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1 嵌入式體系的常識體系
嵌入式體系的運用規模能夠大略分為兩大類(lèi)：電子體系的智能化(工業(yè) 操控、現代農業(yè)、家用電器、轎車(chē)電子、測控體系、數據收集等)，計算機運用的延伸(MP3、手機、通訊、網(wǎng)絡(luò )、計算機外圍設備等)。從這些運用能夠看出， 要完結一個(gè)以MCU為中心的嵌入式體系運用商品規劃，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 規劃。軟件規劃有固化軟件的規劃，也能夠含PC機軟件的規劃。職業(yè)常識需求經(jīng)過(guò)協(xié)作、溝通與總結取得。
概括地說(shuō)，學(xué)習以MCU為中心的嵌入式體系，需求以下軟硬件根底常識與實(shí)習練習
①硬件最小體系(電源、晶振、復位、寫(xiě)入調試接口)；
②通用I／O(開(kāi)關(guān)量輸入／輸出，觸及各種二值量檢測與操控)；
③模／數變換(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／模變換(對模擬量設備利用數字進(jìn)行操控)；
⑤通訊(串行通訊接口SCI、串行外設接口SPI、集成電路互聯(lián)總線(xiàn)I2C、CAN、USB、
嵌入式以太網(wǎng)、ZigBee技能等)；
⑥顯現(LED、LCD等)；
⑦操控(操控各種設備，包含PWM等操控技能)；
⑧數據處理(圖形、圖像、語(yǔ)音、視頻等的處理或辨認)；
⑨各種詳細運用。
萬(wàn)變不離其宗，任何運用都能夠歸入這幾類(lèi)。而運用中的硬件規劃、軟件規劃、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(guò)它融于詳細項意圖開(kāi)發(fā)進(jìn)程當中。
以上實(shí)習練習觸及硬件根底、軟件根底及有關(guān)范疇常識。計算機言語(yǔ)、操作體系、開(kāi)發(fā)環(huán)境等均是到達這些意圖的工具。有些初專(zhuān)家，簡(jiǎn)略把工具的運用與所要達 到的真實(shí)意圖相混雜。例如，有的學(xué)習者學(xué)了很長(cháng)時(shí)刻的嵌入式操作體系移植，而不進(jìn)行實(shí)習嵌入式體系商品的開(kāi)發(fā)，到最后也做欠好一個(gè)嵌入式體系小商品，違背 了學(xué)習方針，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)習誤區，下面對此作一些剖析。
2 嵌入式體系的學(xué)習誤區
對于嵌入式體系的學(xué)習辦法，因學(xué)習閱歷、學(xué)習環(huán)境、學(xué)習意圖、已有的常識根底等不一樣，能夠在學(xué)習次序、內容挑選、實(shí)習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(guò)實(shí)習才干取得；哪些是與詳細芯片無(wú)關(guān)的通用常識，哪些是與詳細芯片或開(kāi)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，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(kāi)展，在知道與知道上存在差異，致使一些初專(zhuān)家進(jìn)入嵌入式體系的學(xué)習誤區，浪費了寶貴的學(xué)習時(shí)刻。下面剖析能夠存在的幾個(gè)誤 區。
2．1 操作體系的迷惑
假如說(shuō)，學(xué)習嵌入式體系不是為了開(kāi)發(fā)其運用商品，那 就沒(méi)有詳細方針，比如學(xué)習辦法這樣的疑問(wèn)也就不用談了。實(shí)習上，這正是許多人想學(xué)，又不知從何開(kāi)端學(xué)習的要害疑問(wèn)所在，不知道自個(gè)學(xué)習的詳細方針。于是， 看了一些訓練廣告，看了書(shū)店中品種繁復的嵌入式體系書(shū)籍，或上網(wǎng)以“嵌入式體系”為要害詞進(jìn)行查詢(xún)，就參與訓練或看書(shū)，開(kāi)端“學(xué)習起來(lái)”。對于有計算機閱 歷的人，通常挑選一個(gè)嵌入式操作體系就開(kāi)端學(xué)習了。這有點(diǎn)像“瞎子摸大象”，只知道其一個(gè)旁邊面。這樣怎么能對嵌入式商品的開(kāi)發(fā)進(jìn)程有全部知道呢?針對許多 初專(zhuān)家挑選“XXX嵌入式操作體系+XXX處理器”的嵌入式體系入門(mén)學(xué)習形式，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，再依據實(shí)習需求，挑選一種實(shí)時(shí)操作體系(RTOS)進(jìn)行學(xué)習實(shí)習。要記�。篟TOS是開(kāi)發(fā)某些類(lèi)嵌入式商品的輔助工具，是手法，不是意圖；許多類(lèi)嵌入 式商品，并不需求RTOS。所以，一開(kāi)端就學(xué)習RTOS，并不符合“由淺入深、循序漸進(jìn)”的學(xué)習規則。
