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1.1 有哪些设备使用单片机或Linux
所有的电子产品,所用技术都可以认为要么是单片机,要么是Linux;GUI方面主要是QT/Android,它们都是运行于Linux之上的。我们说的单片机不使用操作系统,但是使用单片机设备肯定远远超过Linux。很多人也是先学习单片机,从单片机进入电子工程师行业,日常生活中,有哪些产品使用单片机、Linux呢?下面举一些例子:
我们设计一个产品时,是使用单片机还是Linux,取决于成本:硬件成本、软件成本、维护成本、升级成本。而不应该根据个人偏好来选择:我喜欢单片机,所以就排斥使用Linux;我喜欢Linux,就排斥使用单片机。为了有更多的选择,我们需要既懂单片机,又懂Linux。
1.2 在硬件操作上单片机和Linux是类似的
以点灯为例,
无论是单片机还是Linux,我们要做的事情都一样:看原理图,确定引脚是哪一个,确定它输出什么电平才可以
看芯片手册,确定要怎么操作寄存器
写程序
LED程序里面的init_led、led_on、led_off函数是你一个人写的,爱取什么名就取什么名,爱怎么写就怎么写。
LCD程序里的函数也是你写的,完全是自由发挥。
很多单片机项目不是很复杂,2、3个人从上到下统统搞定,里面的函数大多时间是直接去读写寄存器。
很多单片机项目严重依赖于硬件,换一个芯片后怎么办?重写一套代码呗。
在单片机程序里,没有应用程序、驱动程序的概念,很可能一个人包揽了硬件设计、模块调试(或称之为驱动)、功能开发(或称之为应用)的全部活。
在Linux中,不允许应用开发人员直接去操作硬件,比如你想点个灯,不好意思,你无法直接访问寄存器;你需要通过驱动程序来访问寄存器。
为什么?有几大原因:
Linux系统中运行着众多程序,必须保证质量差的程序无法破坏系统:假设你写的程序比较烂,那我不能让你去随便访问寄存器,把系统搞崩溃了怎么办?你本意是去点灯,但是你看错了寄存器,你把电源关了怎么办?所以这些操作硬件的活,还是交给信得过的人来做吧:交给驱动工程师,他既懂硬件又懂软件。
保证程序的可移植性:编写应用程序时,大家都使用统一的函数,以后换一个芯片时,应用程序不用变;只需要根据这个接口提供驱动程序就可以了。
团队协作:使用Linux系统的项目一般比较大,术业有专攻,一个人不太可能从上到下都全部掌握。比如做人脸识别项目,有擅长做图像处理的,他可不管你要用多少种摄像头,有图像给他就可以。而多种摄像头的硬件操作方法各有不同,这些交给驱动程序工程师。
所以,在Linux中应用程序和驱动程序是分开的。
以LED、LCD程序为例,简化的代码如下
也许你已经大概猜出来了,应用程序怎么调用驱动程序?通过标准的接口:
open:打开驱动程序。
read/write:读、写数据。
ioctl:传入各种参数,获得各种参数。
mmap:内存映射,比如映射之后,应用程序可以直接读写LCD的显存。
你看!从这些接口里,我们根本看不到寄存器的操作。底层的程序驱动会根据这些调用,去设置寄存器、操作硬件。
所以,我高大上的应用工程师,干嘛苦哈哈地去看原理图、看在片手册、读写寄存器,搞不好还要去调试硬件BUG。这些脏活、累活就交给驱动工程师吧。客户的需求千变万化,我996时间都不够用了。
我上懂软件、下懂硬件的驱动工程师,肯定不能把这么重要的活交给你去做了,把我的系统搞崩溃了怎么办。
开玩笑、开玩笑、开玩笑的,有应用工程师、驱动工程师的优劣之分,大家都是为了做出产品。现在有一个趋势,一个任务从上到下你都需要懂,这就是所谓的全栈工程师。
还是以LED为例,应用程序和驱动程序的协作如下图所示:
在Linux中,“一切皆文件”,要访问某个硬件,也是要打开文件、读写文件。应用程序要根据标准的文件接口:open/read/write/ioctl/mmap等来访问驱动程序。
既然如此,怎么写驱动程序呢?最简单的方法就是:APP要调用open来打开驱动程序,那驱动‘程序里就提供一个xxx_open函数来初始化硬件;APP要调用write来写数据,驱动程序里就提供一个xxx_write函数来接收数据并操作硬件。
用xxx_open、xxx_write来构成一个驱动程序,这就是驱动框架。
怎么实现这些xxx_open、xxx_write函数?我们要做的事情跟单片机是类似的,一样要去看电路图、看芯片手册,然后在这些函数里读写寄存器:这称为硬件操作。
