學習嵌入式體系結構要注意的一些事情

嵌入式之家

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：電子體系的智能化(工業 操控、現代農業、家用電器、轎車電子、測控體系、數據收集等)，計算機運用的延伸(MP3、手機、通訊、網絡、計算機外圍設備等)。從這些運用能夠看出， 要完結一個以MCU為中心的嵌入式體系運用商品規劃，需求硬件、軟件及職業范疇有關常識。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。職業常識需求經過協作、溝通與總結取得。
概括地說，學習以MCU為中心的嵌入式體系，需求以下軟硬件根底常識與實習練習
①硬件最小體系(電源、晶振、復位、寫入調試接口)；
②通用I／O(開關量輸入／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、集成電路互聯總線I2C、CAN、USB、
嵌入式以太網、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、語音、視頻等的處理或辨認)；
⑨各種詳細運用。
萬變不離其宗，任何運用都能夠歸入這幾類。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，只不過它融于詳細項意圖開發進程當中。
以上實習練習觸及硬件根底、軟件根底及有關范疇常識。計算機言語、操作體系、開發環境等均是到達這些意圖的工具。有些初專家，簡略把工具的運用與所要達 到的真實意圖相混雜。例如，有的學習者學了很長時刻的嵌入式操作體系移植，而不進行實習嵌入式體系商品的開發，到最后也做欠好一個嵌入式體系小商品，違背 了學習方針，乃至拋棄嵌入式體系范疇。這即是進入了嵌入式體系學習誤區，下面對此作一些剖析。
2 嵌入式體系的學習誤區
對于嵌入式體系的學習辦法，因學習閱歷、學習環境、學習意圖、已有的常識根底等不一樣，能夠在學習次序、內容挑選、實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，哪些大概后學；哪些有必要經過實習才干取得；哪些是與詳細芯片無關的通用常識，哪些是與詳細芯片或開發環境有關的知 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 術落后，使得大家對微操控器的開展，在知道與知道上存在差異，致使一些初專家進入嵌入式體系的學習誤區，浪費了寶貴的學習時刻。下面剖析能夠存在的幾個誤 區。
2．1 操作體系的迷惑
假如說，學習嵌入式體系不是為了開發其運用商品，那 就沒有詳細方針，比如學習辦法這樣的疑問也就不用談了。實習上，這正是許多人想學，又不知從何開端學習的要害疑問所在，不知道自個學習的詳細方針。于是， 看了一些訓練廣告，看了書店中品種繁復的嵌入式體系書籍，或上網以“嵌入式體系”為要害詞進行查詢，就參與訓練或看書，開端“學習起來”。對于有計算機閱 歷的人，通常挑選一個嵌入式操作體系就開端學習了。這有點像“瞎子摸大象”，只知道其一個旁邊面。這樣怎么能對嵌入式商品的開發進程有全部知道呢?針對許多 初專家挑選“XXX嵌入式操作體系+XXX處理器”的嵌入式體系入門學習形式，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，再依據實習需求，挑選一種實時操作體系(RTOS)進行學習實習。要記住：RTOS是開發某些類嵌入式商品的輔助工具，是手法，不是意圖；許多類嵌入 式商品，并不需求RTOS。所以，一開端就學習RTOS，并不符合“由淺入深、循序漸進”的學習規則。
RTOS本身由于品種繁復，實習 運用何種RTOS，通常需求由作業單位確定。根底期間首要學習RTOS的根本原理與RTOS上的軟件開發辦法，而不是學習怎么規劃RTOS。以開發實習嵌 入式商品為方針的學習者，不要把過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，浪費了時刻。人的精力是有限的，學習有必要有所挑選。
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過詳細的MCU來表現、實習。但是，挑選任何類型的MCU，其芯片有關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常識。80％的通用常識，有必要經過詳細實習才干取得，所以學習嵌入式技能通常要挑選一個系列的MCU。
