嵌入式开发那点事之二

第二回   第一节

这是第二回，从今天开始讨论技术。如果没看到第一回的，建议先看第一回(贴吧里面的帖子标题是：打算写部嵌入式的章回体,"普渡众 生". 这是第一回，百度贴吧首发)，第一回讲的是嵌入式的应用。为什么要看第一回呢，原因在于：嵌入式是实践性很强的技术，属于工程实战派，对于嵌入式技术的学 习，很重要的一点是要学以致用。我的观点(当然REER嵌入式学院的观点也是)是：学了不用，还不如不学。原因在于：其一，根据遗忘规律，理论的东西过不 了几个晚上就忘了，因此，这样的学习是浪费时间、浪费精力、浪费金钱。其二，真正要掌握知识，必须要做。俗话说：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，就是这 个道理；第三，知识只有用于实际应用，才有价值，否则，唯一的价值就只剩吹牛了。

言归正传。

先来回顾一下嵌入式的概念：

嵌入式系统针对某个应用的，软硬件个裁剪的，对成本、功耗、体积等有严格要求的计算机系统。

从这里可以看得出来，嵌入式系统本质上就是一个计算机系统。

PC也是一个计算机系统，因此，从这一点来说，本质上嵌入式和计算机是一回事。既然这样，我们先从大家熟悉的PC入手进行分析。

PC的层次结构相信大家都非常清楚吧：

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应用层
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文件系统
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操作系统内核
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BIOS
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硬件(主板)
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在 这个层次结构中，硬件就是PC的主板，上面包含很多元器件，如CPU,内存,硬盘，显卡，网卡......等。BIOS,就是上电运行的第一个程序，也就 是上电后看到的字符界面, 他完成两个功能，第一是初始化硬件，第二是把操作系统从硬盘加载到内存运行。BIOS运行完之后，就轮到操作系统跑了，操作系统大家都知道 吧，windows xp / windows7 / redhat / ubuntu等等.如果真想做嵌入式开发的话，强烈建议安装一个linux操作系统(ubuntu就不错)。从开发的角度，操作系统内核还可以再细分一 下，这个我们后面说，先别搞复杂了，免得晕。在操作系统层，最下面是操作系统内核。BIOS运行结束后，会启动操作系统内核，内核启动结束后就进入文件系 统，我们的应用程序就是放到文件系统里面的。

这是PC的层次结构，既然嵌入式系统也是计算机系统，因此，嵌入式也应该是这样一个层次结构：

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应用层
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文件系统
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操作系统内核
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Bootloader
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硬件(主板)
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嵌 入式的层次结构与PC有一点不同，从下往上数的第二层：PC叫BIOS，而嵌入式叫Bootloader.什么是Bootloader 呢？Bootloader就是boot + loader,boot就是初始化，loader就是加载，加载内核到内存运行，因此，bootloader和BIOS其实就是一回事(当然，BIOS的 功能比Bootloader要负责很多，因为BIOS中有很强大的配置功能)，只是叫法不同而已.

清楚这点后，我们再从开发层面来比较一下两者的区别。

先说PC，以IBM的笔记本为例。

这 台笔记本的开发，硬件(主板)是IBM做的(不管是自己开发的还是外包的，反正你IBM要负责开发好)，Bootloader也是IBM开发的，操作系统 内核是微软开发的，驱动可能是IBM开发的(也可能是微软，我不清楚，发正不需要我们来开发)、文件系统也是搭好的。对于绝大多数人来说，唯一需要做的， 就是上层应用层开发，比如web开发，vc,vb,java,.net开发等等。

而嵌入式系统就大不一样了。前面说了，嵌入式是针对某个 应用的计算机系统，因此，不同的嵌入式系统，针对的是不同的应用场合。应用不一样，需求也就不一样。比如POS机和数码相框，POS机需要打印机，数码相 框就不需要打印机。既然需求不一样，那么硬件也就相应的不一样，硬件不一样了，软件也就不一样了(硬件要工作至少需要驱动吧)，因此，要开发一个嵌入式系 统，从最底层的硬件到最上层的软件，都需要我们开发。

具体而言，开发一个嵌入式系统需要做的工作有：

1 针对具体的应用开发硬件(最终表现为一块可用的PCB板，元器件都在PCB板上，PCB板是印刷电路板的意思)。

2 针对具体的硬件开发或移植Bootloader.

