零基础如何学习嵌入式？ 5
嵌入式学习路线图
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我是1999年上的大学，物理专业。在大一时，我们班里普遍弥漫着对未来的不安，不知道学习了物理后出去能做什么。你当下的经历、当下的学习，在未来的一天肯定会影响到你。毕业后我们也各自找到了自己的职业：出国深造转行做金融、留校任教做科研、设计芯片、写程序、创办公司等等，这一切都离不开在校时学到的基础技能（数学、IT、电子电路）、受过煅炼的自学能力。
所以，各位正在迷茫的在校生，各位正在尝试转行的程序员，未来一定有你的位置，是好是坏取决于你当下的努力与积累。
我不能预言几年后什么行业会热门，也不能保证你照着本文学习可以发财。我只是一个有十几年经验的程序员，给对编程有兴趣的你，提供一些建议。
1.程序员的三大方向
程序员的方向，一般可以分为3类：专业领域、业务领域、操作系统领域。你了解它们后，按兴趣选择吧。
对于专业领域，我提供不了建议。
业务，也就是应用程序，它跟操作系统并不是截然分开的：
①开发实体产品时，应用程序写得好的人，有时候需要操作系统的知识，比如调度优先级的设置、知道某些函数可能会令进程休眠。
②写应用程序的人进阶为系统工程师时，他需要从上到下都了解，这时候就需要有操作系统领域的知识了，否则，你怎么设计整个系统的方案呢？
③做应用程序的人，需要了解行业的需求，理解业务的逻辑。所以，当领导的人，多是做应用的。一旦钻入了某个行业，很难换行业。
④而操作系统领域，做好了这是通杀各行业：他只负责底层系统，在上面开发什么业务跟他没关系。这行很多是技术宅，行业专家。
⑤操作系统和业务之间并没有一个界线。有操作系统经验，再去做应用，你会对系统知根知底，碰到问题时都有解决思路。有了业务经验，你再了解一下操作系统，很快就可以组成一个团队自立门户，至少做个CTO没问题。
1.1 专业领域
它又可以分为下面2类。
1.1.1 学术研究
比如语音、图像处理、人工智能，这类工作需要你有比较强的理论知识，我倾向于认为这类人是“科学家”，他们钻研多年，很多时候是在做学术研究。
在嵌入式领域，需要把他们的成果用某种算法表达出来，针对某种芯片进行优化，这部分工作也许有专人来做。
1.1.2 工程实现
也有这样一类人，他们懂得这些专业领域的概念，但是没有深入钻研。可以使用各类开源资料实现某个目标，做出产品。比如图像处理，他懂得用opencv里几百个复杂函数来实现头像识别。有时候还可以根据具体芯片来优化这些函数。
“专业领域”不是我的菜，如果你要做这一块，我想最好的入门方法是在学校学习研究生、博士课程。
1.2 业务领域
换句话说，就是应用程序，这又可以分为下面2类。
1.2.1 界面显示
做产品当然需要好的界面，但是，不是说它不重要，是没什么发展后劲。
现在的热门词是Android APP和IOS APP开发。你不要被Android、IOS两个词骗了，它们跟以前的VC、VB是同一路货色，只是、仅仅是一套GUI控件的实现。
希望没有冒犯到你，我有理由。
一个程序需要有GUI界面，但是程序的内在逻辑才是核心。Android、IOS的开发工具给我们简化了GUI的开发，并提供了这些控件的交互机制，封装并提供了一些服务(比如网络传输)。但是程序内部的业务逻辑、对视频图像声音的处理等等，这才是核心。另外别忘了服务器那边的后台程序：怎样更安全地保存数据、保护客户的隐私，怎样处理成千上万上百万的并发访问，等等，这也是核心。
但是，从Android、IOS APP入门入行，这很快！如果你是大四，急于找到一份工作，那么花上1、2个月去学习Android或IOS，应该容易找到工作，毕竟APP的需求永远是最大的，现在这两门技术还算热门。在2011、2012年左右，Android程序员的起薪挺高，然后开始下滑。Android APP的入门基本只要1个月，所以懂的人也越来越多。2013、2014年，IOS开发的工资明显比Android高了，于是各类IOS培训也火曝起来。中华大地向来不缺速成人才，估计再过一阵子IOS工程师也是白菜价了。
