嵌入式开发可以这样学 之--总体目录

新年开新篇！准备出个嵌入式开发相关的系列博文，在这里立一个FLAG。
打算通过这一系列文章，整理一下这几年开发过程中思考的东西，对自己是个总结；对相关领域的开发者，希望也能有所帮助。

先来看一个全局图，该图展示了一个嵌入式产品的全貌，从硬件到系统到库到上层架构。本系列博文的内容也就依此图结构而展开讨论。

这幅图中的内容细节并不重要，主要是展现嵌入式开发中涉及的方方面面。本来是想整理个Android系统的，但是过于庞大复杂，不见得能提炼出来，而且最终效果可能也不见得比上面这幅图好多少，所以决定还是不弄了。不过，这里放一个Android官方的框架图，粗略一窥高级的嵌入式产品的全貌。来源：平台架构  |  Android 开发者  |  Android Developers

   继续说上面第一副图。这幅图展示了对一个嵌入式产品的整体思考过程。从左上到右下，简单对图做一个说明。首先是左边的总体分类，包括了外观、接口、功能及测试。外观和接口影响产品的硬件制版，工业设计。比如是否包含风扇，几个USB接口，是否有高清接口，网口在前面还是后面，有无按钮等。硬件电路板设计关系到粗略的模块构成图以及详细的原理图，再到更细致的PCB图等。其中，原理图影响驱动程序的实现，比如具体用的总线地址范围等；模块构成图则影响软件的设计考虑。再看功能部分，拆分为两部分，一部分跟硬件有较大关系，为存储分区划分。嵌入式设备多以Flash为存储设备，分区也是其特有的。分区关系到bootloader、内核以及文件系统的存放和使用。对于纯粹软件部分，涉及到多个分层图，比如包含驱动、内核和应用的大分层图，单纯包含软件的小分层图，以及到核心模块的多个细分图。对于测试部分，包含了bug列表处理，测试报告以及脚本设计等。通过这幅图，产品负责人对一款嵌入式产品基本上就可以全面了解了。

   通过上面的第一幅图，我们引出本系列博文的目录结构。下面具体列出，并做简单说明。

   主要内容分为三大部分：

   第一部分 基础概念，从硬件模型说起

   这部分主要抽象硬件。在实际介绍过程中，我们会忽略不少细节，内容还是更偏向于程序和软件角度。总的来讲，对硬件的介绍，一方面是为了完整性；另一方面则是为了更好的说明与程序的关联，毕竟硬件的一些特性还是不能完全忽略不管的。为了达到这一目标，这里利用了模型的方法来介绍。所以说，这里的硬件，非模电数电中的硬件电路，而是从软件角度抽象出来的硬件。具体的分为六个子部分：

   1 CPU模型

   模型化一个CPU，为后面分析问题，提供基础。

   参见：1-嵌入式开发总结之--CPU模型_龙城赤字的博客-CSDN博客

   2 内存模型

   模型化内存，忽略硬件细节，包括什么刷新了，控制线、地址线及数据线了之类的。程序的角度在这一部分会体现的更明显。

   参见：2-嵌入式开发总结之--内存模型_龙城赤字的博客-CSDN博客

   3 磁盘模型

   从文件系统角度模型化磁盘，后续讨论就简单看为一块完整的存储区域。即保留区块特色，忽略磁头柱面等概念。

   参见：3-嵌入式开发总结之--磁盘模型_龙城赤字的博客-CSDN博客

   4 显示模型

   GUI系统模型概念。最终抽象为显存像素点概念，忽略显像原理。

   参见：4-嵌入式开发总结之--显示模型_龙城赤字的博客-CSDN博客

   5 外设模型

   各种输入输出设备会抽象为寄存器模型，忽略具体是什么外设，有什么特色。

   参见：5-嵌入式开发总结之--外设模型_龙城赤字的博客-CSDN博客_嵌入式开发板外设

   6 整合模型

   将各硬件模型整合起来，也就是相互串起来，组成系统模型。这一模型在后面的软件和程序介绍中会经常用到。

   参见：6-嵌入式开发总结之--整合模型_龙城赤字的博客-CSDN博客

   第二部分 软件系统的模型

   软件系统模型分为操作系统和应用程序两部分。操作系统不用多说，而应用程序部分会按照构成、运行、扩展、架构一步一步深入，最后以Android作为实际例子，进行综合展示。

