嵌入式到底该怎么学

前言

其实一直有人问我嵌入式怎么学，今天跟大家讲讲我的理解。因为嵌入式是一个泛的概念，可能很多人认为嵌入式就是嵌入式Linux。但是其实并不仅仅只有Linux，像STM32，51单片机也属于这个范畴之内的，它们有的也可以跑协议栈，跑ucos等系统。所以其实嵌入式是有很多方向的，选择一个方向，做好，做精，都是有前途的。接下来，跟大家探讨一下嵌入式的一些方向，和如何去学习。我以前也是摸索着过来的，没人告诉我如何学习，也没有学习线路，所以走了很多弯路。所以希望这篇文章可以帮助到一些正在学习的人，当然这些内容可能有主观的东西，欢迎大家一起探讨吧。如下仅讨论软件方面^_。 以下内容对牛人不适用。

嵌入式方向

- 单片机开发

单片机开发在这个市场上的需求还是很大，因为制造业公司还是很多，单片机更多用在工业控制，机械控制等上面，当然也会涉及物联网。单片机有8位，16位，32位的，一般8位用得比较多的就是51单片机和STM8，32位用得比较多的就是STM32，还有NXP的芯片，比如K60，K22等。一般学完51和STM32之后，找个单片机的工作应该是没什么问题了。单片机的门槛其实并不高，但是做好也不容易就是了，可能因为门槛问题，导致薪资上面并不会特别高(能力牛逼者例外)。

- Linux应用开发

以前很多人问我“Linux应用到底在做什么？”。其实应用就是在做功能，在操作系统中，因为分层的原因，把应用和驱动区分开，也是为了方便开发分工。因为单片机中基本都是驱动和功能混在一个程序中，所以转到Linux开发中，突然被细分了，就会不清楚应用到底是干啥的。Linux应用使用到的编程语言基本就是C和C++了。所以Linux应用开发一定要掌握好C语言，大学课本中的C语言只是入门，像多线程，多进程，网络通信，还有一些其他的库都没讲到。Linux应用在市场需求上还是很多的，基本有涉及Linux开发的，都需要，它的岗位需求会比驱动多。比如做网络设备，做路由，做POS机, 做楼宇对讲等等。薪资上大家可以参考各个地区招聘网站，相对来说，一般会比单片机高。

- Linux驱动开发

Linux驱动开发是难度最高的，因为它涉及的方面比较多。你必须要会看原理图，datasheet，要了解许多驱动框架，然后还要能写一些应用来调试驱动。驱动入门时间是比较长的，这一块的工作机会在芯片原厂比较多，虽然一些公司也会需要，但是大部分是移植调试，对接原厂工程师等工作。驱动工程师要求高，所以薪资还是很不错的。

上面是基本的三大方向，其实还有一些像FPGA或DSP等，但是因为这些的机会并不多，所以我们并不过多探讨。还有像Android，它是基于Linux的，所以它算是Linux的深入，我们不把它单独列出。

单片机方向

(1) C语言

认真学习C语言，认真学习C语言, 认真学习C语言, 重要的事说三遍。C语言在嵌入式中是重中之重，它就是你上手嵌入式的工具。大学考试不考的，在工作中却经常用到。函数指针，结构体，枚举，文件操作，共同体，宏等相关知识都是非常常用的。不仅是ANSI C, 还有GUN C，所以学起来可不轻松哦。

推荐书籍:

《C Primer Plus》
《C程序设计语言》

(2) 51单片机

虽然现在51单片机用得越来越少，但在一些要求不高的项目中还是会被使用。个人觉得学习51是在学习一些基础知识，对于后面学习其他芯片会有帮助。比如理解寄存器是什么，如何去看电路图，学习一些协议(I2C, SPI, 串口等)，学习看datasheet，这些对于后面的学习会有很大帮助。
推荐书籍:
《新概念51单片机C语言教程》
建议:
买块开发板学习，把里面的例子都码一遍，基本就OK了。

