如何学习嵌入式软件

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

什么是嵌入式？

        嵌入式分为广义和狭义两种。广义的嵌入式就是片上系统(system on a chip)，包括单片机、PSOC、NIOS、Microblaze等。而狭义的嵌入式就是ARM9、cortex A8等特定的跑操作系统的芯片。这里主要介绍狭义嵌入式的学习路线。

        还是主流的方法，先学会使用它，再深入研究底层。

        常用的嵌入式操作系统有Linux、WIN CE、安卓、Vxworks、QNX、OSE等，目前资料最多的是linux，所以下面以linux为例。

一、安装虚拟机和Linux系统。

        一般人用的电脑都会装Windows系统，要想在Windows上跑其它系统，得安装虚拟机。而目前主流的虚拟机有vmware、VirtualBox、hyperV等，你可以随便选一个安装。然后去官网下载个人版的Linux镜像(.iso文件)并把它安装在虚拟机里面即可，这里给出主流Linux系统的官网链接：ubuntu、fedora、centos、debian、suse。如果你没有用过linux的话，推荐使用ubuntu。因为RedHat要收费，并改名为RHEL，所以这里不作介绍。

         先下载一本《鸟哥私房菜》。然后进入第二、三、四阶段(前期的学习不需要开发板)。

二、学会使用Linux常用命令。

         这里，必须改改在Windows下点鼠标的习惯，在linux下做事得用命令行。此外，在Linux下载软件，不需要在百度下载，而是用linux自带的软件包管理工具(如：apt-get、dnf、rpm等)。如果你用ubuntu的话，得修改软件源(下载软件的网址)，因为国外的源比较慢，百度上有详细说明。接下来，得学会最基本的命令，如：ls、cd、find、grep、ps、diff、fdisk、ifconfig等。跟着教材多操作几遍就会了，没有很深的理论知识，不需要掌握所有的命令，也不需要记住所有命令的选项，用到的时候会查就可以了。有空的话可以上ubuntu社区或者linux公社。

三、学会使用Linux常用工具。

1、编辑器(写代码必备的)。有gedit,vim,emacs,sublime等，推荐学vim。

2、gcc和gdb。gcc是编译器，gdb就是代码调试器。

3、makefile、autoconf、automake。这里可不像VC++6.0这种工具，点个鼠标就给你编译好。在Linux下，你得用makefile和make工具，来编译代码。其中autoconf和automake可以自动生成makefile。

4、ssh、tftp。如果你在ARM开发板上弄了个Web服务器，那么，你就可以用这些工具去访问它。其中，ssh工具建议用SecureCRT或者MobaXterm。

5、samba。要想用Linux跟windows交换数据，还可以搭建samba服务器。

6、版本控制器。有svn,cvs,git等，推荐学git。有了git，你就不必手动备份代码了。

7、串口调试助手。推荐serials。其它的，比如：minicom，cutecom，picocom都不好用。

四、学会编写shell脚本。

         在实际工作中，复杂的系统管理操作，不会一行一行地敲命令，而是用脚本(命令是基础)。脚本也是一种编程语言，只不过是解释型语言。相比C/C++、C#、JAVA这类高级语言，脚本要易学很多(因为增加了语法糖)。在Linux下，shell也有很多种，如：bsh、bash、csh、tcsh、ksh、zsh等，一般是学bash，其它的遇到再学也不迟，因为都是大同小异的。此外，bash语法比较奇特，很多符号(如：$#,$0,$?等)比较难记，不过也没必要特意去死记它，有个印象就可以了，用到的话再查手册，这里重点掌握正则表达式。如果有时间的话，建议再学python脚本，python的语法要容易很多，用途也比bash广很多。推荐《Shell脚本编程诀窍》。

五、学会Linux下C编程。

         尽管学会bash已经能做很多事情了，但是驱动和内核开发还是用C语言，因为那时候系统还没起来，bash是用不了的。此外，C语言的执行效率比bash要高，网络编程的Socket也常常用C语言开发。在这里，得掌握基本的文件操作、进程/线程控制、Socket等。推荐《Linux环境C程序设计》、《UNIX环境高级编程》、《UNIX网络编程 卷1》、《UNIX网络编程 卷2》，或许这些教材有点难，但是，请不要钻牛角尖，不懂的暂时跳过，在学完下一阶段的理论之后，再来看，之前不懂的东西就变得容易。

六、增强理论知识。

        因为有的人打着嵌入式硬件工程师的名号装逼，其实嵌入式硬件就是普通硬件工程师做的工作。我们这里都是讨论软件方面的内容，而且嵌入式是以软件为主导的（工资上有较大差距）。如果对硬件感兴趣的，可以参考本博客《如何学习硬件设计——理论篇》和《如何学习硬件设计——实践篇》，这里不要求掌握硬件，有一定程度的了解即可。