3 针对具体的硬件对操作系统源码进行修改，从而让操作系统能顺利启动运行。这一步通常叫操作系统移植。

4 针对具体的硬件，开发或移植设备驱动程序。

5 搭建文件系统。

前面的都容易理解，文件系统为什么还需要搭建呢？原因有两方面：第一，嵌入式上的处理器，一般来讲，都不是x86的处理器，而是arm,mips,ppc 等，而pc上的程序是针对x86处理器的，由于不同的体系结构指令集不一样，因此，PC上的应用程序在arm上是运行不起来的。 第二，PC上的文件系统都很大，而嵌入式的存储空间有限，因此，直接把PC上的文件系统搬到嵌入式上，也装不下，就算装的下，也不这么做，因为文件系统里 面很多东西是没用的，没用的放上面干什么呢？白白浪费空间。空间就是成本啊。因此，需要去裁剪。基于以上两点，一般的处理方法是：从零开始搭建嵌入式文件 系统(当然你可以从开发板或评估板上抄，这是可以的)

6 针对具体的应用开发应用程序

从上面可以看出，开发一个嵌入式系统，说白了就是开发一个计算机系统，这就是嵌入式的技术魅力所在，很有意思吧？

因此，嵌入式开发与纯软件开发相比，不管从哪方面来说，都不在一个层次。

基于这个层次结构图，我们再说说公司里面嵌入式工程师是如何分的。

一般来讲，嵌入式工程师分为两大类：嵌入式硬件工程师 和 嵌入式软件工程师。

嵌入式硬件工程师的工作就是开发完成嵌入式硬件系统。包括硬件选型，原理图设计，PCB设计，外协加工采购，以及硬件调试。很多公司会根据这个再进一步细化。

嵌 入式软件工程师的工作就是软件层的开发工作，包括：和硬件工程师一起调试裸板，Bootloader开发和移植，操作系统开发和移植，设备驱动程序开发和 移植，嵌入式文件系统搭建，嵌入式应用程序的开发。如果再细分一下的话，嵌入式软件工程师又可以分成系统开发工程师和应用开发工程师。系统开发工程师的工 作就是把整个平台搭好，包括:调试裸板，Bootloader开发和移植，操作系统开发和移植，设备驱动程序开发和移植，嵌入式文件系统搭建等。而嵌入式 应用开发工程师就不用说了，就是应用层开发，不要觉得应用层开发容易，应用层开发也是不容易的！

当然这不是固定不变的，我就见过有的公司把硬件、调板，bootloader和驱动划分到一起(我们一个学员的公司)，这个就要看具体的公司情况了。

今天先说到这，明天开始一层一层分析。

关于这个部分的内容，有问题的请在后面留言，有时间的话我尽量帮你们解决。

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第二回   第二节

今天开始一层一层的说。

先说最底下的，也就是嵌入式硬件开发。

在进行硬件开发之前，首先需要确定硬件，即针对这个应用产品，具体用哪些硬件来实现，这就是所谓的硬件选型。硬件选型的一个重点，是确定CPU，也就是CPU选型，这样做的原因在于：只要CPU确定了，其他的东西就好确定了；CPU不确定，其它东西就没法确定。

