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這個部分十分重要！初學者一定要認真看一遍！ 我們主要討論嵌入式技術學習方法，這里主要是針對嵌入式軟件。 嵌入式技術是一門邊緣科學（又稱交叉科學），涉及的內容非常廣泛，前幾年很多學校，包括一流的大學都在討論要不要設置這個專業。不是說設置這個專業本身有什么問題，而是因為課程設置不容易安排，如果偏硬件的話就成了電子工程一類的專業，如果偏軟件一些就和計算機專業的課程體系雷同了。 正因為如此，很多人在學習嵌入式技術的時候，不知道從哪方面入手，因為知識體系非常龐雜，如果沒有指導，很可能會長時間不得要領，學習效率會很差。 那么，下面探討一下學習方法，我們將盡量用比較簡潔的方式，讓大家明白嵌入式系統知識體系，以及它的整個脈絡。 01 框架學習法 嵌入式系統的學習方法很多人都講過，相信大家在網上或者其他渠道接觸過一些思路和方法，在這里講一下個人的體會。首先來說，學習有沒有捷徑呢？一種說法是可以速成，幾天就可以學會，我們認為這種速成的說法太夸張了，那是不可能的。 有些人認為學習沒有捷徑，你必須經過長期的努力，所謂功到自然成。但是學習嵌入式技術，如果說沒有好的方法那也是不對的，學習一門新的知識體系肯定是要下工夫，但是也需要有好的指引，也就是捷徑，實際上這里是講的就是學習方法。 方法很重要，如果沒有方法，閉著眼亂學亂撞，肯定是不行的。就像我們去找一個沒有去過的地方，自己跟著感覺去找，找到的希望就很小，如果手頭有張地圖，并且還有指南針，那就要快很多；如果我們有導航，自然是更快更方便了。實際上，這就是方法的重要性。 那么在這里，我們來介紹一種學習方法，這種方法也是迅為公司多年培訓和產品開發經驗所總結出來的。 大家可能會問了，迅為也做過嵌入式培訓？實際上我們有很豐富的培訓經驗。我們覺得，“框架學習法”是最適合初學者的一種方法，這里面包含了快速原型的思想；也就是框架學習，快速原型。這里面的主導思想，即從一開始就要看到嵌入式系統知識領域的全貌，然后逐漸深入！ 比如說，我們想了解北京這座城市，如果在胡同里轉來轉去，可能幾年都搞不清楚這個城市是什么情況，如果我們先通過北京地圖學習一下，了解下天安門在什么地方，鳥巢在什么地方，香山八達嶺在哪里。再加上我們到這些地方去看一看，可能很快就掌握了這座城市的全貌。 在這里需要注意的是，即便是有了地圖，也需要有一些基礎，比如我們需要知道什么是天安門，知道鳥巢的來歷，明白八達嶺是怎么回事，實際上這些就是基礎知識。也就是說我們在學習系統框架之前要具備一定的基礎，否則這張地圖也是看不懂的。 學習嵌入式技術也是需要一定的基礎的，關于基礎方面，下一節會專門討論。 接下來如果我們想進一步的了解這座城市，就要去研究這座城市的歷史，甚至是中國的歷史。更細一步呢，還可以進一步研究故宮本身的地圖。這樣一環套一環，經過不斷的研究，逐漸就會掌握這座城市的地理、文化、政治經濟等特點。 通過了解北京城這個簡要的例子，運用框架學習法，在對不同層次的框架的學習過程中，逐漸了解和掌握整個系統。 如果我們不注意方法，每天在胡同里面來回轉悠，肯定是事倍功半，很長時間將不得要領。 框架學習法視頻講解：bilibili搜索--【北京迅為】再談Linux學習方法-框架學習法 02 嵌入式系統學習的框架 學習嵌入式也是這樣。必須掌握一定的方法，才能比較快速有效的學習。這個方法就是框架學習法，如前所述，首先在了解這個基礎框架之前我們要有一定的基礎，那么這個基礎就是單片機和 C 語言，不需要掌握的有多好，但一定要具備一定的 C 語言編程能力。像其他有些課程，比如計算機專業課程中的編譯原理、數據結構，計算機系統體系結構，這些知識實際上還不太需要，了解一下就可以了。 有了 C 語言編程基礎，并且學過單片機，這個時候就可以學習一下嵌入式 Linux 的基本框架了，很簡單，那就是首先要搞清楚什么是 BootLoader、Linux 內核（kernel）、和文件系統，接下來簡單介紹一下。 什么是 BootLoader 呢？ 