嵌入式系统开发的思维和注重方法,如何学习嵌入式系统开发

  导语:嵌入式系统开发的思维和注重方法,如何学习嵌入式系统开发

  嵌入式系统开发的思维和注重方法

  嵌入式开发是一个比较苦、容易背锅、可能仍然需要996而且拿钱较少,但也有些许乐趣的活,我一直称之为跳坑里了。如果你在里面深耕,那终究会成为大佬,软硬结合的高手;如果你刚入坑,我可能劝你转,但是可能你自己还有点舍不得。

  总之,确定了在这一行,靠的就是思维与技巧结合,注重实践方法,方能在其中有一席之地。

  从裸机思维开始

  嵌入式系统是一个面向应用高度裁减的专用计算机系统,嵌入式软硬件也可以这样定义

  软件:人们借助某种语言,“尝试”固化下来的,自己的思维

  硬件:业已固化下来的逻辑,可以稳定的提供确定的服务和功能软件的本质是设计人员的思维,因而程序设计人员最重要的是自己根据任务的需求想通所有的逻辑,并借助一定的语言作为工具,把自己的思维“固化”下来,而硬件,本质上一个固化下来的逻辑。

  这个是行业内在心底里约定俗成已经默默在做的事情,嵌入式系统、模块化编程、状态机、层次框架等等,都是在其中摸索探究。

  注重方法

  思维的设计有很多辅助工具,如大家熟知的流程图、UML图、数据流图等等。然而,具体代码往往并不是一个好的辅助工具。

  进行思维设计的开发人员,叫做Programmer,也就是所谓的码农,而要做一个好的码农,真的需要注意方法,比如状态机编程,怎么理解状态?如何才算一个状态。

  我们看到图中,我们用圆圈来表示一个状态,图中最左的箭头表示从别的什么地方“跃迁”到了当前状态;下方的箭头表示从当前状态离开;右上角从当前状态“扇出”后又“返回到”当前状态。这里需要很多转变,而好的架构很关键。

  在之前我分享过很多状态机的知识,可以说万物皆可状态机,而嵌入式软件开发时总绕不开与实时性(Real Time)相关的话题,大部分人对实时性的认知过程通常会分以下几个阶段:。

  v1:“实时性” = “越快越好”

  Lv2:“实时性” = RTOS,认为选一个好的RTOS,或者会用RTOS就可以保证实时性;

  Lv3:“实时性” = 任务拆分;

  Lv4:开始思考实时性模型的特点;

  Lv5:到了这个阶段,不仅脑洞大开、战斗力惊人总而言之需要深入理解,才能在注重方法的前提下,成为一个高级码农。

  注重技巧

  为大家庖丁解牛、由浅入深,就要不惧怕优化,不要把编译器的行为看作是玄学,深入底层,才能把编译器、内存、寄存器、语言本质理解的透彻。

  比如位域和volatile,前者用于将指定类型的整形变量按照我们的意愿切分;后者用于告诉编译器不允许对被修饰的变量做优化。如果我们对编译器的优化等级忽略的话,很难定义到bug,或者当我们对内存块理解的不深入不透彻,关于内存的七七八八就会莫名其妙的找上门来。

  volatile在嵌入式系统中的应用范围非常广泛,假设某32位外设寄存器的地址为XXXXX_IO_REG_BASE_ADDRESS,则对应的寄存器可以定义为如下的形式:

  #defineXXXXX_IO_REG ( *((volatile uint32_t*)XXXX_IO_REG_BASE_ADDRESS) )

  而应用中很多针对外设寄存器的连续操作都可以通过优化来大幅度提高效率,在保证程序逻辑正确的情况下,应该尽可能减少volatile的使用,或者是限制其使用的范围,那么你知道为什么吗?

  这就是编译器、语言本身、变量的一些特别之处,搞定这些底层原理知识,必定让我们打开语言的大门。

  最后的话

  嵌入式开发所涉及到的思维训练、C语言以及编译器相关的关键知识、裸机环境下的开发者模型等等,可以帮助我们深入理解底层原理知识,以不变应万变,最终对知识点实现完整和全面的覆盖。

  如何学习嵌入式系统开发,一起来看看

  着重理解”嵌入”的概念

  主要从三个方面上来理解。

  1、从硬件上,将基于CPU的处围器件,整合到CPU芯片内部,比如早期基于X86体系结构下的计算机,CPU只是有运算器和累加器的功能,一切芯片要造外部桥路来扩展实现,象串口之类的都是靠外部

  16C550/2的串口控制器芯片实现,而目前的这种串口控制器芯片早已集成到CPU内部,还有PC机有显卡,而多数嵌入式处理器都带有LCD控制器,但某种意义上就相当于显卡。比较高端的ARM类Intel Xscale架构下的IXP网络处理器CPU内部集成PCI控制器(可配成支持4个PCI从设备或配成自身为CPI从设备);还集成3个NPE网络处理器引擎,其中两个对应于两个MAC地址, 可用于网关交换用,而另外一个NPE网络处理器引擎支持DSL,只要外面再加个PHY芯片即可以实现DSL上网功能。IXP系列最高主频可以达到1.8G,支持2G内存,1G×10或10G×1的以太网口或Febre channel的光通道。IXP系列应该是目标基于ARM体系统结构下由 intel进行整合后成Xscale内核的最高的处理器了。

  2、从软件上前,就是在定制操作系统内核里将应用一并选入,编译后将内核下载到ROM中。而在定制操作系统内核时所选择的应用程序组件就是完成了软件的”嵌入”,比如WinCE在内核定制时,会有相应选择,其中就是wordpad,PDF,MediaPlay等等选择,如果我们选择了,在CE启动后,就可以在界面中找到这些东西,如果是以前PC上将的windows操作系统,多半的东西都需要我们重新再装。

  3、把软件内核或应用文件系统等东西烧到嵌入式系统硬件平台中的ROM中就实现了一个真正的”嵌入”。

  以上的定义是我在6、7年前给嵌入式系统下自话侧重于理解型的定义,书上的定义也有很多,但在这个领域范围内,谁都不敢说自己的定义是十分确切的,包括那些专家学者们,毕竟嵌入式系统是计算机范畴下的一门综合性学科。

  二、嵌入式系统的分层与专业的分类。

  嵌入式系统分为4层,硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。

  1、硬件层,是整个嵌入式系统的根本,如果现在单片机及接口这块很熟悉,并且能用C和汇编语言来编程的话,从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易,硬件层也是驱动层的基础,一个优秀的驱动工程师是要能够看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的,同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。但硬件平台是基础,增值还要靠软件。

  硬件层比较适合于,电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业的人来搞,需要掌握的专业基础知识有,单片机原理及接口技术、微机原理及接口技术、C语言。

  2、 驱动层,这部分比较难,驱动工程师不仅要能看懂电路图还要能对操作系统内核十分的精通,以便其所写的驱动程序在系统调用时,不会独占操作系统时间片,而导 至其它任务不能动行,不懂操作系统内核架构和实时调度性,没有良好的驱动编写风格,按大多数书上所说添加的驱动的方式,很多人都能做到,但可能连个初级的 驱动工程师的水平都达不到,这样所写的驱动在应用调用时就如同windows下我们打开一个程序运行后,再打开一个程序时,要不就是中断以前的程序,要不 就是等上一会才能运行后来打开的程序。想做个好的驱动人员没有三、四年功底,操作系统内核不研究上几编,不是太容易成功的,但其工资在嵌入式系统四层中可是最高的

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