会Android、IOS只是基本要求，不信去51job搜搜Android或IOS，职位要求里肯定其他要求。
1.2.2 业务逻辑
举个简单例子，做一个打卡软件，你需要考虑这些东西：
①正常流程是上班下班时都要打卡
②有人忘记了怎么办？作为异常记录在案，推送给管理员
③请假时怎么处理？
④加班怎么处理？
对于更复杂的例子，视频会议系统里，各个模块怎么对接，各类协议怎么兼容，你不深入这个行业，你根本搞不清楚。
应用开发的职位永远是最多的，入门门槛也低。基本上只要你会C语言，面试时表现比较得体，一般公司都会给你机会。因为：
①你进公司后，还需要重新培训你：熟悉它们的业务逻辑。
②你要做的，基本也就是一个个模块，框架都有人给你定好了，你去填代码就可以了。
说点让你高兴的事：软件公司里，做领导的基本都是写应用程序的（当然还有做市场的）。写应用程序的人，对外可以研究市场接待客户，对内可以管理程序员完成开发，不让他做领导让谁做？
如果你的志向是写应用程序，那么我建议你先练好基本功：数据结构、算法是必备，然后凭兴趣选择数据库、网络编程等等进行深入钻研。
最后，选择你看好的、感兴趣的行业深耕个10年吧。做应用开发的人选择了某个行业，后面是很难换行业的，选行很重要！
1.3 操作系统领域
UCOS太简单，VxWorks太贵太专业，Windows不玩嵌入式了，IOS不开源，所以对于操作系统领域我们也只能玩Linux了。
在嵌入式领域Linux一家独大！
Android呢？Android跟QT一样，都是一套GUI系统。只是Google的实力太强了，现在Android无处不在，所以很多时候Linux+Android成了标配。注意，在这里我们关心的是Android的整个系统、里面的机制，而不是学习几个API然后开发界面程序。操作系统领域所包含的内容，简单地说，就是制作出一台装好系统的专用“电脑”，可以分为：
①为产品规划硬件：
按需求、性能、成本选择主芯片，搭配周边外设，交由硬件开发人员设计。
②给单板制作、安装操作系统、编写驱动
③定制维护、升级等系统方案
④还可能要配置、安装Android等GUI系统：
⑤为应用开发人员配置开发环境
⑥从系统角度解决疑难问题
这个领域，通常被称为“底层系统”或是“驱动开发”。
先解决2个常见误区：
①这份工作是写驱动程序吗？
看看上面罗列的6点，应该说，它包含驱动开发，但远远不只有驱动开发。
②我们还需要写驱动吗？不是有原厂吗？或者只需要改改就可以？
经常有人说，芯片原厂都做好驱动了，拿过来改改就可以了。如果，你的硬件跟原厂的公板完全一样，原厂源码毫无BUG，不想优化性能、削减成本，不想做一些有特色的产品，那这话是正确的。
但是在这个不创新就是找死的年代，可能吗？！原因有二：
①即使只是修改代码，能修改的前提是能理解；能理解的最好煅炼方法是从零写出若干驱动程序。
②很多时候，需要你深度定制系统。
以前做联发科手机只需要改改界面就可以出货了，现在山寨厂一批批倒下。大家都使用原厂的方案而不加修改时，最后只能拼成本。
举个例子，深圳有2家做交通摄像头、监控摄像头的厂家，他们曾经找我做过4个项目：
①改进厂家给的SD卡驱动性能，使用DMA。
②换了Flash型号后，系统经常出问题，需要修改驱动BUG。
③触摸屏点击不准，找原因，后来发现是旁路电容导致的。
④裁减成本，把4片DDR换为2片DDR，需要改bootloader对DDR的初始化。
这些项目都很急，搞不定就无法出货，这时候找原厂？除非你是中兴华为等大客户，否则谁理你？
我在中兴公司上班时，写驱动的时间其实是很少的，大部分时间是调试：系统调优，上帮APP工程师、下帮硬件工程师查找问题。我们从厂家、网上得到的源码，很多都是标准的，当然可以直接用。但是在你的产品上也许优化一下更好。比如我们可以把摄像头驱动和DMA驱动揉合起来，让摄像头的数据直接通过DMA发到DSP去。我们可以在软件和硬件之间起桥梁作用，对于实体产品，有可能是软件出问题也可能是硬件出问题，一般是底层系统工程师比较容易找出问题。