那么如何确定CPU呢？还是要先回到需求。

为了描述的方便，这里假设以做一个数码相框为例进行说明。

要 做一个数码相框，首先需要确定你的数码相框是个什么样子，比如: 多大的显示屏？按键操作还是触摸屏操作？时否支持usb？时否支持wifi? 是否支持sd卡等等。这是硬件方面的需求。除了硬件外，还有软件方面的需求，比如是否支持播放视频？如果要播放视频，视频播放是标清还是高清？图形界面用 Android还是用QT等等，这些需求需要先确定，需求确定后，才能确定相应的硬件与软件。

假设需求已经确定下来了，下面干什么呢？根据之前所说的，要先确定CPU，CPU是硬件选型的核心。

由于这个东西是要当产品做的，因此，一个基本原则就确定下来了：在满足功能及性能要求的情况下，成本越低越好。因此，能用A8搞定的，就不用A9,能用ARM11搞定的，就不用A8。除非你对盈利不在乎，那是另外的说法。

再 就是，选择CPU的时候，尽量采用SOC，SoC是System on Chip的缩写，通俗的说就是片上系统，也就是一颗芯片里面，除了CPU之外，还集成了很多外设，如LCD控制器，TS控制器, USB控制器等等，选择用SoC的好处处在于，如果不用Soc,而是用裸CPU的话，你就得像PC一样，再加一块桥片，这样一来，一系列的问题就出现了， 比如：成本高了，体积大了，功耗也大了等等，这是我们说不希望的，因此，选型的时候尽量选择用SoC. 一般而言，不同的SoC，针对的细分市场不同，比如，有的Soc针对的是网络市场，有的Soc针对的是音视频应用市场，有的Soc针对的是消费类电子市 场，有的SoC针对的是工业控制市场等等，针对不同的市场，其外设的种类以及性能也不一样。比如针对工业控制的Soc,内部对各种总线应该考虑的比较充 分，而音视频处理就一般般，甚至没有；针对网络应用的Soc,其网络处理功能就会很强大，同样可能也不会有很强的视频处理功能；因此，对于这款数码相框来 说，我们应该选择一款针对消费类电子的SoC。其次，你选择的SoC最好包括你所需的全部外设。为什么呢? 我们举个例子，假如你选择的SoC没有包括LCD，那么为了支持LCD,你还要再额外加块LCD芯片，这样一来，成本，功耗，体积都上去了，甚至连可靠性 都变差了，不合算啊不合算。

当前，应用于嵌入式的CPU,主要有ARM,POWERPC,MIPS等体系结构的。这几种体系结构，大家可 能对ARM比较熟悉，对PowerPC和MIPS就相对陌生一些了。PowerPC和MIPS其实是非常优秀的体系结构，PowerPC应用于通信和军工 较多，而MIPS技术很NX的说，但市场做的不好，因此，听说过MIPS的人不多也是有道理的，曾经，AMD出了个AUxxxx系列的MIPS体系结构的 SoC，非常不错的！如AU1200,AU1550等等，有兴趣的可以去找些资料看下。另外，值得一提的是，国产CPU 龙芯就是基于MIPS指令集的。

以上几种体系结构中，ARM的市场占有率是最高的，也是最为大多数人熟知的。2003年的时候，在北京和ARM当是中国区的总裁谭军博士聊了几次，了解到他们的市场做得好是有道理滴，这个话题这里就不多说了哈！

ARM 主要是因为针对消费类电子设备而崛起的，因此，像我们这个数码相框，选择用ARM处理器不失为一个不错的选择。一说到ARM处理器，大多数人头脑里就是三 星三星，其实三星也就只是其中一家做ARM CPU的公司啦，除了三星之外，还有很多NB的公司，如TI,Freescale等等。三星的东西，个人认为拿来做个学习板啊，做个要求不高的消费类电子 啊什么的还是凑合吧。

