STM32（四）嵌入式浅谈与学习方法

今天我们聊聊有关嵌入式的话题。

零、嵌入式相关

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一、嵌入式概况

        IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。
        嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
        从应用对象上加以定义，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
        嵌入式设备是一台专用的、微型计算机。由三个层次的相关内容组成：
                1)硬件，包括CPU(如ARM)、存储(如flash)、I/O(显示模块、通讯模块、视音频模块、I/O控制电路等)。
                2)系统级软件，主要是操作系统也就是OS，以及I/O软件如LCD、蓝牙、WIFI、CDMA、声音等子系统。
                3)应用软件，如基于Linux的应用开发，基于Android的应用开发，基于iOS的应用开发等。

二、嵌入式处理器分类

•     嵌入式微处理器（单板机）
•     嵌入式微控制器（单片机）
•     专用处理器（DSP等）
•     嵌入式片上系统（SOC、SOPC）

三、嵌入式系统

        计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机。随着计算机技术的发展，计算机系统的硬件、软件资源也愈来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系统(Operating System)。发展到现在，广泛使用的有三种操作系统即多道批处理操作系统、分时操作系统以及实时操作系统。

        

        常见的嵌入式操作系统：μC/OS-II、 VxWorks、嵌入式Linux、Win CE……

四、发展前景

         嵌入式系统是软硬结合的东西，搞嵌入式开发的人有两类。
         一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，他们主要是搞硬件设计，有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件，如BootLoader、Board Support Package（像PC的BIOS一样，往下驱动硬件，往上支持操作系统），最初级的硬件驱动程序等。他们的优势是对硬件原理非常清楚，不足是他们更擅长定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不从心（例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件等）。
        另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。如果这类人对硬件原理和接口有较好的掌握，也完全可以写BSP和硬件驱动程序。嵌入式硬件设计完后，各种功能就全靠软件来实现了，嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作（有很多公司将硬件设计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件设计力量很弱，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，因为公司都知道，嵌入式产品的差异很大程度在软件上，在软件方面是最有“花头“可做的），所以软件研发人员完全不用担心在嵌入式市场上的无用武之地，越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是趋势。
       嵌入式领域较新，发展非常快，很多软硬件技术出现的时间都不太长（如ARM处理器、嵌入式操作系统、LINUX操作系统），大多数人没有条件接触或进入嵌入式行业，更谈不上能有机会接受专业人士的指导。因此，踏进这个行业的难度比较大，嵌入式人才稀缺，身价自然也水涨船高。
       权威部门统计，我国嵌入式人才缺口每年50万人左右。根据前程无忧网发布的调查报告，嵌入式软件开发是未来几年最热门和最受欢迎的职业之一，具有10年工作经验的高级嵌入式工程师年薪在30万元左右。即使是初级的嵌入式软件开发人员，平均月薪也达到了3000—5000元，中高级的嵌入式工程师月薪平均超过10000元。　做软件实际上有高下之分，开发语言从机器语言、汇编到C、C++，再到红透半边天的Java、C#等，该学哪种呢？为什么有些开发者工资低，而有些开发者千金难求？为什么3年的Java高级程序员薪水仅仅8k-10k，而一个Linux底层C语言程序员两年经验就敢要10k的薪水？
       还是门槛，比如月薪15k的Linux嵌入式开发职位，门槛就有 Linux系统、Shell编程、Linux开发环境、C语言、ARM硬件平台、数据结构、Linux内核、驱动程序等，粗略数数就有8道关口，他需要非常熟悉整个的计算机体系，能做出实际的产品，而Java的开发者却仅仅是会使用名叫Java的语言工具，始终高高飘在众多层次之上，开发项目非常快，甚至可以不知道OSI模型，很可能自始至终都是软件蓝领。
       嵌入式开发本身也有高下之分，至少包含嵌入式应用程序工程师和底层的驱动内核工程师两种。前者同样是使用现成工具进行简单劳动，比如使用J2ME开发小游戏或者进行一些界面开发，而后者是根据芯片具体情况把操作系统（如Linux）移植到上面，同时编写必要的驱动程序，改写相应的内核代码。很显然后者是一个公司真正的技术核心。而技术核心的工资很可能是其他开发者的数倍。
       嵌入式开发突出强制和项目，学习不仅仅是学习几项技术，而是构建你的知识体系。比如学习嵌入式开发，就要从基础Linux，C语言，数据结构开始，到ARM，汇编，Linux内核、驱动等，更重要的是更多的项目练习，设计至少5个项目，多达10000行强制核心代码的编写可以让你真正获得知识。为进入外企或者出国做准备。未来的几年内，随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。美国著名未来学家尼葛洛庞帝99年1月访华时预言，4～5年后嵌入式智能（电脑） 工具将是PC和因特网之后最伟大的发明。我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士98年11月在武汉全国第11次微机学术交流会上发表的《计算机的发展与技术》一文中，对未来10年以嵌入式芯片为基础的计算机工业进行了科学的阐述和展望。1999年世界电子产品产值已超过12000亿美元，2000年达到13000亿美元，预计2005年，销售额将达18000亿美元。一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，日用范围也将日益广阔。对于企业专用解决方案，如物流管理、条码扫描、移动信息采集等，这种小型手持嵌入式系统将发挥巨大的作用。自动控制领域，不仅可以用于ATM机，自动售货机，工业控制等专用设备，和移动通讯设备结合、GPS、娱乐相结合，嵌入式系统同样可以发挥巨大的作用。
       经济型闪存将会成为嵌入式市场的一个方向。