實際上它是個引導程序，也就是硬件復位以后第一個要執行的程序，它主要工作就是初始化操作系統運行的環境，比如說內存、定時器、緩沖器等，當這個工作做完以后，再把操作系統的代碼加載到內存，然后操作系統就可以啟動并執行，到此為止，bootloader 的任務就完成了。 那么有人問了，沒有 bootloader 行不行呢，可以！但是因為操作系統本身一般是個通用的軟件，它要在不同的平臺上運行，比如 X86，ARM，POWERPC 等等，而不同的處理器的初始化操作是不同的，如果操作系統的軟硬要考慮在啟動時候各種平臺的差異性，那就顯得過于復雜。除此之外，也有其他方面的原因，比如燒寫系統的便捷性考慮等等，這里暫不做深入的探討。 常用的 bootloder 有很多種，比如 U-BOOT、REDBOOT、LILO 等等，我們開發板用的是 Uboot。 什么是 Kernel 呢？ Kernel 就是 Linux 的內核，也就是說 Linux 操作系統本身的代碼。那么 U-BOOT 啟動到最后，就是把它加載到內存，并且跳轉到 Kernel 來執行。 什么是文件系統呢？ 現在我們來介紹一下文件系統，這里需要了解一個事實，就是說 Linux 啟動到最后一定要掛載一個文件系統。這個是 Linux 的一個特點，它不像其他操作系統，比如像 VxWorks，是不需要文件系統的，VxWORKS沒有文件系統也可以運行。 而且還需要了解一點，像 QT 系統、Android、以及 Ubuntu 系統它們的底層都是 Linux 內核，不同的是它們的文件系統不一樣，也就是說，Android 系統相關的一些代碼，比如說圖形界面系統、Android 的虛擬Android 的框架代碼都在 Linux 最后掛的文件系統里面。 如果大家理解了這點，那么這幾個系統的基本架構也就清楚了。 搞清楚了這幾個概念，實際我們就了解了 Linux 系統最基本的框架，然后我們根據開發板配套的資料，去學習如何編譯這幾個文件，因為像 Uboot、Kernel、文件系統，最后編譯生成出來分別是一個獨立的文件，就是說會生成三個文件，最后我們要學會把這幾個文件燒寫到板子上。 學會了編譯和燒寫，接下來呢，我們在這個框架的基礎上，去學習如何做 Linux 上面的應用程序。 什么是應用程序（APP）呢？它是運行在操作系統上面，通過調用操作系統的資源去工作，是最終的業務邏輯，比如我們 Windows 上面有很多的應用程序，像 QQ、暴風影音、WORD、EXEL 等，各種各樣 APP有很多。 根據我們后期的視頻教程，大家應該很快就能學會，比如說串口程序、網絡程序等等，這些都是應用程序，我們不需要做太多，學習幾個加深一下對框架的認識就可以了。 再接下來，我們就需要學習 Linux 驅動方面的一些知識了，這也是在基礎框架里面的，驅動程序可以看成是操作系統的一部分，它在底層專門和硬件打交道。那么大家稍微了解一下，就會知道 Linux 的驅動包括有三種：字符設備、塊設備以及網絡設備。 這個時候呢，大家要注意，只需要學習字符類設備驅動，其他兩種先不要去花時間研究。一定要記住，最初學習嵌入式技術的時候不要去研究塊設備和網絡設備。也就是說，把字符類設備搞明白就可以了。因為一般的公司開發嵌入式的產品僅限于字符設備的開發，掌握字符設備的框架思想和開發步驟就能夠勝任了。至于塊設備和網絡設備，直接用開發板或者某個開發平臺本身提供的驅動就足夠了，這些是一線處理器廠家做的事情，一般情況下不需要我們去完成，這些處理器研發的廠家在為處理器開發配套 BSP 的時候才會涉及這些工作。 當然了，有的同學可能會說，某某公司就是在做塊設備驅動，我的意思是講，從嵌入式這個行業總體上來講，大多數公司都不需要那么做，很多技術往往是直接拿來用的。我們掌握了字符設備驅動的開發方法，已經能夠應付大多數公司的開發要求，對于一個還沒有入門的學生來講，一定要按照我說的辦法來學習。等將來熟練掌握基本技能以后，可以根據框架學習的方法，再去研究更深入的編程。這個時候，那些計算機專業的課程，比如數據結構、計算機系統體系結構、各種算法等等就可以派上用場了，自己的水平也會在學習的過程中再次升華。 學習字符類設備驅動，請跟著迅為的視頻去學習 LED 的驅動編寫方法，以及蜂鳴器、AD 轉換等這些跟 GPIO 相關的驅動開發技巧。掌握了這些，可以講，我們已經成為了一個比較合格的嵌入式驅動工程師！ 