所以,Linux驱动程序= 驱动框架 + 硬件操作。
有单片机基础的人,对硬件操作比较熟悉了,把重点放在驱动框架上就可以。
高能预警:驱动框架可不简单,对于LED来说是简单,但是还有更复杂的驱动程序,它要考虑“通用”,这很要命。
下面我们用类比和逻辑推导出嵌入式Linux系统的组成,没错,“推导”。
从上图可以知道:组成:嵌入式Linux系统= bootloader + linux内核 + 根文件系统(里面含有APP)。
bootloader:它的目的是启动内核,去哪等读内核?读到哪里?去Flash等外设读内核,存到内存里去。所以需要有Flash里外设的驱动能力,为了调试方便还会有网络功能。所以,可以认为 booloader = 裸机集合,它就是一个复杂的单片机程序。
Linux内核:Linux内核的最主要目的是去启动APP,APP保存在哪里?保存在“根文件系统”里。“根文件系统”又保存在哪里?在Flash、SD卡等设备里,甚至可能在网络上。所以Linux内核要有这些Flash、SD卡里设备的驱动能力。
不仅如此,Linux内核还有进程调度能力、内存管理等功能。
所以:Linux内核 = 驱动集合 + 进程调度 + 内存管理等。
Bootloader有很多种,常用的叫u-boot。
在实际工作中,对于u-boot基本上是修修改改,甚至不改。但是u-boot本身是很复杂的,比如为了便于调试,它支持网络功能;有些内核是保存在FAT32分区里,于是它要能解析FAT32分区,读FAT32分区的文件。
花那么多精力去学习u-boot,但是工作中基本用不到,这对初学者很不友善。
所以,对于初学者,我建议:理解u-boot的作用、会使用u-boot的命令,这就可以了。
如果你的工作就是修改、完善bootloader,那么再去研究它吧。
之前我们说过Linux内核 = 驱动集合 + 进程调度 + 内存管理等,如果要学习Linux内核,从驱动程序入手是一个好办法。
但是人人都要学习Linux内核、人人都要学习Linux驱动吗?显然不是。
作为初学者,懂几个简单的驱动程序,有利于工作交流;理解中断、进程、线程的概念,无论是对驱动开发、应用程序开发,都是很有好处的。
所以对于初学者,建议前期只学习这几个驱动:LED、按键、中断。
LED驱动程序:这是最简单的驱动程序。
按键驱动程序:它也比较简单,从它引入“中断”。
中断:从“中断”它可以引入:休眠-唤醒、进程/线程、POLL机制、异步通知等概念。这些概念无论是对驱动开发,还是对应用开发,都很重要。
所以,对于初学者,我建议必须学习这几个驱动:LED、按键、中断。
入门之后,如果你想从事内核开发、驱动开发,那么可以去钻研几个驱动程序(输入系统、I2C总线、SPI总线等),掌握若干个大型驱动程序后,你对内核的套路就有所了解了,再去研究其他部分(比如进程管理、文件系统)时你会发现套路是如此通用。
摄像头(VL42)、声卡ALSA驱动是Linux中比较复杂的2类驱动,它们是很难的,如果工作与此相关再去研究。
要学,即使以后你只想研究内核,一些基本的应用开发编写能力也是需要的:
基本设备的访问,比如LCD、输入设备
进程、线程、进程通信、线程同步与互斥
休眠-唤醒、POLL机制、信号
网络编程
①②③部分的知识,跟驱动有密切的关系,它们是相辅相承的。
掌握了基本驱动开发能力、基本应用开发能力之后,在工作中你就可以跟别人友好沟通了,不至于一脸懵逼。
你辛辛苦苦写出了应用程序,怎么把它放到板子上,让它开机就自动启动?
你写的程序,它依赖于哪些库,这些库放到板子上哪个目录?
怎么做一个可升级的系统?即使升级中途断电了,也要保证程序至少还可以运行老的版本?
这些都需要我们了解一下根文件系统。
先了解一下init进程:它要读取配置文件,根据配置文件启动各个APP。
了解了init进程,你就了解了根文件系统的组成,就可以随心所欲裁剪系统,为你的项目制作出最精简的系统。
嵌入式涉及的东西太多太杂了,如果心里没有主线,碰到什么都要去研究个透彻,最终反而忘记自己要学什么了。
嵌入式涉及硬件知识、软件知识,软件里涉及汇编、ARM架构、C语言、Makefile、Shell;又分为bootloader、内核、驱动、基本的APP、GUI。
比如我们会用到Makefile,了解它的基本规则,会用我们提供的Makefile就可以。
不需要深入研究那些make函数,因为在工作中都有现成的Makefile给你使用,不需要自己去编写一套Makefile。何必花上好几天去深入研究它呢?