RTOS本身由于品種繁復，實(shí)習 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RTOS的根本原理與RTOS上的軟件開(kāi)發(fā)辦法，而不是學(xué)習怎么規劃RTOS。以開(kāi)發(fā)實(shí)習嵌 入式商品為方針的學(xué)習者，不要把過(guò)多的精力花在規劃或移植RTOS上面。正如許多人運用Windows操作體系，而規劃 Windows操作體系的只需Microsoft。許多人“研討”Linux，但不運用它，浪費了時(shí)刻。人的精力是有限的，學(xué)習有必要有所挑選。
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(guò)詳細的MCU來(lái)表現、實(shí)習。但是，挑選任何類(lèi)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(guò)詳細實(shí)習才干取得，所以學(xué)習嵌入式技能通常要挑選一個(gè)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(zhuān)家，僅從電子的視點(diǎn)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(zhuān)家大 多具有杰出的電子技能根底常識。實(shí)習狀況是，前期MCU內部RAM小，程序存儲器外接，需求外擴各種I／O，沒(méi)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(zhù)MCU制作技能的開(kāi)展，不 僅．MCU內部RAM越來(lái)越大，Flash進(jìn)入MCU內部改變了傳統的嵌入式體系開(kāi)發(fā)與調試辦法，固件程序能夠更便利地調試與在線(xiàn)晉級，許多狀況下與開(kāi)發(fā) PC機程序的便利程度相差無(wú)幾，只不過(guò)開(kāi)發(fā)環(huán)境與運轉環(huán)境不是同一載體罷了。這使得嵌入式體系的軟件硬件規劃辦法發(fā)生了根本變化。
有些專(zhuān)家，僅從軟件開(kāi)發(fā)視點(diǎn)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(zhuān)家大多具有杰出的計算機軟件開(kāi)發(fā)根底常識，以為硬件是出產(chǎn)廠(chǎng) 商的事。他們沒(méi)有知道到，嵌入式體系商品的軟件與硬件均是需求開(kāi)發(fā)者規劃的。筆者常常接到一些對于嵌入式商品安穩性的征詢(xún)，發(fā)現大多數是由于軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)者，過(guò)火依賴(lài)于底層硬件的驅動(dòng)軟件，自個(gè)對底層驅動(dòng)原理知之甚少。實(shí)習上，一些功用軟件開(kāi)發(fā)者，名義上 在做嵌入式軟件，本來(lái)僅僅是運用嵌入式修改、編譯環(huán)境罷了，實(shí)質(zhì)與開(kāi)發(fā)通用PC機軟件沒(méi)有兩樣。而底層硬件驅動(dòng)軟件的開(kāi)發(fā)，若不全部思考高層功用軟件對底 層硬件的能夠調用，也會(huì )使封裝或參數規劃得不合理或不齊備，致使高層功用軟件調用艱難。能夠看出，若把嵌入式體系的開(kāi)發(fā)孤立地分為硬件規劃、底層硬件驅動(dòng) 軟件規劃、高層功用軟件規劃，那么一旦出現疑問(wèn)，就能夠難以定位。實(shí)習上，嵌入式體系規劃是一個(gè)軟件、硬件協(xié)同規劃工程，不能像通用計算機那樣，軟件、硬 件徹底分隔來(lái)看，而要在一個(gè)大的結構內協(xié)調作業(yè)。
學(xué)習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(diǎn)，怎么在軟件與 硬件之間取得平衡?對于這個(gè)迷惑的主張是：要想變成一名真實(shí)的嵌入式體系規劃師，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 規劃二十多年的美國專(zhuān)家JohnCatsoulis在《Designing Embedded Hardware》一書(shū)中對于這個(gè)疑問(wèn)的總結：嵌入式體系 與硬件嚴密有關(guān)，是軟件與硬件的綜合體，沒(méi)有對硬件的知道就不能夠寫(xiě)好嵌入式軟件；相同，沒(méi)有對軟件的知道也不能夠規劃好嵌入式硬件。
2．3 片面知道嵌入式體系