這個時候我進一步介紹一下什么是快速原型，如果學過軟件工程的話，那么大家會聽說過一種自頂向下的產品開發方法，這個方法很有效，多數產品的開發方法都是遵循這個思想，大概就是從最初的可行性分析，然后概要設計、詳細設計、編碼、測試等等。 除此之外呢，還有一種開發方法就是‘快速原型’，這個是微軟采用的一種方法，簡而言之呢，快速原型是個逐漸迭代的方法，就是說讓產品盡快把雛形開發出來，然后逐漸清晰，一步步走向成熟。在這里我們把快速原型法用到學習上，它原來是種開發方法，我們這里借鑒過來，借鑒到框架學習的思想上。也就是說，我們掌握一定的基礎以后，就要去學習框架，當這個基礎框架清晰以后，再去學習更新更深入的框架知識，這樣一環套一環，環環相扣，最終研究越來越深入，進而成為這個行業的專家。 那么在嵌入式行業的工程師的職位其實也是這個樣子的，大家看一下： 基本數字電路 + C 語言 + 基礎框架知識 -----> 嵌入式驅動工程師 數據結構+編譯原理 ------> 高級嵌入式驅動工程師 計算機系統體系結構 + 操作系統（從抽象到具體）-------> 系統架構工程師 因為在第一個階段，你會發現，只要熟練掌握 C 語言，有良好的編程功底就夠了，在工作的時候很少涉及到編譯原理、數據結構這些方面的知識，那么很多其他專業的畢業生，甚至原來學機械設計的同學都可以成為嵌入式驅動工程師。 實際也是這樣，在大多數嵌入式技術公司，尤其是應用產品開發的公司，只要了解基本的 Linux 架構的知識，并且能夠編寫字符類的驅動程序就夠了。因為像網絡設備驅動以及塊設備驅動，基本都有個 DEMO 設計，只要參考這個 DEMO 做就可以，根本不需要我們做什么，如果說需要做的話，那也是改一下 GPIO 的設置，修改一下中斷的引腳，僅此而已。 那么深入學習的話，分析操作系統源碼的時候就會發現，數據結構的知識逐漸排上用場，尤其是在某些專業公司，負責某個專用領域的時候，工作中可能會改寫操作系統的某部分代碼，來適應他們自己硬件的各種情況，將會深入分析某方面的技術，比如文件系統、網絡協議等，這個時候數據結構等方面知識就顯得很重要了。 有了基礎的原型以后，通過繼續學習新的知識，逐漸使自己的認識提高一個層次，更精深的了解嵌入式技術，同時知識體系更加完備，可以做更高層次的工作了。 應用這樣的學習方法，在學習過程中，也會使學習過程始終有目標，而不會感覺枯燥，每天都會有成就感，從一開始就能抓住嵌入式系統的脈絡，只要付諸努力，持久學習下去，就能成為嵌入式行業的專家。 最后我們總結下，要想比較快的掌握嵌入式技術，要應用框架學習的方法，在一定的知識基礎上就開始學習基礎的框架知識，這樣就很容易入門，隨著開發經驗的積累，再去學更深入的基礎知識，以及更深層次的框架知識。這樣相互迭代，直到能夠精通嵌入式技術。 這個方法也充分說明計算機科學是門實驗科學。那么在學習過程中，要注意，不用學習過多的基礎知識，也就是說有了 C 語言和單片機的基礎就可以學習嵌入式的基本框架，然后就能夠成為一個合格的嵌入式工程師；以后可以繼續深造，學習數據結構編譯原理操作系統等方面的知識，并深入學習算法，從而再去學習 Linux 更深層次的框架結構，使得整體水平得到進一步的升華。 現在我們總結一下，把學習嵌入式技術的路線圖跟大家澄清一下，那就是： 單片機 + C 語言 -----> 學習基礎框架知識（包括 bootloader，Linux 內核、文件系統的編譯和燒寫 -----> 再去學習 Linux 上層應用的編程，以及字符設備的驅動，學完以后就會覺得入門了，能做一些事情了-----> 最后深入學習計算機系統結構、數據結構、操作系統原理等等一些知識，通過分析 Linux 系統源碼，直到熟練掌握嵌入式編程技術。 框架學習法視頻講解：bilibili搜索-【北京迅為】再談Linux學習方法-框架學習法 03 關于裸機程序和仿真 有些用戶希望通過 ARM 開發板來學裸機程序，其實我們不建議這樣做，在 ARM 上做一些裸機程序，不是不可以，而是沒有太多價值，因為裸機程序根本發揮不了 ARM 處理器的性能，只有運行了操作系統才能夠充分挖掘 ARM 處理器的優勢，更能夠保證系統運行的安全和穩定性。 