比如我们会用到bootloader,难道又要花上几个月来深入研究u-boot吗?工作中基本不需要改u-boot,会用那几个命令就可以。
甚至有些学员先去买本shell的书来学习shell命令,何必?我们在视频中用到什么命令,你不懂时再去百度一下这些命令就可以了。
不要脱离初学者的主线:应用基础、驱动基础。有了这2个基础后,你想深入研究某部分时,再去花时间吧。
视频里的代码,请你一定要自己去写一次、写多次。为什么我现在写驱动那么熟?我2009年在华清远见上课时,
每次上课我都要给学生写一次那些驱动,十几次下来闭着眼睛都知道内核的套路了。
记不住那些函数?我也记不住,我都是去参考同类的驱动程序,这又不是闭卷考试。
但是要理清楚思路,你写这个程序要完成什么功能、怎么实现这些功能?这个要弄清楚。
有了思路后再写代码,不知道怎么写?没关系,看看视频,看看示例,然后关闭视频看看能否自己写出来。
我的专长是操作系统,是快速地带领大家掌握一些项目开发的基础知识。
如果你决定深入研究某方面时,我并不能带你多久。你要去看源码,去看这方面的专业书籍。
比如想深入钻研内核的内存管理时,它有页表映射(你需要阅读ARM架构的手册)、SLAB分配器、vmalloc/malloc实现、mmap实现、缺页中断、父进程子进程之间的页面管理等等,内容非常多。有时候连书籍都没有,你需要直接啃代码。
当你想从事某个行业时,就需要深入研究行业相关的知识。
比如CAN总线,它可以写成一本书:CAN协议、CAN报文、Socket CAN、车身网络拓扑结构,CAN应用报文,CAN网络管理报文,CAN诊断报文。
想做物联网网关,需要深入研究MQTT,MQTT协议相对简单,但是MQTT英文原版协议有130多页,中文版有近100页,是一本小书了。
每个行业都有自己的业务逻辑,在掌握基本的编程能力之一,你需要结合具体的业务去深入学习。
但是,怎么编写程序,单片机和Linux有很大不同。
1.3 在单片机中点灯、使用LCD
使用单片机开发程序时,我们一上来就写一个main函数,下面是一些简化的代码:
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1.4 在Linux中点灯、使用LCD
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第2章 嵌入式Linux快速入门
这几天在群里跟学员聊天,有一位学员的学习方法很好:先观其广,再究其深。有时候要“不求甚解”,很多时候保持疑问先学下去,这些疑问就自然解决了。
比如课程中涉及汇编知识,如果你要彻底弄清楚,你需要去学习《ARM架构与编程》;当你学完这本书,你的同学搞不好已经可以上手工作了。
2.1 短期的目标是什么
我们先把学习目标定下来:快速了解嵌入式Linux开发的流程,知道要学什么,具备跟从业者交流的能力。
2.2 一个嵌入式Linux系统的组成
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2.3 要学习bootloader吗
2.4 要学习Linux内核、要学习驱动程序吗
2.5,要学习Linux应用程序吗?先学一些基础技能
2.6,应用程序是怎么启动的?要了解一下根文件系统
第3章 学习方法
3.1 先不要打破砂锅问到底
3.2 思路要清晰,不怕抄代码
3.3 对自己的方向很了解,我只能带你到这里了
专业基础课就一大堆了,像楼上说的那些,其实还有更多。。。
不过如果像fpga这类东西学精了,可以自己设计处理器,然后开发专用的系统,再做编译器,做配套的数据库。。。。
不过一般似乎没人这么玩,太累了。。。
2020-12-07 · 每时每课,给你新机会!
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嵌入式系统是计算机软件和硬件的综合体,岗位包括:ESE(嵌入式软件工程师);ADE(嵌入式应用开发工程师);FWE(嵌入式底层开发工程师);FEC(嵌入式固件开发工程师),我有全套嵌入式视频课可以发给你自学。
课程内容主要包括:
①C,Java核心编程:c语言核心编程,Java核心编程;
②Linux核心操作与算法:Linux系统使用,Linux-c编程核心技术,精品数据结构,Linux-c编程精髓;
③核心操作与算法:Linux系统编程,Linux网络编程核心技术,UI编程,Java核心编程,安卓核心技术;
④ARM+Linux底层开发:数字电路,ARM编程核心,Linux系统开发,嵌入式Linux驱动开发;
⑤大型项目实践:每期安排各类型真实的项目,详细可以找我要资料。
课堂实拍
你可以考察对比一下南京课工场、北大青鸟、中博软件学院等开设有嵌入式开发专业的学校。记得找我要全套嵌入式开发视频课,祝学有所成!望采纳!