體系富含硬件與軟件兩大有些，它們之間的聯系怎么?有些專家，僅從電子的視點知道嵌入式體系。以為“嵌入式體系=MCU硬件體系+小程序”。這些專家大 多具有杰出的電子技能根底常識。實習狀況是，前期MCU內部RAM小，程序存儲器外接，需求外擴各種I／O，沒有像USB、嵌入式以太網等這樣較雜亂的接 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MCU制作技能的開展，不 僅．MCU內部RAM越來越大，Flash進入MCU內部改變了傳統的嵌入式體系開發與調試辦法，固件程序能夠更便利地調試與在線晉級，許多狀況下與開發 PC機程序的便利程度相差無幾，只不過開發環境與運轉環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生了根本變化。
有些專家，僅從軟件開發視點知道嵌入式體系，乃至僅從嵌入式操作體系知道嵌入式體系。這些專家大多具有杰出的計算機軟件開發根底常識，以為硬件是出產廠 商的事。他們沒有知道到，嵌入式體系商品的軟件與硬件均是需求開發者規劃的。筆者常常接到一些對于嵌入式商品安穩性的征詢，發現大多數是由于軟件開發者對 底層硬件的根本原理不知道。特別是有些功用軟件開發者，過火依賴于底層硬件的驅動軟件，自個對底層驅動原理知之甚少。實習上，一些功用軟件開發者，名義上 在做嵌入式軟件，本來僅僅是運用嵌入式修改、編譯環境罷了，實質與開發通用PC機軟件沒有兩樣。而底層硬件驅動軟件的開發，若不全部思考高層功用軟件對底 層硬件的能夠調用，也會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發孤立地分為硬件規劃、底層硬件驅動 軟件規劃、高層功用軟件規劃，那么一旦出現疑問，就能夠難以定位。實習上，嵌入式體系規劃是一個軟件、硬件協同規劃工程，不能像通用計算機那樣，軟件、硬 件徹底分隔來看，而要在一個大的結構內協調作業。
學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，怎么在軟件與 硬件之間取得平衡?對于這個迷惑的主張是：要想變成一名真實的嵌入式體系規劃師，在初學期間，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家JohnCatsoulis在《Designing Embedded Hardware》一書中對于這個疑問的總結：嵌入式體系 與硬件嚴密有關，是軟件與硬件的綜合體，沒有對硬件的知道就不能夠寫好嵌入式軟件；相同，沒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。從初專家視點，能夠 存在別離從這兩個視點片面知道嵌入式體系的疑問。因而，一些從電子體系智能化視點知道嵌入式體系的學習者，能夠會無視編程結構、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知道嵌入式體系的學習者，能夠會把通用計算機學習進程中的概念與辦法生搬硬套到嵌入式體系的實習 中，無視嵌入式體系與通用計算機的差異。
實習上，在嵌入式體系學習與實習的初始期間，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習方案。方針大概是打好嵌入式體系的硬件與軟件根底，經過實習，為變成杰出的嵌入式體系規劃師樹立起根本常識結構。學 習進程中，詳細運用體系可為實習載體，但不能拘泥于詳細體系，大概有必定的籠統與歸納。例如，初專家開發實習操控體系時沒有運用實時操作體系，但不要以為 實時操作體系不需求學習。又例如，初專家能夠一個帶有實時操作體系的樣例為藍本進行學習，但不要以為任何嵌入式體系都需求實時操作體系，乃至為一個非常簡 明的實習體系加上不用要的實時操作體系。因而，片面知道嵌入式體系，能夠致使學習迷惑。大概依據實習項目需求，訓練自個剖析實習疑問、解決疑問的才能。這 是一個長時刻的學習與實習進程，不能期望經過短期訓練完結全體常識體系的樹立，大概重視本身實習，全部地知道嵌入式體系的常識體系。
2．4 入門芯片挑選的迷惑
嵌入式體系的大有些初專家需求挑選一個微操控器(MCU)進行入門級學習，面對許多廠家出產的微操控器系列，通常不知怎么是好。
首先是對于位數疑問，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，這一點與通用微機有很大不一樣。例如做一個遙控器，不需求使 用 32位MCU，不然MCU芯片報價就現已超過遙控器報價需求。對于初次接觸嵌入式體系的學習者，能夠依據自個的常識根底挑選入門芯片的位數。主張大多 數初專家挑選8位MCU作為疾速入門芯片，知道一些匯編與底層硬件常識，以后再選16位或32位芯片進行學習實習。