五、我对嵌入式的认识

        我目前就读于西安邮电大学计算机科学与技术专业大二。不像一些目标明确、志向远大的同学。我对自己专业所知甚少，大一仅仅局限于学习好课上知识与学校所授课程。学校有许多创新实验室，大二第一学期参与了实验室项目——循迹小车，认识了许多知识丰富、目标远大、进取向上的同学，在他们的带领下，我对嵌入式有了一些初步的认识。

       在生活中，许多被冠以“智能”产品，都应用到了嵌入式。嵌入式要求人们对硬件软件都要扎实过硬，并且具有创新能力和创造意识，能够出类拔萃、与众不同。嵌入式未来会是我们的生活越来越智能化。虽然嵌入式很难学，门槛众多，但只要有信心和行动，我相信一定会有收获。

六、为什么学习嵌入式？

1.什么是嵌入式？

• 传统定义（狭义嵌入式）：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
• 当前定义（泛嵌入式）：除PC之外的一切计算机系统。

2.三次信息化浪潮

• 第一次浪潮        1980年前后        个人计算机                              信息处理  
• 第二次浪潮        1995年前后        互联网和移动通信网                信息传输
• 第三次浪潮        2010年前后        物联网、云计算和大数据         信息爆炸

七、什么人适合学嵌入式？

1.嵌入式开发用到哪些知识？

• 编程语言

1. 第一层次：C语言

2. 第二层次：ARM汇编、shell脚本、Python脚本、C++、Java

• 操作系统

1. 第一层次：Linux

2. 第二层次：Android、RTOS（u-cos、Raw-os）

• 硬件方面

1. 会看原理图

2. 懂通信原理及编程（串口、IIC、SPI、USB）

3. 懂LCD、触摸屏等常见原件工作原理及编程

2.嵌入式开发需要什么技能？

• 以软件为主，需对硬件有一定了解

• 涉及面宽，需持续学习

• 细节较多，需耐心和细致的洞察力

• 重在调试，需调试和修改程序的能力

• 企业花钱买的是你解决问题的能力，而不是你脑袋里装的知识（"知识"!="能力"）

3.总结

• 软硬结合

• 嵌入式软件开发并不需要会设计硬件电路和画PCB板

• 核心：C语言、Linux

• 面广、周期长、难度大

4.优势

• 后劲足、需求大、持续价值大、创业潜力大

5.适合人群（学生）

• 电子、通信、自动化、计算机等相关专业大二至大四

八、嵌入式完全学习路线

• 嵌入式核心课程

1. Linux基础+C语言

2. Linux应用程序开发（系统编程、网络编程）

3. ARM编程（ARM体系结构、ARM汇编、开发板常见外设裸机编程）

4. Linux系统移植（uboot移植、kernel移植、rootfs制作）

5. Linux驱动开发

• Android扩展

1. Android HAL驱动（Linux基础）

2. Android 系统定制（Linux基础）

3. Android 应用开发

• 物联网扩展（无限扩展）

1. GPS和地图查询服务

2. WiFi

3. 蓝牙

4. ZigBee

5. RFID

• 项目实训

1. 网络摄像机

2. 开源四轴飞行器

3. 网络远程控制照明系统

4. 电子书阅读器

5. 裸机写图片播放器

6. 开源Android平板电脑

九、嵌入式与物联网、云计算、大数据的关系

• 物联网的三层架构

• 嵌入式与物联网

1. 嵌入式是技术特征，物联网是技术应用

2. 嵌入式催生物联网的成熟

3. 嵌入式大发展表明物联网时代的来临

• 云计算与物联网

1. 云计算作用于物联网的应用层

2. 云计算依赖于设备的联网能力

3. 云计算是嵌入式发展的必然产物

4. 当前模式是卖产品，云计算是卖服务

5. 未来 = 瘦客户端 + 云计算

• 大数据与物联网

1. 物联网主要功能：产生数据、传输数据、分析数据

2. 大数据来自物联网感知层

3. 大数据源于嵌入式，传播于物联网，分析于云计算

4. 大数据将改变世界