嵌入式有什么值得學習的軟硬件技術

XYD李

對嵌入式系統工程師及嵌入式硬件工程師而言，2020年將是振奮人心的一年。隨著物聯網應用的普及，MCU市場將再次繁榮。因此，市場上對嵌入式系統工程師人才的需求也將出現新高。這些都是底層編程領域中即將出現的趨勢。

先搞清楚什么是嵌入式

我們已經習慣了使用強大的計算能力來處理機器學習，那么嵌入式是這樣的嗎？

一般的機器學習工程師很少考慮計算資源。而且他們也很少關心內存的使用情況。為什么？因為這些硬件都很便宜，甚至是你的手機都擁有相當不錯的CPU和大量內存。

你已經很久沒有過聚會拍照時發現自己手機上的存儲不夠的情況了吧？想象一下，你使用的是只有256KB閃存的TrueTouch感應控制器。沒錯，只有 256KB。而且由于固件占用了一部分， 因此你不能完全使用這點存儲。算下來，你能使用的也就是大約100KB。回頭再看看你的上一個模型的大小。可能比這個大多了。

有意思吧？我們來繼續看。

當聽到“嵌入式設備”時你會想起什么？記住腦海中出現的第一印象。

嵌入式設備可以是任何電動機械，甚至是微波爐和洗衣機

沒錯，你答對了！

如今，幾乎所有的電氣設備都是嵌入式的。這些設備內部可能擁有一個或多個控制器來負責每個功能：觸摸感應、發動機狀態監控等。

這是一種特殊的開發套件，簡稱迷你計算機，專門為運行機器學習模型而開發。它非常強大，而且非常酷。

但似乎有些不對。

信盈達小編有很多朋友都在做一些很棒的硬件業余項目。通常他們會使用Arduino或 STM32。   

那么，接下來請考慮這樣一個問題：“這些設備有多少用在了生產級別的產品中？”

答案：微乎其微

想一想家中有多少電氣設備，然后再想想汽車中包含的大量控制器，以及工作上用到的安保系統，等等。

每個設備都有一個控制器。通常，這些控制器都是微型，且超級便宜。

祝你好運，歡迎來到“嵌入式AI”的世界。

重點：真正的嵌入式世界，由資源極其有限的 1-2 美元芯片組成。而生產級別的產品使用的就是這種芯片。

2020年軟硬件有什么值得學習的新技術

編程語言

當我們談及編寫圍繞硬件層運行的代碼時，最常提起的就是C語言。25年前，當我們從匯編語言過渡到C語言時，整個過程非常緩慢，且需求很高。如果你想進入嵌入式編程領域，那么2020年C以及C++仍然是你應該重點學習的編程語言。

如果你想嘗試嵌入式編程，那么可以從下面幾個方面著手：

https://www.learn-c.org/

Learn-c.org 是 Ron Reiter 的私人項目。雖然這個項目與嵌入式或硬件的關系不大，但作為C語言入門還是很不錯的。

買個微處理器

就小編個人而言，實際操作才是最佳的學習途徑。所以，你也可以買一個微處理器，實際接觸硬件，親眼看到實際結果才是你最應該做的事情。

閱讀書籍和文檔

閱讀書籍和文檔是最關鍵的學習方式。你可以根據自己選擇的方向（嵌入式系統、固件開發、驅動程序開發等），選擇相應的書籍。

除了C/C++之外，該領域沒有真正占據實際市場份額的編程語言，但是下面的新起之秀值得關注。

硬件

除了編程語言之外，硬件設計方面也有一些有趣的趨勢。小編想提及的第一件事情是：RISC-V。

RISC-V 是一種開源硬件指令集體系結構。它基于精簡指令集計算機原理，即所謂的 RISC。與 Arm 相比，制造商不需要支付許可費用即可使用 RISC-V。

面向服務器和消費者的硬件大多采用了x86硬件。我認為 RISC-V 不會很快在這部分市場中贏得份額，但是它有可能應用于其他幾個市場。路由器和交換機等嵌入式設備以及智能手機制造商或物聯網設備都可能切換到 RISC-V 架構。

