嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)體系、學(xué)習(xí)誤區(qū)及學(xué)習(xí)建議
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RTOS本身由于種類繁多，實(shí)際使用何種RTOS，一般需要由工作單位確定。基礎(chǔ)階段主要學(xué)習(xí)RTOS的基本原理與RTOS上的軟件開發(fā)方法，而不是學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)RTOS。以開發(fā)實(shí)際嵌入式產(chǎn)品為目標(biāo)的學(xué)習(xí)者，不要把過多的精力花在設(shè)計(jì)或移植RTOS上面。正如很多人使用Windows操作系統(tǒng)，而設(shè)計(jì) Windows操作系統(tǒng)的只有Microsoft。許多人“研究”Linux，但不使用它，浪費(fèi)了時(shí)間。人的精力是有限的，學(xué)習(xí)必須有所選擇。
2．2 硬件與軟件的困惑
以MCU為核心的嵌入式技術(shù)的知識(shí)體系必須通過具體的MCU來體現(xiàn)、實(shí)踐。但是，選擇任何型號(hào)的MCU，其芯片相關(guān)的知識(shí)只占知識(shí)體系的20％左右，80％左右是通用的軟件硬件及相關(guān)知識(shí)。80％的通用知識(shí)，必須通過具體實(shí)踐才能獲得，所以學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)一般要選擇一個(gè)系列的MCU。
系統(tǒng)含有硬件與軟件兩大部分，它們之間的關(guān)系如何?有些學(xué)者，僅從電子的角度認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)。認(rèn)為“嵌入式系統(tǒng)=MCU硬件系統(tǒng)+小程序”。這些學(xué)者大多具有良好的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。實(shí)際情況是，早期MCU內(nèi)部RAM小，程序存儲(chǔ)器外接，需要外擴(kuò)各種I／O，沒有像USB、嵌入式以太網(wǎng)等這樣較復(fù)雜的接口。因此，程序占總設(shè)計(jì)量比例小于50％，使人們認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)(單片機(jī))是“電子系統(tǒng)”，以硬件為主，程序?yàn)檩o。但是，隨著MCU制造技術(shù)的發(fā)展，不僅．MCU內(nèi)部RAM越來越大，F(xiàn)lash進(jìn)入MCU內(nèi)部改變了傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與調(diào)試方式，固件程序可以更方便地調(diào)試與在線升級(jí)，許多情況下與開發(fā) PC機(jī)程序的方便程度相差無幾，只不過開發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境不是同一載體而已。這使得嵌入式系統(tǒng)的軟件硬件設(shè)計(jì)方法發(fā)生了根本變化。
有些學(xué)者，僅從軟件開發(fā)角度認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)，甚至僅從嵌入式操作系統(tǒng)認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)。這些學(xué)者大多具有良好的計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)基礎(chǔ)知識(shí)，認(rèn)為硬件是生產(chǎn)廠商的事。他們沒有認(rèn)識(shí)到，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的軟件與硬件均是需要開發(fā)者設(shè)計(jì)的。筆者常常接到一些關(guān)于嵌入式產(chǎn)品穩(wěn)定性的咨詢，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是由于軟件開發(fā)者對底層硬件的基本原理不理解。特別是有些功能軟件開發(fā)者，過分依賴于底層硬件的驅(qū)動(dòng)軟件，自己對底層驅(qū)動(dòng)原理知之甚少。實(shí)際上，一些功能軟件開發(fā)者，名義上在做嵌入式軟件，其實(shí)僅僅是使用嵌入式編輯、編譯環(huán)境而已，本質(zhì)與開發(fā)通用PC機(jī)軟件沒有兩樣。而底層硬件驅(qū)動(dòng)軟件的開發(fā)，若不全面考慮高層功能軟件對底層硬件的可能調(diào)用，也會(huì)使封裝或參數(shù)設(shè)計(jì)得不合理或不完備，導(dǎo)致高層功能軟件調(diào)用困難?？梢钥闯?，若把嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)孤立地分為硬件設(shè)計(jì)、底層硬件驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)、高層功能軟件設(shè)計(jì)，那么一旦出現(xiàn)問題，就可能難以定位。實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)軟件、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)工程，不能像通用計(jì)算機(jī)那樣，軟件、硬件完全分開來看，而要在一個(gè)大的框架內(nèi)協(xié)調(diào)工作。
學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)是以軟件為主還是以硬件為主，或者如何選擇切入點(diǎn)，如何在軟件與硬件之間取得平衡?對于這個(gè)困惑的建議是：要想成為一名真正的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師，在初學(xué)階段，必須打好嵌入式系統(tǒng)的硬件與軟件基礎(chǔ)。以下是從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)二十多年的美國學(xué)者JohnCatsoulis在《Designing Embedded Hardware》一書中關(guān)于這個(gè)問題的總結(jié)：嵌入式系統(tǒng)與硬件緊密相關(guān)，是軟件與硬件的綜合體，沒有對硬件的理解就不可能寫好嵌入式軟件；同樣，沒有對軟件的理解也不可能設(shè)計(jì)好嵌入式硬件。