(3) STM32

STM32属于ARM系列的芯片，STM32在这个市场上用得特别多的，有各种各样的系列(L0, F0, F1, F4等)。基本都大同小异，学习一种之后，其他的基本分分钟就能上手，因为现在官方基本都封装了库，我们只需要对结构体进行配置，然后调用接口函数就可以了。它有着丰富的外设资源，运行速度也比51快很多。我们一般就是学习它的外设资源( SPI, I2C, 定时器, 看门狗等)，在这个过程中还会接触很多传感器。学完这些，找个单片机的工作应该没啥问题了。如果要深入STM32, 还可以学习UCOS, FreeRTOS等实时操作系统, 这些对你以后深入理解操作系统会有很大帮助。

推荐教程:
正点原子，野火
建议:
买块开发板玩玩，虽然有点小贵，但是学习嘛。野火和正点原子的书和教程都不错。一定要自己码一遍，写了才能更有感觉，才能激发兴趣。还有就是要多看官方手册，官方手册才是最好的教程。(英语越练越好)

总结：
把上面的搞明白之后，基本能胜任单片机开发了，以后换其他平台的芯片也都差不多，比如TI或NXP，国产的新唐之类的，都是大同小异。

Linux应用方向

(1) Linux基本命令

做Linux应用肯定要在Linux环境下开发啊，所以熟悉Linux的基本操作是应该的。装个Ubuntu系统，在上面练习shell命令，把基本的命令练熟练了。可以顺便把shell脚本学习一下，刚开始可以只练习命令即可。
基本shell命令: ls cd cp rm touch mkdir echo cat mv ln chmod man等。

推荐书籍：
《Linux命令行与shell脚本编程大全》
注:书很厚，很详细，可当工具书查阅.
推荐网站:
https://www.runoob.com/linux/linux-command-manual.html
建议:
很多嵌入式开发的书籍，刚开始的章节也会讲一些基本的命令，那里面的已经够用了，如果以后有需要了解更多命令，可以再临时查。命令不是去背，而是多练，熟悉了自然就记住了。

(2) Linux C编程

上面提到的C语言主要是基本的语法，在Linux下我们要涉及的就更多了。包括文件IO, 多进程控制，多进程通信，多线程编程，网络编程等。掌握这些就基本算入门了，后面要深入，可以去接触一些第三方库，比如ffmpeg，log4c, openssl等。这些一般跟你所处的行业有关，比如ffmpeg一般是音视频相关的。
推荐书籍：
《嵌入式Linux应用程序开发标准教程》
《Linux C编程实战》
《Linux/UNIX系统编程手册》
建议:
在学习这个的过程中，除了直接在命令行上使用gcc编译，还建议学习使用Makefile来进行编译。刚开始手写一些简单的Makefile来编译源码，慢慢的就可以直接使用AutoTools和Cmake了，这两个工具是用来生成Makefile的，对于大项目管理会更加方便(刚开始不建议使用)。

(3) Qt编程

Qt就是图形化编程，它是一些基于C++写的图形化库。它是跨平台的，所以写完的代码，只要在不同的编译器下编译，就能在不同的平台下运行。因为它是C++写的，所以要进行Qt开发需要有C++的语言基础。Qt不仅在嵌入式用得很多，现在很多PC软件也使用Qt写的，比如VirtualBox。
推荐书籍:
《C++ Primer Plus》
《Qt5 开发实战》
《Qt Creator快速入门》
《Qt Quick 核心编程》
视频教程:
https://www.bilibili.com/video/av50849127?from=search&seid=1349644639656479463
建议:
Qt学习的难点可能是C++语言本身，所以学好C++后学习Qt就很轻松了，因为Qt Creator可以很轻松的拖出图形化界面，然后Qt也帮我们封装很了接口，所以Qt上手很快。

Linux驱动方向

Linux驱动的学习一般是建立在前面的基础上的。当然，学驱动也不需要你应用写得很牛逼，但是基本的应用还是要会写的，这样才能方便你调试驱动。接下来大致讲一下，学习的顺序。

(1) 裸板程序

裸板程序其实跟单片机程序没啥区别，都是直接操作寄存器。那为什么要还要学这块内容呢，其实是为了后面打个基础，因为Linux驱动就是Linux驱动框架加上操作寄存器。而且这个阶段对我们查看电路图和datasheet也会有很大帮助。

(2) Uboot移植

Uboot其实是属于系统层的，但是目前行业中大家都是分为底层和应用层，所以这些系统层的一般也归为底层，所以驱动工程师一般也需要做这块。Uboot的主要目标是去引导内核，当然Uboot上也会有属于自己的驱动程序(这里的驱动和内核驱动是不一样的，是独立的)。学习的过程，除了照着别人的教程一步一步移植外，还可以自己找一个其他版本的Uboot，然后自己慢慢移植，会很有趣。