当硬件、软件应用出现问题，他们解决不了时，从底层软件角度给他们出主意，给他们提供工具。再比如方案选择：芯片性能能否达标、可用的BSP是否完善等等，这只能由负责整个方案的人来考虑，他必须懂底层。
在操作系统领域，对知识的要求很多：
①懂硬件知识才能看懂电路图
②英文好会看芯片手册
③有编写、移植驱动程序的能力
④对操作系统本身有一定的理解，才能解决各类疑难问题
⑤理解Android内部机制
⑥懂汇编、C语言、C++、JAVA
它绝对是一个大坑，没有兴趣、没有毅力的人慎选。
①这行的入门，绝对需要半年以上，即使全天学习也要半年。
②它的职位，绝对比APP的职位少
③并且你没有1、2年经验，招你到公司后一开始你做的还是APP。
优点就是：
①学好后，行业通杀，想换行就换行；想自己做产品就自己做产品。
②相比做应用程序的人，不会被经常变动的需求搞得天天加班。
③门槛高，当然薪水相对就高。
操作系统领域，我认为适合于这些人：
①硬件工程师想转软件工程师，从底层软件入门会比较好
②单片机工程师，想升级一下。会Linux底层的人肯定会单片机，会单片机的人不一定会Linux。
③时间充足的学生：如果你正读大二大三，那么花上半年学习嵌入式Linux底层多有益处。
④想掌握整个系统的人，比如你正在公司里写APP，但是想升为系统工程师，那么底层不得不学。
⑤想自己创业做实体产品的工程师，你有钱的话什么技术都不用学，但是如果没钱又想做产品，那么Linux底层不得不学。
⑥做Linux APP的人，没错，他们也要学习。
这部分人不需要深入，了解个大概就可以：bootloader是用来启动内核，Linux的文件系统(第1个程序是什么、做什么、各目录干嘛用)、APP跟驱动程序的调用关系、工具链，有这些概念就可以了
本文中，就把操作系统默认为Linux，讲讲怎么学习嵌入式Linux+Android系统。
1.4 嵌入式Linux+Android系统包含哪些内容
嵌入式Linux系统包含哪些东西？不要急，举一个例子你就知道了。
①电脑一开机，那些界面是谁显示的？
是BIOS，它做什么？一些自检，然后从硬盘上读入windows，并启动它。
类似的，这个BIOS对应于嵌入式Linux里的bootloader。这个bootloader要去Flash上读入Linux内核，并启动它。
②启动windows的目的是什么？
当然运行应用程序以便上网、聊天什么的了。
这些上网程序、聊天程序在哪？
在C盘、D盘上。
所以，windows要先识别出C盘、D盘。在Linux下我们称之为根文件系统。
③windows能识别出C盘、D盘，那么肯定有读写硬盘的能力。
这个能力我们称之为驱动程序。当然不仅仅是操作硬盘，还有网卡、USB等等其他硬件。嵌入式Linux能从Flash上读出并执行应用程序，肯定也得有Flash的驱动程序啊，当然也不仅仅是Flash。
简单地说，嵌入式LINUX系统里含有bootloader、内核、驱动程序、根文件系统、应用程序这5大块。而应用程序，我们又可以分为：C/C++、Android。
所以，嵌入式Linux+Android系统包含以下6部分内容：
①bootloader
②Linux内核
③驱动程序
④使用C/C++编写的应用程序
⑤Android系统本身
⑥Android应用程序
Android跟Linux的联系实在太大了，它的应用是如此广泛，学习了Linux之后没有理由停下来不学习Android。在大多数智能设备中，运行的是Linux操作系统；它上面要么安装有Android，要么可以跟Android手机互联。现在，Linux+Android已成标配。
2. 怎么学习嵌入式Linux操作系统
本文假设您是零基础，以实用为主，用最快的时间让你入门；后面也会附上想深入学习时可以参考的资料。
在实际工作中，我们从事的是“操作系统”周边的开发，并不会太深入学习、修改操作系统本身。