現在市場已有 RISC-V 的電路板，雖然價格仍然偏高，但值得關注。

除了這些還要學什么？

1、打好嵌入式編程的基礎

這一階段重點打好嵌入式軟件編程的基礎，包括學習Linux系統的基本應用，Linux的常用命令、C語言編程基礎、常用的數據結構。

特別是C語言中對指針的理解和應用。這一階段的主要目的是學習編程語言、開發環境、和培養自己的編程思維，為進一步學習嵌入式開發打下良好的基礎。  

當然，現在講求的是軟硬結合的時代，除了C語言最好還會這些東西：

看懂電路圖

看懂芯片手冊

有編寫，移植驅動的能力

懂內核的實現機制

懂C語言，C++, JAVA等

2、學習ARM體系結構編程

這一階段才是真正的嵌入式編程，首先我們要選擇一款嵌入式CPU和一款嵌入式開發平臺，目前ARM 嵌入式CPU應用最廣泛，這一階段重點是學習嵌入式CPU的裸機編程，熟悉中斷、定時器、串口、NAND FLASH、網絡控制器、LCD屏、觸摸屏等常用嵌入式外圍設備的硬件工作原理，以及如何使用C語言來編程、控制這些硬件。這一階段除了要學習對硬件編程之外，還需要學習嵌入式硬件的知識，但是對于嵌入式軟件工程師來講，重點是學習硬件的工作原理，在掌握硬件工作原理的基礎上，對硬件進行編程控制。這和硬件工程師學習的側重點有所不同。這一階段對應的學校的課程主要包括模擬電路、數字電路、微機原理和單片機。這一階段重點是要看CPU的芯片手冊，大部分的參考書也是對芯片手冊的翻譯。

3、學習嵌入式系統的構建

這一階段主要學習帶有操作系統的嵌入式系統的構建，包括系統的啟動流程、Bootloader的工作流程、UBOOT的編譯、裁剪與移植、嵌入式Linux內核的裁剪、移植與編譯，嵌入式根文件系統的定制、BootLoader、內核和根文件系統的燒寫。這一階段的主要目的是掌握帶有操作系統的嵌入式系統的構建和燒寫過程，以及對嵌入式系統軟件的總體構成有個整體認識，為我們接下來學習嵌入式應用和驅動開發打下堅實的基礎。

4、學習嵌入式Linux應用程序開發

這一階段主要學習上層的嵌入式Linux應用程序開發，包括基于Linux多進程、多線程、網絡、文件與目錄和QT編程。掌握嵌入式Linux環境下應用程序開發技術。

5、學習嵌入式Linux驅動程序開發

這一階段主要學習底層嵌入式Linux設備驅動程序開發設計，包括常用的字符設備驅動、塊設備驅動、LCD設備驅動、觸摸屏設備驅動以及驅動程序開發中的核心技術。

如果你想乘風新基建，如果你想突破自我，如果你想改變目前的工作狀態，預約信盈達免費試聽課，有需要加18025267692（微信）私聊免費體驗名師面對面教導，多年實戰經驗傾囊相授，少走彎路！

6、根文件系統

在開發應用程序時，也需要搭建文件系統，把各種庫、配置文件放進去；在發布產品時，你還需要修改配置文件，使得產品可以自動運行程序；甚至你想實現插上U盤后自動啟動某個程序，這也要要修改配置文件；這一切，都需要你理解根文件系統的構成，理解內核啟動后是根據什么配置文件來啟動哪些應用程序。根文件系統相對比較簡單，可以根據以下路線學習：

Linux根文件系統目錄結構

移植Busybox

init進程介紹及用戶程序啟動過程

使用glibc庫

制作/使用文件系統映象文件

7、完成一個綜合項目

嵌入式技術關鍵在于理論和實踐的結合，要能夠學以致用，完成了以上的所有階段的知識點學習后，到底有沒有學會，會不會用，能不能應用所學知識來解決實際開發中的問題，我們需要來完成一個綜合的嵌入式實訓項目，例如：基于嵌入式Linux平臺實現的飛行器、 基于嵌入式Linux平臺實現的智能機器人等，這些項目都綜合應用了嵌入式開發當中的應用，驅動和QT開發技術。