简单明了!高手总结嵌入式软件方法步骤,你要知道的都在这里了

发布时间:2018年01月29日 10:01    作者:技术小白
关键词: 嵌入式软件开发方法
什么是嵌入式?

嵌入式分为广义和狭义两种。广义的嵌入式就是片上系统(system on a chip),包括单片机、PSOC、NIOS、Microblaze等。而狭义的嵌入式就是ARM9、cortex A8等特定的跑操作系统的芯片。这里主要介绍狭义嵌入式的学习路线,主流的方法,先学会使用它,再深入研究底层。

常用的嵌入式操作系统有Linux、WIN CE、安卓、Vxworks、QNX、OSE等,目前资料最多的是linux,所以下面以linux为例。

一、安装虚拟机和Linux系统。

一般人用的电脑都会装Windows系统,要想在Windows上跑其它系统,得安装虚拟机。而目前主流的虚拟机有vmware、VirtualBox、hyperV等,你可以随便选一个安装。然后去官网下载个人版的Linux镜像(.iso文件)并把它安装在虚拟机里面即可,这里给出主流Linux系统的官网链接:ubuntu、fedora、centos、debian、suse。如果你没有用过linux的话,推荐使用ubuntu。因为RedHat要收费,并改名为RHEL,所以这里不作介绍。

先下载一本《鸟哥私房菜》。然后进入第二、三、四阶段(前期的学习不需要开发板)。

二、学会使用Linux常用命令。

这里,必须改改在Windows下点鼠标的习惯,在linux下做事得用命令行。此外,在Linux下载软件,不需要在百度下载,而是用linux自带的软件包管理工具(如:apt-get、dnf、rpm等)。如果你用ubuntu的话,得修改软件源(下载软件的网址),因为国外的源比较慢,百度上有详细说明。接下来,得学会最基本的命令,如:ls、cd、find、grep、ps、diff、fdisk、ifconfig等。跟着教材多操作几遍就会了,没有很深的理论知识,不需要掌握所有的命令,也不需要记住所有命令的选项,用到的时候会查就可以了。有空的话可以上ubuntu社区或者linux公社。

三、学会使用Linux常用工具。

1、编辑器(写代码必备的)。有gedit,vim,emacs,sublime等,推荐学vim。

2、gcc和gdb。gcc是编译器,gdb就是代码调试器。

3、makefile、autoconf、automake。这里可不像VC++6.0这种工具,点个鼠标就给你编译好。在Linux下,你得用makefile和make工具,来编译代码。其中autoconf和automake可以自动生成makefile。

4、ssh、tftp。如果你在ARM开发板上弄了个Web服务器,那么,你就可以用这些工具去访问它。其中,ssh工具建议用SecureCRT或者MobaXterm。

5、samba。要想用Linux跟windows交换数据,还可以搭建samba服务器。

6、版本控制器。有svn,cvs,git等,推荐学git。有了git,你就不必手动备份代码了。

四、学会编写shell脚本。

在实际工作中,复杂的系统管理操作,不会一行一行地敲命令,而是用脚本(命令是基础)。脚本也是一种编程语言,只不过是解释型语言。相比C/C++、C#、JAVA这类高级语言,脚本要易学很多(因为增加了语法糖)。在Linux下,shell也有很多种,如:bsh、bash、csh、tcsh、ksh、zsh等,一般是学bash,其它的遇到再学也不迟,因为都是大同小异的。此外,bash语法比较奇特,很多符号(如:$#,$0,$?等)比较难记,不过也没必要特意去死记它,有个印象就可以了,用到的话再查手册,这里重点掌握正则表达式。如果有时间的话,建议再学python脚本,python的语法要容易很多,用途也比bash广很多。推荐《Shell脚本编程诀窍》。

五、学会Linux下C编程。

尽管学会bash已经能做很多事情了,但是驱动和内核开发还是用C语言,因为那时候系统还没起来,bash是用不了的。此外,C语言的执行效率比bash要高,网络编程的Socket也常常用C语言开发。在这里,得掌握基本的文件操作、进程/线程控制、Socket等。推荐《Linux环境C程序设计》、《UNIX环境高级编程》、《UNIX网络编程 卷1》、《UNIX网络编程 卷2》,或许这些教材有点难,但是,请不要钻牛角尖,不懂的暂时跳过,在学完下一阶段的理论之后,再来看,之前不懂的东西就变得容易。

六、增强理论知识。

因为有的人打着嵌入式硬件工程师的名号装逼,其实嵌入式硬件就是普通硬件工程师做的工作。我们这里都是讨论软件方面的内容,而且嵌入式是以软件为主导的(工资上有较大差距)。如果对硬件感兴趣的,可以参考本博客《如何学习硬件设计——理论篇》和《如何学习硬件设计——实践篇》,这里不要求掌握硬件,有一定程度的了解即可。