①操作系统具有进程管理、存储管理、文件管理和设备管理等功能，这些核心功能非常稳定可靠，基本上不需要我们修改代码。我们只需要针对自己的硬件完善驱动程序
②学习驱动时必定会涉及其他知识，比如存储管理、进程调度。当你深入理解了驱动程序后，也会加深对操作系统其他部分的理解
③Linux内核中大部分代码都是设备驱动程序，可以认为Linux内核由各类驱动构成
但是，要成为该领域的高手，一定要深入理解Linux操作系统本身，要去研读它的源代码。
在忙完工作，闲暇之余，可以看看这些书：
①赵炯的《linux内核完全注释》，这本比较薄，推荐这本。他后来又出了《Linux 内核完全剖析》，太厚了，搞不好看了后面就忘记前面了。
②毛德操、胡希明的《LINUX核心源代码情景分析》，此书分上下册，巨厚无比。当作字典看即可：想深入理解某方面的知识，就去看某章节。
③其他好书还有很多，我没怎么看，没有更多建议
基于快速入门，上手工作的目的，您先不用看上面的书，先按本文学习。
2.1 入门路线图
假设您是零基础，我们规划了如下入门路线图。前面的知识，是后面知识的基础，建议按顺序学习。每一部分，不一定需要学得很深入透彻，下面分章节描述。
2.2 学习驱动程序之前的基础知识
2.2.1 C语言
只要是理工科专业的，似乎都会教C语言。我见过很多C语言考试90、100分的，一上机就傻了，我怀疑他们都没在电脑上写过程序。
理论再好，没有实践不能干活的话，公司招你去干嘛？
反过来，实践出真知，学习C语言，必须练练练、写写写！
当你掌握基本语法后，就可以在电脑上练习一些C语言习题了；
当你写过几个C程序后，就可以进入下一阶段的裸机开发了。
①不需要太深入
作为快速入门，只要你会编写“Hello, world!”，会写冒泡排序，会一些基础的语法操作，暂时就够了。
指针操作是重点，多练习；
不需要去学习过多的数据结构知识，只需要掌握链表操作，其他不用学习，比如：队列、二叉树等等都不用学；不需要去学习任何的函数使用，比如文件操作、多线程编程、网络编程等等；这些知识，在编写Linux应用程序时会用，但是在操作系统特别是驱动学习时，用不着！
永往直前吧，以后碰到不懂的C语言问题，我们再回过头来学习。
在后续的“裸机开发”中，会让你继续练习C语言，那会更实战化。
C语言是在写代码中精进的。
②可以在Visual Studio下学习，也可以在Linux下学习，后者需要掌握一些编译命令，我们暂时没有提供C语言的教程，找一本C语言书，网上找找免费的C语言视频(主要看怎么搭建环境)，就可以自学了。
2.2.2 PC Linux基本操作：
对于PC Linux，我们推荐使用Ubuntu，在它上面安装软件非常简便。
我们的工作模式通常是这样：在Windows下阅读、编写代码，然后把代码上传到PC Linux去编译。实际上，Ubuntu的桌面系统已经很好用了，我们拿到各种智能机可以很快上手，相信Ubuntu的桌面系统也可以让你很快上手。为了提高工作效率，我们通常使用命令行来操作Ubuntu。
不用担心，你前期只需要掌握这几条命令就可以了，它们是如此简单，我干脆列出它们：
①cd : Change Directory（改变目录）
cd 目录名 // 进入某个目录cd .. // cd “两个点”：返回上一级目录cd - // cd “短横”：返回上一次所在目录
②pwd : Print Work Directory（打印当前目录 显示出当前工作目录的绝对路径）
③mkdir : Make Directory（创建目录）
mkdir abc // 创建文件夹abcmkdir -p a/b/c // 创建文件夹a，再a下创建文件夹b，再在b下创建文件夹c
④rm : Remove（删除目录或文件）
rm file // 删除名为file的文件rm -rf dir // 删除名为dir的目录
⑤ls : List（列出目录内容）
⑥mount : 挂载
mount -t nfs -o nolock,vers=2 192.168.1.123:/work/nfs_root /mntmount -t yaffs /dev/mtdblock3 /mnt