如果真的想學習裸機程序，單片機就夠了。從架構上來講，單片機和 ARM 是一樣的，都是 CPU，而且編程思想也沒有多少區別，只不過 ARM 速度太快了，只有在上面跑操作系統，并使用多任務的編程方法才能最大化的發揮 ARM 處理器的優勢。 在實際產品開發時也是這樣，幾乎沒有拿 ARM 跑裸機的方式來開發產品的。如果用裸機方式來編程，推薦使用單片機，這樣整體成本也會小很多，事實上也是這樣的。 早期的時候，我們在 ARM 上也做過很多裸機程序，并且用仿真器來調試；很多人，尤其從單片機轉過來的工程師，都希望學習下這種技術，因為他們感覺裸機程序更親切，而直接用操作系統覺得很不踏實，不能夠完全掌握系統的運行情況；其實這種想法是不對的。我們必須在抽象的層次上來開發產品，逐漸轉變觀念，不能說開發一款產品，就一定要對每個程序的細節都非常清楚，應該學會在操作系統這個抽象的軟件上來開發產品，這樣做才符合潮流，也是產品發展以及個人發展必須轉變的思路和觀念。我們看到很多原來做單片機開發的工程師，在轉型嵌入式產品開發的時候面臨很多困難，實際上觀念的轉變應該說是最大的障礙，希望引起大家的注意。 04 基于迅為開發板的學習步驟 本節結合迅為的終結者 I.MX6ULL 開發板來介紹一下嵌入式技術的學習步驟。 大家都知道，嵌入式技術的知識面非常廣，學起來往往不知道如何下手，我們通過這一小節給大家闡述一下嵌入式技術應該從哪里開始學起，以及按照什么樣的步驟深入下去，最后順利入門，成為一個合格的嵌入式工程師。 這節的教程很重要，希望通過這次的講解能起到提綱挈領的作用，讓大家能夠在大量的學習資料中有一個比較清晰的學習脈絡。 前面已經介紹過，嵌入式系統的學習方法，首先要掌握架構，那么什么是架構呢，這里再強調一遍，那就是要搞清楚幾個概念：弄明白什么是 BootLoader 引導程序，什么是 Linux 操作系統內核 Kernel，什么是文件系統。這個很重要，如果搞不明白，直接去學其他的內容，學起來就比較迷糊，實際上是在走彎路，這里推薦大家首先要看一篇文章，也就是迅為用戶 QQ 群的一個答疑記錄：《迅為技術支持群答疑記錄》，已經放到了開發板光盤的網盤鏈接中，路徑為：iTOP-i.MX6ULL 終結者光盤資料->10_其他參考資料->迅為技術支持群答疑記錄，大家可以去研讀一下。 相信大家看了這個對話以后，就應該明白 u-boot、Kernel 和文件系統這幾個文件的作用和意義。接下來大多數工作都是圍繞這幾個文件展開的，比如編譯環境的搭建， 源代碼的編譯和燒寫， 應用程序和驅動程序的編程等等，就是說這幾個文件是貫穿我們整個嵌入式學習的始終的。把這幾個文件搞明白了，后面的學習也就有了目標，所以說搞明白這幾個文件的含義非常重要。 接下來需要我們做的是搭建編譯環境，在 WIN7 或者 WIN10 系統上安裝虛擬機，然后在虛擬機上再安裝 ubuntu。這里需要說明的是，大家在初學的時候要盡量按照教程里的方法一步步的來，這樣學習的效率比較高，所以在可能的情況下一定要按照手冊的要求來做，尤其是初學者；當然大家熟練以后可以去做下創新，做不同的嘗試。 安裝編譯環境是個很費事的過程，雖然說沒有太多的技術含量，但是在這個過程中也要客服很多困難，開源系統就是這樣，時常會遇到一些這樣那樣的問題，很多時候是不可預測的，或許大家會覺得安裝系統是浪費時間很困惑，其實這個過程也是很重要的，中間要學習很多的知識，只要大家不怕折騰，這些過程當中的困難都是可以克服的，迅為公司為了讓大家少走彎路，已經把安裝步驟做了很大程度的簡化。 開發環境搭建起來以后，這個時候可以學習一下對源碼進行編譯，同時也可以學習一下燒寫，一步步按照教程去做就可以了。再次強調一下，所有這些工作都是圍繞我們前面所講的那三個文件進行的，也就是 Uboot， Kernel 和文件系統。 系統的編譯和燒寫都是依賴于這個開發環境的，也就是必須在虛擬機上安裝好 ubuntu， 并且把源代碼從光盤中拷貝到 ubuntu 的環境下面，只要按照教程的提示往下做就可以了。 看完 Linux 入門視頻，我想大家對 Linux 的體系有了基本的了解，這個時候其實已經算是入門了，萬事開頭難，只要邁進了 Linux 的大門，后面便是一馬平川，任你馳騁。 |