这里要说下ARM这个词。ARM这个词其实有好几个方面的含义：

1) ARM是一种体系结构，从这个层面来说，ARM和X86,PowerPC,MIPS等是一个概念。

2) ARM是一个公司。这个公司是ARM公司，英国的。这个公司设计CPU,但是不生产CPU，不生产CPU那高什么赚钱呢？人家赚钱的方式NB得很，靠的是 卖知识产权，比如ARM公司把ARM核卖给三星，三星买到这个核以后，根据市场定位再加上一堆外设，从而做成一块CPU（就是一SoC), 然后给这个CPU取个名字，叫S3C6410啊，或者是S3C2440啊什么的，这就是你看到的CPU啦。然后，三星每卖一块CPU，就给ARM公司分一 点钱，这样，三星就帮ARM赚钱了，除了三星外，ARM还卖给其他公司，如果TI,Freescale等，这样，一大把NB的公司帮ARM赚钱，想想都嫉 妒(题外话：200x年早期，中国兴起了CPU热，想当年，北大还把ARM核买过来做了一款CPU，有谁知道叫什么名字的，举个手:) )

3) ARM是CPU,也就是大家常说的ARM CPU，如S3c6410等等，现在你明白了，其实就是一个SOC而已。

除 了功能，成本，之外，还要考虑资源的丰富程度。现在假如选了个CPU，结果发现软硬件资源少得可怜，那恭喜你，你的产品研发进度有问题了！本来三个月可以 完成的，结果整了三年没出来，不赔死就怪了。除了这个之外，还要考虑采购和供货情况。如果不考虑的话，产品研发完了，测试也没有问题了，就等着生产后卖出 去数钱啦，结果供应商告诉你，这块芯片停产了，就等着哭去吧！

所以说，要做个产品出来，真不是那么容易的，要考虑的东西很多。

选来选曲，吵来吵去，最后才好不容易终于把CPU确定下来了。CPU确定下来后，其他元器件就好确定了，甚至软件层面的开发也基本可以确定了。

从这里我们可以看得出来：

1) 公司用什么CPU，是根据具体产品来确定，不同的公司，用的CPU可能不一样，同一个同事，不同的产品也都有可能不一样，因此，对于嵌入式开发学习而言， 用什么开发板其实不是太重要，重要的是要系统掌握嵌入式开发的原理和知识。这样的话，到了公司后，随便给你一块cpu,你都能很快搞定，这才叫真正掌握了 嵌入式开发。千万别给我说，你学的时候用的是s3c6410,学完后你就只会这块处理器，其它的一概不会，这样的话，那就说明你还没掌握。

2) 做产品跟玩学习板是两概念。企业要的是产品，产品开发更实验板开发是两概念，除了功能外，更多的是非功能性因素，因此，你应该通过学习，尽力学习和积累企 业所需的经验,这样，你才会成为企业喜欢的人。对于着急找工作的人来说，这应该做的是找机会接触和参与企业实际项目的开发训练，这才是真有价值的。

今天先写到这，欲知后事如何，且听下节分解。

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第二回   第三节

到现在为止，我们对硬件选型做完了，接下来就要开始进行硬件设计了.

硬 件选型中，我们的核心是要确定CPU，CPU确定后，一般来说，需要购买一块评估板，也就是大家常说的开发班。开发板所带的资源可以帮我们节省很多开发工 作。这是必须的，对于产品研发来说，要考虑上市时间。本来一款很好的产品，如果开发了2~3年还没有出来，机会就过去了，没有市场了也就可以去喝西北风 了. 这个开发板跟大家常听说的学习板虽然差不多，但还是不是一概念。学习板都是玩玩的，跑起来就完了，哪管你稳定不稳定，好不好，如果拿这种态度去做产品研发 的话，卖多少赔多少!

大家可能有个感觉，在我的讲解中，始终不离口的是产品产品产品，这是必须的,产品是唯一目标，必须学以致用，这才 是学习嵌入式的目标.还是之前那句话，学了不用不如不学。再多说一句，围绕培训是否有用这一观点，说有用的有，说没用的也有。我的观点是，培训是有用的, 但前提是要找对培训机构(比如RE.ER嵌入式学院，顺便打个广告哈:) ), 培训是成本最低的学习方式(除非你认为时间不是钱)，不信的话自己去算。那么，培训的核心是什么呢：是实践和项目开发.这个靠自学是搞不定的。好了,不扯 远了，有机会我再开个专题谈论一下我关于培训的观点和认识(希望我开专题讨论培训的请在后面跟帖).