   7 操作系统基础

   会具体介绍进程概念、内存的管理、文件系统实现等。最终，构建出软件执行的基础环境，即操作系统环境，然后介绍程序。这就好比一个车间，各种工具都准备齐全了，工人就可以发挥想象做出各种各样实用好用的产品出来。

   7.0 操作系统基础

   参见：7-操作系统基础_龙城赤字的博客-CSDN博客

   7.1 操作系统也是程序

   参见：7.1-操作系统也是程序_龙城赤字的博客-CSDN博客

   7.2 中断

   参见：7.2 中断_龙城赤字的博客-CSDN博客

   7.3 进程管理

   7.4 内存管理

   之一：

   参见：7.4 Step by step之虚拟内存一_龙城赤字的博客-CSDN博客

   之二：

   参见：7.4 Step by step之虚拟内存二_龙城赤子的博客-CSDN博客

   之三：

   参见：7.4 Step by step之虚拟内存三_龙城赤子的博客-CSDN博客

   之四：

   参见：7.4 Step by step之虚拟内存四_龙城赤子的博客-CSDN博客

   之五：

   参见：7.4 Step by step之虚拟内存五_龙城赤子的博客-CSDN博客

   8 程序的构成

   程序本身构成的静态分析，包括数据区、代码区、变量存放以及目标代码的生成、可执行文件等。

   从这部分开始，我们将结合前面有关操作系统的基础内容，来展示程序的前生来世，展示内存中一个活生生的程序，让读者从另一个角度看到动态的程序运行。

   首先，我们来静态的解剖一个程序，看看它里面有那些东西。

   使用PC（Windows/macOS）或者移动终端（Android/iPhone）的人，要想运行一个程序，只需鼠标双击程序图标或者触摸屏幕点击应用图标就可以了，十分的方便。要知道，早期没有图形桌面系统时，要在计算机上运行程序，是需要通过命令行等其他方式来完成的。两种方式对比一下，那个简单易用，可以立判。但不管那种方式，程序还是原来的程序，它们的构成并没有发生本质的变化，因为计算机的构成模型没有发生根本性的改变。

   从字符形式的代码到系统中运行的进程，对程序可以说得上是破茧而出的华丽转身。高级语言编写的程序，经过编译器的分析处理，重新转换，再经过连接器的组装加工，最终变为可执行的机器码（本质上也是二进制码）。一旦运行后，它们将作为一个进程，被操作系统管理，同时，依赖于操作系统的虚拟内存机制，使用着一块充足的内存空间，直到主动或者被动终止。在这部分，我们就看看这个转身是如何做到的。

   程序的构成之一

   参见：程序的构成之一_龙城赤字的博客-CSDN博客

   程序的构成之二

   参见：程序的构成之二_龙城赤字的博客-CSDN博客

   程序的构成之三

   参见：程序的构成之三_龙城赤字的博客-CSDN博客

   9 程序的运行分析

   有了上一部分的可执行文件分析，这块站在多个角度对运行过程的情景进行分析。

   参见：程序的运行视图_龙城赤字的博客-CSDN博客_运行视图

   10 大程序的构成与扩展

   讨论静态库、动态库、插件机制等。

   参见：从俄罗斯套娃看程序的扩展_龙城赤字的博客-CSDN博客

   11 软件架构讨论

   这是一个很大的话题。这里不讨论某个架构本身，而是整理架构相关的一些思考。当对程序构建过程了解后，就需要站在更高的角度来考虑大系统的设计实现问题。我们有了操作系统基础，有了程序构建基础，这就好比有了水泥钢筋，砖石及各种机械，知道如何用这些建造一所房子。但这并不能说明我们就可以建造高楼大厦了，而只能说是具备了这个可能性。可能只是基础，不代表能够，二者是不同层面的问题。架构在这里就好比是图纸，也是需要研究分析的。具体到程序，涉及到算法、接口函数、类、包、模块、设计模式等。这是一个复杂的综合问题，没有标准答案，需要经验积累，需要设计的感觉。