2．3 片面認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品種類繁多，應(yīng)用領(lǐng)域各異。在第1部分中，把嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍粗略分為電子系統(tǒng)的智能化與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的延伸兩大類。從初學(xué)者角度，可能存在分別從這兩個(gè)角度片面認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)的問題。因此，一些從電子系統(tǒng)智能化角度認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)者，可能會(huì)忽視編程結(jié)構(gòu)、編程規(guī)范、軟件工程的要求、操作系統(tǒng)等知識(shí)的積累。另一些從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的延伸角度認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)者，可能會(huì)把通用計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)過程中的概念與方法生搬硬套到嵌入式系統(tǒng)的實(shí)踐中，忽視嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)的差異。
實(shí)際上，在嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)與實(shí)踐的初始階段，應(yīng)該充分了解嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，根據(jù)自身的已有知識(shí)結(jié)構(gòu)，制定適合自身情況的學(xué)習(xí)計(jì)劃。目標(biāo)應(yīng)該是打好嵌入式系統(tǒng)的硬件與軟件基礎(chǔ)，通過實(shí)踐，為成為良好的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師建立起基本知識(shí)結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)過程中，具體應(yīng)用系統(tǒng)可為實(shí)踐載體，但不能拘泥于具體系統(tǒng)，應(yīng)該有一定的抽象與歸納。例如，初學(xué)者開發(fā)實(shí)際控制系統(tǒng)時(shí)沒有使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但不要認(rèn)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不需要學(xué)習(xí)。又例如，初學(xué)者可以一個(gè)帶有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的樣例為藍(lán)本進(jìn)行學(xué)習(xí)，但不要認(rèn)為任何嵌入式系統(tǒng)都需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，甚至為一個(gè)十分簡明的實(shí)際系統(tǒng)加上不必要的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。因此，片面認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)，可能導(dǎo)致學(xué)習(xí)困惑。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需要，鍛煉自己分析實(shí)際問題、解決問題的能力。這是一個(gè)長期的學(xué)習(xí)與實(shí)踐過程，不能期望通過短期培訓(xùn)完成整體知識(shí)體系的建立，應(yīng)該重視自身實(shí)踐，全面地理解嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)體系。
2．4 入門芯片選擇的困惑
嵌入式系統(tǒng)的大部分初學(xué)者需要選擇一個(gè)微控制器(MCU)進(jìn)行入門級(jí)學(xué)習(xí)，面對眾多廠家生產(chǎn)的微控制器系列，往往不知如何是好。
首先是關(guān)于位數(shù)問題，目前主要有8位、16位和32位MCU。不同位數(shù)的MCU各有應(yīng)用領(lǐng)域，這一點(diǎn)與通用微機(jī)有很大不同。例如做一個(gè)遙控器，不需要使用 32位MCU，否則MCU芯片價(jià)格就已經(jīng)超過遙控器價(jià)格需求。對于首次接觸嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)者，可以根據(jù)自己的知識(shí)基礎(chǔ)選擇入門芯片的位數(shù)。建議大多數(shù)初學(xué)者選擇8位MCU作為快速入門芯片，了解一些匯編與底層硬件知識(shí)，之后再選16位或32位芯片進(jìn)行學(xué)習(xí)實(shí)踐。
關(guān)于芯片選擇的另一個(gè)誤區(qū)是認(rèn)為有“主流芯片”存在，嵌入式系統(tǒng)也可以形成芯片壟斷。這完全是一種誤解，是套用通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的思維模式，而忽視了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的多樣性。關(guān)于學(xué)習(xí)芯片選擇還有一個(gè)誤區(qū)，即誤認(rèn)為選擇工作頻率高的芯片進(jìn)行入門學(xué)習(xí)，更先進(jìn)。實(shí)際上，工作頻率高可能給初學(xué)者帶來不少困難。
實(shí)際嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)不是追求芯片位數(shù)、工作頻率、操作系統(tǒng)等因素，而是追求穩(wěn)定可靠、維護(hù)、升級(jí)、功耗、價(jià)格等指標(biāo)。初學(xué)者選擇入門芯片，是通過某一： MCU作為藍(lán)本，獲得嵌入式系統(tǒng)知識(shí)體系的通用基礎(chǔ)。其基本原則是：入門時(shí)間較短、硬件成本較低，知識(shí)要素較多，學(xué)習(xí)難度較低。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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