(3) Linux内核移植

内核移植和Uboot移植差不多，都是基于具体芯片架构做移植。现在的内核越来越完善，并且芯片原厂也一直在向内核提交自己的代码，所以慢慢的，非原厂工程师对这块的移植越来越少。但是还是希望学习的过程中能自己找一个版本来进行移植，边查资料边移植，会学到很多东西。建议有时间和精力的，可以深入学习Linux内核，会对写驱动与很大帮助。

(4) 根文件系统制作

根文件系统比较简单，嵌入式根文件系统一般都是使用busybox，一般就是配置，编译，制作，打包。它也是属于系统的。

(5) 字符设备驱动

字符设备是最基本的，像RTC，音频，LCD都是字符设备。可不是仅仅按键，LED，虽然我们学习时都喜欢从它们开始，那是因为它们简单，不会涉及很多设备本身的知识。这样我们在学时会更注重在驱动框架本身的学习。在学习字符设备驱动的过程中，除了基本的open、read、write、ioctl、close外，还要学习并发(原子量，自旋锁，互斥体等)，阻塞和非阻塞I/O, 异步通知和异步I/O等等，最后还有一个很重要的就是中断。这些东西随便拧一个出来，都能学很久。像并发，阻塞，异步I/O这些在其他的设备驱动中也一样会用到，所以在这个阶段一定要好好学的。

(6) 驱动架构

可能很多人学完字符设备驱动后，会马上继续学块设备和网络设备驱动。但我觉得这个时候去学这些是比较容易受打击的。并且我认为应该先把一种摸透，然后再去理解更复杂的，这样会提升信心，对学习更有帮助。
这里说的驱动架构是"总线设备驱动"模型。一般掌握platform，spi，i2c等总线。platform是一种虚拟总线，一般控制器都是用这种总线，还有像LED，按键这种不是挂接在具体总线上的，也是用platform。这个模型的目的是为了将硬件部分分离，让驱动可以复用。
这过程中我们可以将上面的字符设备驱动改为使用"总线设备驱动"模型。到此，我们基本可以应付很多传感器驱动了。

(7) 块设备驱动和网络设备驱动

块设备一般就是存储设备，比如磁盘，MMC，FLASH等。Linux定义了大量结构体和函数接口来让我们填充调用。网络设备也是一样，Linux封装了net_device结构体，然后让我们填充注册。大量的驱动都是这样，Linux系统屏蔽了很多细节，让我们专注于设备的控制和读写。比如RTC，LCD等，我们只需要去使用rtc_device结构体就可以去注册一个RTC设备。现在的网络设备一般拆分成MAC+PHY的结构，就是主芯片有MAC控制器，然后外挂PHY芯片。像最早的DM9000是将MAC和PHY集中在一起。

(8) 各驱动子系统

Linux内部有很多驱动子系统，比如前面说的RTC，Linux提供了RTC核心层，再比如LCD，提供了FrameBuffer等等。还有鼠标，键盘等输入(Input)子系统。每一种驱动都能啃很久，以后可能还会接触Wifi，蓝牙，USB等等。这些东西不单单需要驱动相关知识，还需要很多协议和接口相关的知识，它们的复杂之处就在于此。这些复杂的驱动等需要的时候，或者有时间的时候再慢慢深入研究。

(9) 设备树

为什么将设备树放最后，因为你不用设备树也可以，但是自从设备树出现之后，基本上大家都在使用。所以它已经成为驱动工程师的必备技能了。Linux推出这个东西，肯定是经过深思熟虑的，我们要顺应潮流。
Linux的更新是非常快的，很多东西在迭代，所以我们也要经常关注。驱动架构也在更新，你会经常发现很多结构体在不同版本下是不同的。

推荐书籍:
《LINUX设备驱动程序》
《嵌入式Linux应用开发完全手册》
《Linux设备驱动开发详解–基于最新的Linux4.0内核》
建议：
买块板子学习，之前可能大家推荐三星的2440，但是这款慢慢的在停产，所以现在更推荐三星210或4412，还有NXP的IMX6。这些芯片性能好，以后还可以用来学Android。