⑦chown : Change owner（改变文件的属主，即拥有者）
chown book:book /work -R //对/work目录及其下所有内容，属主改为book用户，组改为book
⑧chmod : Change mode（改变权限），下面的例子很简单粗暴
chmod 777 /work -R // 对/work目录及其下所有内容，权限改为可读、可写、可执行
⑨vi : Linux下最常用的编辑命令，使用稍微复杂，请自己搜索用法。
要练习这些命令，你可以进入Ubuntu桌面系统后，打开终端输入那些命令；或是用SecureCRT、putty等工具远程登录Ubuntu后练习。
2.2.3 硬件知识
我们学习硬件知识的目的在于能看懂原理图，看懂通信协议，看懂芯片手册；不求能设计原理图，更不求能设计电路板。
对于正统的方法，你应该这样学习：
①学习《微机原理》，理解一个计算机的组成及各个部件的交互原理。
②学习《数字电路》，理解各种门电路的原理及使用，还可以掌握一些逻辑运算（与、或等）。
③《模拟电路》？好吧，这个不用学，至少我在工作中基本用不到它，现在全忘光了。
就我个人经验来说，这些课程是有用的，但是：
①原理有用，实战性不强。
比如《微机原理》是基于x86系统，跟ARM板子有很大差别，当然原理相通。
我是在接触嵌入式编程后，才理解了这些课程。
②每本书都那么厚，内容都很多，学习时间过长，自学有难度。
针对这些校园教材的不足，并结合实际开发过程中要用到的知识点，我们推出了《学前班_怎么看原理图》的系列视频：
学前班第1课第1节___怎么看原理图之GPIO和门电路.wmv
学前班第1课第2.1节_怎么看原理图之协议类接口之UART.wmv
学前班第1课第2.2节_怎么看原理图之协议类接口之I2C.wmv
学前班第1课第2.3节_怎么看原理图之协议类接口之SPI.wmv
学前班第1课第2.4节_怎么看原理图之协议类接口之NAND Flash.wmv
学前班第1课第2.5节_怎么看原理图之协议类接口之LCD.wmv
学前班第1课第3节___怎么看原理图之内存类接口.wmv
学前班第1课第4.1节_怎么看原理图之分析S3C2410开发板.wmv
学前班第1课第4.2节_怎么看原理图之分析S3C2440开发板.wmv
学前班第1课第4.3节_怎么看原理图之分析S3C6410开发板.wmv
即使你只具备初中物理课的电路知识，我也希望能通过这些视频，让你可以看懂原理图，理解一些常见的通信协议；如果你想掌握更多的硬件知识，这些视频也可以起个索引作用，让你知道缺乏什么知识。
这些视频所讲到的硬件知识，将在《裸板开发》系列视频中用到，到时可以相互对照着看，加深理解。
2.2.4 要不要专门学习Windows下的单片机开发
很多学校都开通了单片机的课程，很多人都是从51单片机、AVR单片机，现在比较新的STM32单片机开始接触嵌入式领域，并且使用Windows下的开发软件，比如keil、MDK等。
问题来了，要不要专门学习Windows下的单片机开发？
①如果这是你们专业的必修课，那就学吧
②如果你的专业跟单片机密切相关，比如机械控制等，那就学吧
③如果你只是想从单片机入门，然后学习更广阔的嵌入式Linux，那么放弃在Windows下学习单片机吧！
理由如下：
①Windows下的单片机学习，深度不够
Windows下有很好的图形界面单片机开发软件，比如keil、MDK等。
它们封装了很多技术细节，比如：
你只会从main函数开始编写代码，却不知道上电后第1条代码是怎么执行的；
你可以编写中断处理函数，但是却不知道它是怎么被调用的；
你不知道程序怎么从Flash上被读入内存；
也不知道内存是怎么划分使用的，不知道栈在哪、堆在哪；
当你想裁剪程序降低对Flash、内存的使用时，你无从下手；
当你新建一个文件时，它被自动加入到工程里，但是其中的机理你完全不懂；
等等等。
