／D(包含一些傳感器)、D／A等逐一試驗知道，逐漸實習(xí)，再經(jīng)過著手做一個實習(xí)的小體系，底層硬件根底就有了。各個硬件模 塊驅(qū)動程序的編寫是嵌入式體系的必備根底。學(xué)習(xí)嵌入式體系的初期，這個進(jìn)程是有必要的。
④至于嵌入式實時操作體系RTOS，必定不 要一開端就學(xué)，這樣會走許多彎路，也會使你對嵌入式體系感到害怕。等你軟件硬件根底打好了，再學(xué)習(xí)就感到簡略知道。實習(xí)上，許多嵌入式運用并不需求操作系 統(tǒng)。也能夠依據(jù)實習(xí)項目需求，再學(xué)習(xí)特定的RTOS。不要被一些嵌入式實時操作體系訓(xùn)練班的宣揚所誤導(dǎo)，而無視實習(xí)嵌入式體系軟硬件根底常識的學(xué)習(xí)。
⑤要避免片面地單純從“電子”或“計算機軟件”視點知道嵌入式體系。前面說過，嵌入式體系是軟件與硬件的綜合體。因而，要逐漸從MCU的最小體系開端， 一點一點知道硬件原理及底層硬件驅(qū)動編程辦法。要經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的比如，知道軟件工程封裝、可復(fù)用等思維。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)編程，堆集底層構(gòu)件(component)， 也即是一個一個模塊；但是要封裝得比較好，可復(fù)用。
⑥重視試驗與實習(xí)。這兒說的試驗首要指經(jīng)過重復(fù)來驗證別人的作業(yè)，意圖是學(xué)習(xí)根底常識，這個進(jìn)程必定要閱歷。實習(xí)是自個規(guī)劃，有詳細(xì)的“商品”方針。假如花500元擺布，自個做一個具有必定功用的小商品，且能安穩(wěn)運轉(zhuǎn)1年以上，就能夠說挨近入門了。
⑦對于入門芯片的挑選。不要選太雜亂的微操控器作為入門芯片，不能逾越學(xué)習(xí)進(jìn)程。不要一會兒學(xué)習(xí)幾種芯片。能夠經(jīng)過一個芯片入門，并具有一個實習(xí)閱歷 后，依據(jù)實習(xí)需求挑選芯片開發(fā)實習(xí)商品。留意，不要把微處理器(MPU與微操控器(MCU)概念相混雜，微處理器只是微操控器的內(nèi)核。
⑧對于嵌入式操作體系的挑選。能夠比及具有必定實習(xí)根底后，挑選一個簡略、簡略知道原理的嵌入式操作體系進(jìn)行學(xué)習(xí)。不要一開端就學(xué)習(xí)幾種操作體系，知道了根本原理，實習(xí)中確有實習(xí)需求再學(xué)習(xí)也不遲。人總是要不斷學(xué)習(xí)的。
⑨對于匯編言語與C言語的取舍。跟著：MCU對C編譯的優(yōu)化支撐，對于匯編言語能夠只知道幾個必要的語句，而直接運用C言語編程。但有必要經(jīng)過第一個程序 知道芯片初始化進(jìn)程、中止機制、程序存儲狀況等，差異于PC機程序的內(nèi)容。別的，為了測驗的需求，最佳把握一門PC機編程言語。
⑩要清晰自個的學(xué)習(xí)意圖，并留意學(xué)習(xí)辦法。要清晰學(xué)習(xí)意圖是打根底，仍是為了習(xí)慣作業(yè)需求而進(jìn)行的短訓(xùn)。學(xué)習(xí)辦法方面，要依據(jù)學(xué)習(xí)意圖挑選適宜的學(xué)習(xí)途 徑，留意理論學(xué)習(xí)與實習(xí)、通用常識與芯片有關(guān)常識、硬件常識與軟件常識的平衡，要在知道軟件工程根本原理根底上知道硬件構(gòu)件與軟件構(gòu)件等根本概念。
以上主張，僅供初專家參考。當(dāng)然，以上只是根底期間的學(xué)習(xí)主張。要變成杰出的嵌入式體系規(guī)劃師，還需求在實習(xí)項目中訓(xùn)練，并不斷學(xué)習(xí)與堆集閱歷。

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