2018-03-15
此阶段主要是前期的入门过程,主要针对入行没多久的新人。其实成功没有捷径,所以打好基础才是关键。嵌入式开发要学什么主要包含以下4个方面的内容:
1.电路知识 首先你要学习电路、模电、数电,认识电阻、电容、三极管,基础器件要知道,放大电路、集成运放、时序电路基本电路能看懂,不然看电路图一定是云里雾里,也就无法进行后续的工作。硬件产品的设计实现,包括器件选型、原理图和PCB设计、电路调试,都需要过硬的电路基础。
2.C语言
C语言是嵌入式开发中最重要的编程语言,要对这门语言有深入的理解,毕竟不仅仅要会写程序,看懂他人程序也很重要。最基本的数据类型、数组、指针、结构体,链表、文件操作等都要会,掌握基本语法和语句,不然你要能区分指针数组与数组指针吗?
3.单片机 单片机入门相对简单,通过单片机的学习可以熟悉单片机的硬件结构,包括I/O口、AD转换、通信(串口、并口、I2C、CAN、USB、以太网、ZigBee技术等)、显示(LED、LCD等)、控制(PWM等控制技术)、数据处理(图形、图像、语音、视频等的处理或识别)等,学好单片机可以为采用嵌入式系统奠定良好的基础。
4Linux基础
Linux的源码和架构都是开放的,在嵌入式系统中应用尤为广泛,学习Linux对于系统的开发会有很大的帮助。详细了解Linux下的目录结构、基本命令、编辑器VI、编译器GCC、调试器GDB和 Make 项目管理工具,Shell Makefile脚本编写等知识,以及嵌入式开发环境的搭建。
中级嵌入式工程师
经过第一个阶段的学习,你已经可以进行嵌入式开发工作了,但是要进阶依旧还有很多知识要学,而这个阶段也将是第一个分水岭,使得优秀的嵌入式工程师得以脱颖而出。此阶段虽然只有三项,但涉及的知识非常广,要想学好需要花费大量的精力。
1.Linux编程
系统编程可以直接跟内核及核心系统程序库对话,深入了解Linux内核。掌握Linux系统编程主要提升对Linux应用开发的理解和代码调试的能力。由于网络应用开发越来越广泛,通过Linux网络发展、TCP/IP协议、socket编程、TCP网络编程、UDP网络编程、Web编程开发等方面入手,可以全面了解Linux网络应用程序开发。
2数据结构与算法 数据结构及算法在嵌入式底层驱动、通信协议及各种引擎开发中得到了广泛的应用,语言编译要使用栈、散列表以及语法树;操作系统中用队列、存储管理表及目录树等;数据库系统运用线型表、多链表及索引表进行数据管理等等,对其掌握的好坏直接影响程序的效率、简洁及健壮性。
3.QT、DSP、FPGA
Linux没有自己界面,学习QT编程可以创建艺术级的图形用户界面所需的所有功能,从而更好的实现人机交互控制。而如今用户对于图形图像的要求也越来越高,这就需要DSP、FPGA技术来设计开发更好的嵌入式视觉系统。
高级嵌入式工程师
学习了前两个阶段的知识,你已经可以胜任大部分嵌入式工作了,但是距离大咖仍有一定的差距,其实已经到了第二个分水岭。这部分更多涉及系统层面,没有全方位的知识将会很难下手。
1操作系统平台开发 除了Linux外,嵌入式操作系统还有ARM、WINCE、uC/OS II、Vxworks、uClinux等,不同的系统有着不同的使用环境,你需要学习掌握系统的各个模块,为底层平台搭建做好准备。熟悉各个操作系统的特点以及系统的内核移植,确保操作系统能在某个微处理器或微控制器上运行。随着手机智能硬件的快速兴起,Android操作系统开发也越来越重要。
2驱动开发 驱动程序设计是嵌入式Linux开发工作中非常重要的一部分。不仅要熟悉Linux的内核机制、驱动程序与用户级应用程序的接口,掌握系统对设备的并发操作。还要具备ARM硬件接口的基础知识,熟悉ARM Cortex处理器各资源、掌握Linux设备驱动原理框架,以及工程中常见Linux高级字符设备、块设备、网络设备、USB设备的驱动开发。
以上嵌入式工程师需要学什么,分为三个阶段来讲解,其实还有一条捷径,就是参加华清远见的嵌入式培训,华清远见的嵌入式培训是行业内各大公司都认可的培训。
当你到达这里的时候,可以说你已经是一个人生赢家了,而真正的学习过程如同一场漫长的修行,在这个过程中,必定有各种各样的困难。当然了,嵌入式工作中更多的需要实践以及经验的积累,相信守得云开见月明,你也可成为一名优秀的嵌入式工程师。