對于芯片挑選 的另一個誤區是以為有“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，而無視了嵌入式體系運用的多 樣性。對于學習芯片挑選還有一個誤區，即誤以為挑選作業頻率高的芯片進行入門學習，更領先。實習上，作業頻率高能夠給初專家帶來不少艱難。
實習嵌入式體系規劃不是尋求芯片位數、作業頻率、操作體系等要素，而是尋求安穩可靠、保護、晉級、功耗、報價等方針。初專家挑選入門芯片，是經過某 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：入門時刻較短、硬件成本較低，常識要素較多，學習難度較低。
3 根底期間的學習主張
依據以上評論，下面對廣闊渴望學習嵌入式體系的學子提出幾點根底期間的學習主張：
①嵌入式體系軟件硬件密切有關，必定要打好軟硬件根底。本來，只需找到準確的辦法，加上盡力，任何理工科學生，乃至非理工科學生，都能學好嵌入式體系。
②挑選一個芯片及硬件評價板(入門芯片最佳簡略一點，例如8位MCU)、挑選一本好書(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 件評價板的報價必定要在1000元以下，不要太貴，最佳能有自個著手的空間。不花一分硬件錢想要學好嵌入式體系不實習，由于這是實習性很強的學科。好書， 能夠讓人少走彎路，不被誤導。好老師也能夠是做過一些實習項意圖學長(必定要找做過幾個成功項意圖學長或老師做輔導，不然閱歷不足也能夠誤導)，有老師指 導，學習進程會加速(人工智能學科里有個術語叫無老師輔導學習形式與有老師輔導學習形式，無老師輔導學習形式比有老師輔導學習形式雜亂許多。
③許多人怕硬件，本來嵌入式體系硬件比電子線路好學多了。只需深化知道：MCU的硬件最小體系，對I／O口、串行通訊、鍵盤、LED、LCD、 SPI、 I2C、PWM、A／D(包含一些傳感器)、D／A等逐一試驗知道，逐漸實習，再經過著手做一個實習的小體系，底層硬件根底就有了。各個硬件模 塊驅動程序的編寫是嵌入式體系的必備根底。學習嵌入式體系的初期，這個進程是有必要的。
④至于嵌入式實時操作體系RTOS，必定不 要一開端就學，這樣會走許多彎路，也會使你對嵌入式體系感到害怕。等你軟件硬件根底打好了，再學習就感到簡略知道。實習上，許多嵌入式運用并不需求操作系 統。也能夠依據實習項目需求，再學習特定的RTOS。不要被一些嵌入式實時操作體系訓練班的宣揚所誤導，而無視實習嵌入式體系軟硬件根底常識的學習。
⑤要避免片面地單純從“電子”或“計算機軟件”視點知道嵌入式體系。前面說過，嵌入式體系是軟件與硬件的綜合體。因而，要逐漸從MCU的最小體系開端， 一點一點知道硬件原理及底層硬件驅動編程辦法。要經過標準的比如，知道軟件工程封裝、可復用等思維。經過標準編程，堆集底層構件(component)， 也即是一個一個模塊；但是要封裝得比較好，可復用。
⑥重視試驗與實習。這兒說的試驗首要指經過重復來驗證別人的作業，意圖是學習根底常識，這個進程必定要閱歷。實習是自個規劃，有詳細的“商品”方針。假如花500元擺布，自個做一個具有必定功用的小商品，且能安穩運轉1年以上，就能夠說挨近入門了。
⑦對于入門芯片的挑選。不要選太雜亂的微操控器作為入門芯片，不能逾越學習進程。不要一會兒學習幾種芯片。能夠經過一個芯片入門，并具有一個實習閱歷 后，依據實習需求挑選芯片開發實習商品。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習根底后，挑選一個簡略、簡略知道原理的嵌入式操作體系進行學習。不要一開端就學習幾種操作體系，知道了根本原理，實習中確有實習需求再學習也不遲。人總是要不斷學習的。
⑨對于匯編言語與C言語的取舍。跟著：MCU對C編譯的優化支撐，對于匯編言語能夠只知道幾個必要的語句，而直接運用C言語編程。但有必要經過第一個程序 知道芯片初始化進程、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PC機編程言語。
⑩要清晰自個的學習意圖，并留意學習辦法。要清晰學習意圖是打根底，仍是為了習慣作業需求而進行的短訓。學習辦法方面，要依據學習意圖挑選適宜的學習途 徑，留意理論學習與實習、通用常識與芯片有關常識、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，僅供初專家參考。當然，以上只是根底期間的學習主張。要變成杰出的嵌入式體系規劃師，還需求在實習項目中訓練，并不斷學習與堆集閱歷。

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