硬件选型确定了，开发板也搞定了，下面就是设计了。这时候硬件工程师开始表演了.

硬件工程师表演的第一个节目是原理图设计。所谓原理图设计，简单通俗的说，就是从逻辑和电气方面，怎么把元器件连接起来。

比如lcd的哪个引脚接到cpu的哪个引脚上，要不要加个电阻，要不要加个电容什么的，这个一般都根据评估版来整，相对来讲不是太难。

原 理图设计完了后，接下来表演PCB设计，这里的pcb不是操作系统里面程序控制块的意思哈，而是印刷电路板。pcb设计要做的事情就是在原理图的基础上， 如何把元器件放在电路板上，以及具体如何走线等。现在的核心版几乎至少都是6层板了，底板好多也都是4层板，因此，在学校里面只学了单面板或双面版的同 学，要认识到还有差距哈, 如果想学习画多层板的话，也可以到我们RE.ER嵌入式学院来，我们有专门的多层PCB设计课程，这门课程学完后，要求实际画一块四层板出来（达到投板生 产的要求）,之所以这里要提出来，主要是国内除了我们RE.ER嵌入式学院外，做嵌入式硬件设计培训的太少了。PCB设计其实还是蛮重要的，PCB布线不 好，很容易导致产品不稳定，对于单面板和多面版，可能考虑的不多，但对于高频和高速的板子，就得格外小心了，而很多东西，是书本上没有的，只能靠经验.

PCB 设计结束后，接下来就是生产了，对与大多数公司而言，没必要还要自己搞个工厂，直接找个专业的pcb生产厂家就可以了。国内有那么3~4家做快板的,基本 都在深圳，上海也有一家，具体名字我就不说拉. 我们RE.ER嵌入式学院自己做的AM1808 CPU核心版，找的是深圳的，从发出到拿到手，7天，还是挺快的. 在等PCB板的过程中，可以采购元器件，如果用到了国外的元器件，需要提前购买。我们当时采购的cpu,要从香港拿货，就耽搁了没有预料到的时间(因为海 关乱七八遭的事)。元器件到了，板子也好了，就是焊接了。对于BGA封装的，一般需要机器焊，一般人搞不定(我就认识一牛人，手工焊BGA，但焊的过程是 不会让你看到的:),有意思).

焊接结束后，一款板子就好了，初步调试调试，没问题了，就交给嵌入式软件工程师。硬件工程师的工作就算完成90%了，剩下的10%是需要配合软件工程师。以后的所有工作，就都属于嵌入式软件工程师了。

这 里额外说点职业相关的话题。很多人说，嵌入式的核心是软件，这是有道理的。从刚才这个过程也看得出来，一旦硬件做完后，除非另外新产品开发外,就这个产品 而言，基本没什么事了，就算有事，也差不多都是体力活了，比如组织生产阿，测试啊什么的. 只有软件在不停的做不停的做不停的做，各种应用各种软件各种应用各种软件等等，因此，软件工程师的需求量远大于硬件工程师。还有一个就是，整个感觉就是硬 件工程师的工资没有软件高，这是个奇怪的现象，就好比测试工程师的工资没有开发工程师高一样(其实真正的测试工程师要比开发工程师NB,但国内反过来了, 难怪国内的企业做的产品都很很狗shi,当然，产品质量除了测试外，设计和开发是非常重要的，RE.ER嵌入式学院自己开发了一套产品研发管理系统，很 NX的，以后有时间可以找个专题讲下，看看"完美"的嵌入式产品开发是怎么开发的)

好了，23:15了，收工。欲知后事如何，且听下回分解。

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