②基于ARM+Linux裸机学习，可以学得更深，并且更贴合后续的Linux学习。实际上它就是Linux下的单片机学习，只是一切更加原始：所有的代码需要你自己来编写；哪些文件加入工程，需要你自己来管理。
在工作中，我们当然倾向于使用Windows下更便利的工具，但是在学习阶段，我们更想学习到程序的本质。
一切从零编写代码、管理代码，可以让我们学习到更多知识：
你需要了解芯片的上电启动过程，知道第1条代码如何运行；
你需要掌握怎么把程序从Flash上读入内存；
需要理解内存怎么规划使用，比如栈在哪，堆在哪；
需要理解代码重定位；
需要知道中断发生后，软硬件怎么保护现场、跳到中断入口、调用中断程序、恢复现场；
你会知道，main函数不是我们编写的第1个函数；
你会知道，芯片从上电开始，程序是怎么被搬运执行的；
你会知道，函数调用过程中，参数是如何传递的；
你会知道，中断发生时，每一个寄存器的值都要小心对待；
等等等。
你掌握了ARM+Linux的裸机开发，再回去看Windows下的单片机开发，会惊呼：怎么那么简单！并且你会完全明白这些工具没有向你展示的技术细节。
驱动程序=Linux驱动程序软件框架+ARM开发板硬件操作，我们可以从简单的裸机开发入手，先掌握硬件操作，并且还可以：
①掌握如何在PC Linux下编译程序、把程序烧录到板子上并运行它
②为学习bootloader打基础：掌握了各种硬件操作后，后面一组合就是一个bootloader
2.2.5 为什么选择ARM9 S3C2440开发板，而不是其他性能更好的？
有一个错误的概念：S3C2440过时了、ARM9过时了。
这是不对的，如果你是软件工程师，无论是ARM9、ARM11、A8还是A9，对我们来说是没有差别的。
一款芯片，上面有CPU，还有众多的片上设备(比如UART、USB、LCD控制器)。我们写程序时，并不涉及CPU，只是去操作那些片上设备。
所以：差别在于片上设备，不在于CPU核；差别在于寄存器操作不一样。
因为我们写驱动并不涉及CPU的核心，只是操作CPU之外的设备，只是读写这些设备的寄存器。
之所以推荐S3C2440，是因为它的Linux学习资料最丰富，并有配套的第1、2期视频。
2.2.6 怎么学习ARM+Linux的裸机开发
学习裸机开发的目的有两个：
①掌握裸机程序的结构，为后续的u-boot作准备
②练习硬件知识，即：怎么看原理图、芯片手册，怎么写代码来操作硬件
后面的u-boot可以认为是裸机程序的集合，我们在裸机开发中逐个掌握各个部件，再集合起来就可以得到一个u-boot了。
后续的驱动开发，也涉及硬件操作，你可以在裸机开发中学习硬件知识。
注意：如果你并不关心裸机的程序结构，不关心bootloader的实现，这部分是可以先略过的。在后面的驱动视频中，我们也会重新讲解所涉及的硬件知识。
推荐两本书：杜春蕾的《ARM体系结构与编程》，韦东山的《嵌入式Linux应用开发完全手册》。后者也许是国内第1本涉及在PC Linux环境下开发的ARM裸机程序的书，如果我说错了，请原谅我书读得少。
对于裸机开发，我们提供有2部分视频：
①环境搭建
第0课第1节_刚接触开发板之接口接线.wmv
第0课第2节_刚接触开发板之烧写裸板程序.wmv
第0课第3节_刚接触开发板之重烧整个系统.wmv
第0课第4节_刚接触开发板之使用vmwae和预先做好的ubuntu.wmv
第0课第5节_刚接触开发板之u-boot打补丁编译使用及建sourceinsight工程.wmv
第0课第6节_刚接触开发板之内核u-boot打补丁编译使用及建sourceinsight工程.wmv
第0课第7节_刚接触开发板之制作根文件系统及初试驱动.wmv
第0课第8节_在TQ2440,MINI2440上搭建视频所用系统.wmv
第0课第9节_win7下不能使用dnw烧写的替代方法.wmv
.................未完
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