嵌入式體系商品品種繁復，運用范疇各異。在第1有些中，把嵌入式體系的運用規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(lèi)。從初專(zhuān)家視點(diǎn)，能夠 存在別離從這兩個(gè)視點(diǎn)片面知道嵌入式體系的疑問(wèn)。因而，一些從電子體系智能化視點(diǎn)知道嵌入式體系的學(xué)習者，能夠會(huì )無(wú)視編程結構、編程標準、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(diǎn)知道嵌入式體系的學(xué)習者，能夠會(huì )把通用計算機學(xué)習進(jìn)程中的概念與辦法生搬硬套到嵌入式體系的實(shí)習 中，無(wú)視嵌入式體系與通用計算機的差異。
實(shí)習上，在嵌入式體系學(xué)習與實(shí)習的初始期間，大概充沛知道嵌入式體系的特色，依據本身的 已有常識結構，制定適合本身狀況的學(xué)習方案。方針大概是打好嵌入式體系的硬件與軟件根底，經(jīng)過(guò)實(shí)習，為變成杰出的嵌入式體系規劃師樹(shù)立起根本常識結構。學(xué) 習進(jìn)程中，詳細運用體系可為實(shí)習載體，但不能拘泥于詳細體系，大概有必定的籠統與歸納。例如，初專(zhuān)家開(kāi)發(fā)實(shí)習操控體系時(shí)沒(méi)有運用實(shí)時(shí)操作體系，但不要以為 實(shí)時(shí)操作體系不需求學(xué)習。又例如，初專(zhuān)家能夠一個(gè)帶有實(shí)時(shí)操作體系的樣例為藍本進(jìn)行學(xué)習，但不要以為任何嵌入式體系都需求實(shí)時(shí)操作體系，乃至為一個(gè)非常簡(jiǎn) 明的實(shí)習體系加上不用要的實(shí)時(shí)操作體系。因而，片面知道嵌入式體系，能夠致使學(xué)習迷惑。大概依據實(shí)習項目需求，訓練自個(gè)剖析實(shí)習疑問(wèn)、解決疑問(wèn)的才能。這 是一個(gè)長(cháng)時(shí)刻的學(xué)習與實(shí)習進(jìn)程，不能期望經(jīng)過(guò)短期訓練完結全體常識體系的樹(shù)立，大概重視本身實(shí)習，全部地知道嵌入式體系的常識體系。
2．4 入門(mén)芯片挑選的迷惑
嵌入式體系的大有些初專(zhuān)家需求挑選一個(gè)微操控器(MCU)進(jìn)行入門(mén)級學(xué)習，面對許多廠(chǎng)家出產(chǎn)的微操控器系列，通常不知怎么是好。
首先是對于位數疑問(wèn)，當前首要有8位、16位和32位MCU。不一樣位數的MCU各有運用范疇，這一點(diǎn)與通用微機有很大不一樣。例如做一個(gè)遙控器，不需求使 用 32位MCU，不然MCU芯片報價(jià)就現已超過(guò)遙控器報價(jià)需求。對于初次接觸嵌入式體系的學(xué)習者，能夠依據自個(gè)的常識根底挑選入門(mén)芯片的位數。主張大多 數初專(zhuān)家挑選8位MCU作為疾速入門(mén)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)習實(shí)習。
對于芯片挑選 的另一個(gè)誤區是以為有“干流芯片”存在，嵌入式體系也能夠構成芯片壟斷。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(wú)視了嵌入式體系運用的多 樣性。對于學(xué)習芯片挑選還有一個(gè)誤區，即誤以為挑選作業(yè)頻率高的芯片進(jìn)行入門(mén)學(xué)習，更領(lǐng)先。實(shí)習上，作業(yè)頻率高能夠給初專(zhuān)家帶來(lái)不少艱難。
實(shí)習嵌入式體系規劃不是尋求芯片位數、作業(yè)頻率、操作體系等要素，而是尋求安穩可靠、保護、晉級、功耗、報價(jià)等方針。初專(zhuān)家挑選入門(mén)芯片，是經(jīng)過(guò)某 一： MCU作為藍本，取得嵌入式體系常識體系的通用根底。其根本原則是：入門(mén)時(shí)刻較短、硬件成本較低，常識要素較多，學(xué)習難度較低。
3 根底期間的學(xué)習主張
依據以上評論，下面對廣闊渴望學(xué)習嵌入式體系的學(xué)子提出幾點(diǎn)根底期間的學(xué)習主張：
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(lái)，只需找到準確的辦法，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(gè)芯片及硬件評價(jià)板(入門(mén)芯片最佳簡(jiǎn)略一點(diǎn)，例如8位MCU)、挑選一本好書(shū)(最佳有標準的比如)、找一位好老師(最佳是有閱歷且熱心的)。硬 件評價(jià)板的報價(jià)必定要在1000元以下，不要太貴，最佳能有自個(gè)著(zhù)手的空間。不花一分硬件錢(qián)想要學(xué)好嵌入式體系不實(shí)習，由于這是實(shí)習性很強的學(xué)科。好書(shū)， 能夠讓人少走彎路，不被誤導。好老師也能夠是做過(guò)一些實(shí)習項意圖學(xué)長(cháng)(必定要找做過(guò)幾個(gè)成功項意圖學(xué)長(cháng)或老師做輔導，不然閱歷不足也能夠誤導)，有老師指 導，學(xué)習進(jìn)程會(huì )加速(人工智能學(xué)科里有個(gè)術(shù)語(yǔ)叫無(wú)老師輔導學(xué)習形式與有老師輔導學(xué)習形式，無(wú)老師輔導學(xué)習形式比有老師輔導學(xué)習形式雜亂許多。