   11.1 软件架构讨论

   参见：软件架构讨论_龙城赤字的博客-CSDN博客

   11.2 架构思考之痛

   参见：架构思考之痛_龙城赤字的博客-CSDN博客

   12 Android实例分析

   以Android作为例子，结合软件架构内容，继续进行复杂化的情景分析，做软件部分的整合模型。之所以选择Android，我觉得Android是一个独特的典型。一方面它开源，我们可以在许多层面对它展开分析，而不会苦于没有源码，只能猜测；另一方面，它可以说是一个优秀的例子，活的例子，也就是说，作为一个商业化应用的系统，对之分析是有意义的，能学到真东西，而不用过多担心分析的东西是否经过实践的检验。

   说不定到时候会切到鸿蒙呢？又有谁知道将来会咋样呢！

   第三部分 开源软件杂谈

   既然谈到了Android，这里就顺势谈谈开源软件。相比早期程序员，现在的程序员可以说幸福多了，不管你对什么软件感兴趣，网上总能找到一些相关的开源系统供你研究，而不像以前，许多系统的代码都藏着掖着，生怕泄露出去，想研究都没有可学习的资料。但事物总是具有两面性，虽然资源丰富了，但是代码也变得复杂庞大了，许多软件都长大了，动辄几十万、上百万行级别，一个人即使不吃不喝，也看不了多少。这种情况，我们是不是就不用学习了呢？当然不是。学还是要学，只是学习的方法需要转变，因此，这部分就这块简单讨论一下。

   13 主题1--论开源软件

   开源软件，到底是陷阱还是馅饼？就此谈谈自己的看法。

   已整理完成，参考本人博文 《开源之我见》

    开源之我见_龙城赤字的博客-CSDN博客

   14 主题2--代码阅读

   如何阅读开源软件代码，避免陷入到代码的汪洋大海中。主要探讨探讨方法论的问题。

   已整理完成，参考本人博文  《谈谈如何阅读源码》

   谈谈如何阅读源码_龙城赤字的博客-CSDN博客

   15 主题3—实例分析

   就Android中所用的一些典型模块，谈谈开源软件在Android中的利用，从中即可看到Android系统的大，也可看到Android系统的小。

   16 随想观点

   随便发点感慨，所以可随便看之，亦或随便略之。

   参见：软件-进阶-产品-突破自我_龙城赤字的博客-CSDN博客

   最后，会列出一些自己看过的有用的书籍，供大家参考。

   

   当前这个目录结构还未脱离狭隘的程序视界。纵观软件业的发展，不论是硬件模块、软件语言还是实际产品，都在向更高的抽象层次发展。从程序、产品、系统、系统产品逐步提升，向平台化、智能化方向发展；从OS到Cloud，虚拟化，容器，集群等将CPU、内存、网络等抽象看做计算、存储、传输资源，实现软件的进一步突破发展。这些新的技术是为解决新的问题而提出的，这些新的解决方案，其实现思想，可整理出新的一章，叫从细胞到生态系统。

   就这个主题，本人也整理了一片博文，只不过名字不再叫从细胞到生态系统了^_^，而是《一文将大数据、云计算、物联网、5G（移动网）、人工智能等最新技术串起来》

   一文将大数据、云计算、物联网、5G（移动网）、人工智能等最新技术串起来_龙城赤字的博客-CSDN博客