1、单片机。具体的学习路线请参考本博客的《如何学习单片机》。不想学单片机的话,可以学计算机组成原理。

2、数据结构。主要掌握表和树,其中链表会在操作系统的调度算法中用到。

3、操作系统。全部都是重点,必须深入研究,才会对Linux有个较全面的认识。

4、编译原理。有时间的话,最好多看看,没空的话,也得了解一下。对于提高编程能力,有一定的帮助。

5、数据库。除了基本的数据库理论之外,还得掌握SQLite或者Oracle。

6、ARM体系结构。介绍ARM的架构和指令集,在移植uboot和驱动中会用到,不做这两项工作的话,可以不学。

7、计算机网络基础。开发中用到的tcp、udp、ssh、tftp、http、rtp就会涉及到网络相关的知识,也就是socket套接字编程。

8、接口应用。如:串口、zmodem、IIC、SPI、1-wire、USBHDMI、CAN、IIS、PCIE、蓝牙陀螺仪等。

学完上面这些理论之后,得再复习一下linux下C编程,你会有更大的收获。

先下载一本韦东山的《嵌入式Linux应用开发完全手册》,还要买一块2440的开发板(虽然s3c2440已经停产,但是这芯片依照是资料最多的一块),然后进入七、八、九、十阶段。其中第七、八、九阶段,使用开发板自带的bootloader即可,暂时不必研究它。

七、文件系统。

在学习操作系统原理的时候,已经有介绍文件系统了,而且不需要深入研究文件系统的具体算法,只需要了解其特性再学会使用它就可以了。如:NFS、FAT32、NTFS、yaffs2、ext4、ZFS等。

八、内核裁剪。

一般初学,可以先掌握内核剪裁(具体工作就是填写若干个选项)。剪裁只是去掉内核部分不需要的功能,以减少代码体积。这里只要求你对内核的各个功能选项都很熟悉就可以了。如果剪裁还不能满足要求的话,得阅读内核源码,修改内核了。推荐《Understanding the Linux Kernel》和《Linux Kernel Development》。阅读内核源码,推荐windows下的source insight或者eclipse。

九、驱动开发。

由于系统还没起来,所以驱动能用到的API(内核的部分API,如:kprintk、kmalloc等)并不多,很多函数还是得自己写的,其中,会经常访问临界资源,所以得掌握自旋锁、睡眠锁。此外,驱动程序出问题的话,整个系统就挂掉了,所以还要掌握各种调试驱动的方法,如:goto语句、日志系统、KDB等。接下来就要熟悉掌握字符设备和块设备的驱动程序了。推荐《小白的博客》和《Linux Device Drivers》(不建议看中文版)。

十、移植bootloader。

单片机也有bootloader,在keil C下的startup.a51,主要是做一些初始化工作。那么,在ARM上面的bootloader也是一样的功能,同样,也没有那么重要所以把它排在后面。常用的bootloader有vivi和uboot,一般学习uboot,主要掌握uboot的启动流程和移植。在经过前面的学习,那么uboot对你来说已经非常容易的了,一般只需要学会使用uboot或者用已经移植好的uboot,不需要深入研究它。推荐看uboot自带的帮助文档以及《深入理解BootLoader》。阅读uboot源码,推荐windows下的source insight或者eclipse。
十一、图形界面开发
常用的GUI图形库有:GTK++、QT、JAVA、安卓等。有C++基础的,建议学习QT,不会C++的,建议学JAVA。在前期的GUI开发,可以不需要使用开发板,而2440下适合跑QT,如果要跑JAVA、安卓的话,建议换一块开发板,可以考虑Exynos4412开发板。此外,你还可以用python自带的TKinter来开发图形界面。推荐《QT5编程入门》、《疯狂JAVA讲义》、《疯狂Android讲义》、《python编程入门》。
因为安卓系统是在Linux的基础上封装了一层API,所以,如果做安卓驱动,就得掌握Linux(上面前十个阶段)。如果只做安卓app,你只需要使用android studio或者eclipse配合安卓模拟器(最好用安卓手机),就可以了,不需要学习Linux,也不需要开发板。
在你做过几个GUI项目之后,再学习UML和设计模式,这会大大增强你的代码架构能力。

十二、Web开发。

有的时候得在ARM板上搭个Web服务器,这里,得学习HTML、CSS、Javascript、XML、Ajax、PHP等。看起来内容很多,但其实并不多,因为这些语言都很容易上手。初学可以使用Adobe的Dreamweaver做开发,上手之后一个sublime text配合firefox浏览器就可以了(还要学习MVC模式)。此外,还得会用bash或者python编写CGI程序,这样才可以在网页上调用到底层的C语言接口。推荐《疯狂HTML 5/CSS3/JavaScript讲义》。

十三、杂谈。

今天没有涉及流程图绘制软件、文档生成工具等(这两个东西在工作中会经常用到)。
由上文可知,嵌入式软件涉及很多计算机相关的知识,这对于电子专业的学生来说,无疑相当于跨专业那么大难度。此外,就算你掌握了上面所提及的知识,那也只是打开一扇小小的窗户而已,还有很多事情做不了的。比如:二维码识别、视频采集卡等。

嵌入式的工作也分成几个岗位,分别是系统工程师、驱动工程师、软件工程师(负责网页或GUI开发)、UI工程师(又称美工)。

系统工程师:熟悉操作系统的内核原理、熟读内核源码。主要职责为系统打补丁或者添加新功能,如:热升级、提高系统的容错性等。一般的公司是不做这种开发的。

驱动工程师:熟悉各种外设的驱动开发,为内核和GUI提供接口。由于很多IC厂商提供了相关芯片的驱动程序,而导致很多驱动工程师下岗(需求量减少)。

软件工程师:熟悉各种编程语言和GUI图形库、框架(不是会查文档就可以的,而是要求非常熟悉框架)。由于项目需求经常变更,开发效率跟不上变化,所以软件工程师的需求量大大增加。

UI工程师:主要负责美化界面。美术特长生更适合这类工作。

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