③許多人怕硬件，本來(lái)嵌入式體系硬件比電子線(xiàn)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(pán)、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(shí)習，再經(jīng)過(guò)著(zhù)手做一個(gè)實(shí)習的小體系，底層硬件根底就有了。各個(gè)硬件模 塊驅動(dòng)程序的編寫(xiě)是嵌入式體系的必備根底。學(xué)習嵌入式體系的初期，這個(gè)進(jìn)程是有必要的。
④至于嵌入式實(shí)時(shí)操作體系RTOS，必定不 要一開(kāi)端就學(xué)，這樣會(huì )走許多彎路，也會(huì )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)習就感到簡(jiǎn)略知道。實(shí)習上，許多嵌入式運用并不需求操作系 統。也能夠依據實(shí)習項目需求，再學(xué)習特定的RTOS。不要被一些嵌入式實(shí)時(shí)操作體系訓練班的宣揚所誤導，而無(wú)視實(shí)習嵌入式體系軟硬件根底常識的學(xué)習。
⑤要避免片面地單純從“電子”或“計算機軟件”視點(diǎn)知道嵌入式體系。前面說(shuō)過(guò)，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(kāi)端， 一點(diǎn)一點(diǎn)知道硬件原理及底層硬件驅動(dòng)編程辦法。要經(jīng)過(guò)標準的比如，知道軟件工程封裝、可復用等思維。經(jīng)過(guò)標準編程，堆集底層構件(component)， 也即是一個(gè)一個(gè)模塊；但是要封裝得比較好，可復用。
⑥重視試驗與實(shí)習。這兒說(shuō)的試驗首要指經(jīng)過(guò)重復來(lái)驗證別人的作業(yè)，意圖是學(xué)習根底常識，這個(gè)進(jìn)程必定要閱歷。實(shí)習是自個(gè)規劃，有詳細的“商品”方針。假如花500元擺布，自個(gè)做一個(gè)具有必定功用的小商品，且能安穩運轉1年以上，就能夠說(shuō)挨近入門(mén)了。
⑦對于入門(mén)芯片的挑選。不要選太雜亂的微操控器作為入門(mén)芯片，不能逾越學(xué)習進(jìn)程。不要一會(huì )兒學(xué)習幾種芯片。能夠經(jīng)過(guò)一個(gè)芯片入門(mén)，并具有一個(gè)實(shí)習閱歷 后，依據實(shí)習需求挑選芯片開(kāi)發(fā)實(shí)習商品。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核。
⑧對于嵌入式操作體系的挑選。能夠比及具有必定實(shí)習根底后，挑選一個(gè)簡(jiǎn)略、簡(jiǎn)略知道原理的嵌入式操作體系進(jìn)行學(xué)習。不要一開(kāi)端就學(xué)習幾種操作體系，知道了根本原理，實(shí)習中確有實(shí)習需求再學(xué)習也不遲。人總是要不斷學(xué)習的。
⑨對于匯編言語(yǔ)與C言語(yǔ)的取舍。跟著(zhù)：MCU對C編譯的優(yōu)化支撐，對于匯編言語(yǔ)能夠只知道幾個(gè)必要的語(yǔ)句，而直接運用C言語(yǔ)編程。但有必要經(jīng)過(guò)第一個(gè)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機程序的內容。別的，為了測驗的需求，最佳把握一門(mén)PC機編程言語(yǔ)。
⑩要清晰自個(gè)的學(xué)習意圖，并留意學(xué)習辦法。要清晰學(xué)習意圖是打根底，仍是為了習慣作業(yè)需求而進(jìn)行的短訓。學(xué)習辦法方面，要依據學(xué)習意圖挑選適宜的學(xué)習途 徑，留意理論學(xué)習與實(shí)習、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件與軟件構件等根本概念。
以上主張，僅供初專(zhuān)家參考。當然，以上只是根底期間的學(xué)習主張。要變成杰出的嵌入式體系規劃師，還需求在實(shí)習項目中訓練，并不斷學(xué)習與堆集閱歷。
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發(fā)表于 2015-5-3 16:02:09
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