1、单片机。具体的学习路线请参考本博客的《如何学习单片机》。不想学单片机的话，可以学计算机组成原理。

2、数据结构。主要掌握表和树，其中链表会在操作系统的调度算法中用到。

3、操作系统。全部都是重点，必须深入研究，才会对Linux有个较全面的认识。

4、编译原理。有时间的话，最好多看看，没空的话，也得了解一下。对于提高编程能力，有一定的帮助。

5、数据库。除了基本的数据库理论之外，还得掌握SQLite或者Oracle。

6、ARM体系结构。介绍ARM的架构和指令集，在移植uboot和驱动中会用到，不做这两项工作的话，可以不学。

7、计算机网络基础。开发中用到的tcp、udp、ssh、tftp、http、rtp就会涉及到网络相关的知识，也就是socket套接字编程。

8、接口应用。如：串口、zmodem、IIC、SPI、1-wire、USB、HDMI、CAN、IIS、PCIE、蓝牙、陀螺仪等。

           学完上面这些理论之后，得再复习一下linux下C编程，你会有更大的收获。

           先下载一本韦东山的《嵌入式Linux应用开发完全手册》，还要买一块2440的开发板(虽然s3c2440已经停产，但是这芯片依照是资料最多的一块)，然后进入七、八、九、十阶段。其中第七、八、九阶段，使用开发板自带的bootloader即可，暂时不必研究它。

七、文件系统。

       在学习操作系统原理的时候，已经有介绍文件系统了，而且不需要深入研究文件系统的具体算法，只需要了解其特性再学会使用它就可以了。如：NFS、FAT32、NTFS、yaffs2、ext4、ZFS等。

八、内核裁剪。

        一般初学，可以先掌握内核剪裁（具体工作就是填写若干个选项）。剪裁只是去掉内核部分不需要的功能，以减少代码体积。这里只要求你对内核的各个功能选项都很熟悉就可以了。如果剪裁还不能满足要求的话，得阅读内核源码，修改内核了。推荐《Understanding the Linux Kernel》和《Linux Kernel Development》。阅读内核源码，推荐windows下的source insight或者eclipse。

九、驱动开发。

        由于系统还没起来，所以驱动能用到的API(内核的部分API，如：kprintk、kmalloc等)并不多，很多函数还是得自己写的，其中，会经常访问临界资源，所以得掌握自旋锁、睡眠锁。此外，驱动程序出问题的话，整个系统就挂掉了，所以还要掌握各种调试驱动的方法，如：goto语句、日志系统、KDB等。接下来就要熟悉掌握字符设备和块设备的驱动程序了。推荐《小白的博客》和《Linux Device Drivers》(不建议看中文版)。

十、移植bootloader。

        单片机也有bootloader，在keil C下的startup.a51，主要是做一些初始化工作。那么，在ARM上面的bootloader也是一样的功能，同样，也没有那么重要所以把它排在后面。常用的bootloader有vivi和uboot，一般学习uboot，主要掌握uboot的启动流程和移植。在经过前面的学习，那么uboot对你来说已经非常容易的了，一般只需要学会使用uboot或者用已经移植好的uboot，不需要深入研究它。推荐看uboot自带的帮助文档以及《深入理解BootLoader》。阅读uboot源码，推荐windows下的source insight或者eclipse。

十一、图形界面开发。

        常用的GUI图形库有：GTK++、QT、JAVA、安卓等。有C++基础的，建议学习QT，不会C++的，建议学JAVA。在前期的GUI开发，可以不需要使用开发板，而2440下适合跑QT，如果要跑JAVA、安卓的话，建议换一块开发板，可以考虑Exynos4412开发板。此外，你还可以用python自带的TKinter来开发图形界面。推荐《QT5编程入门》、《疯狂JAVA讲义》、《疯狂Android讲义》、《python编程入门》。

         因为安卓系统是在Linux的基础上封装了一层API，所以，如果做安卓驱动，就得掌握Linux(上面前十个阶段)。如果只做安卓app，你只需要使用android studio或者eclipse配合安卓模拟器(最好用安卓手机)，就可以了，不需要学习Linux，也不需要开发板。

          在你做过几个GUI项目之后，再学习UML和设计模式，这会大大增强你的代码架构能力。

十二、Web开发。

         有的时候得在ARM板上搭个Web服务器，这里，得学习HTML、CSS、Javascript、XML、Ajax、PHP等。看起来内容很多，但其实并不多，因为这些语言都很容易上手。初学可以使用Adobe的Dreamweaver做开发，上手之后一个sublime text配合firefox浏览器就可以了(还要学习MVC模式)。此外，还得会用bash或者python编写CGI程序，这样才可以在网页上调用到底层的C语言接口。推荐《疯狂HTML 5/CSS3/JavaScript讲义》。

十三、杂谈。

          本文没有涉及流程图绘制软件、文档生成工具等(这两个东西在工作中会经常用到)。

          由上文可知，嵌入式软件涉及很多计算机相关的知识，这对于电子专业的学生来说，无疑相当于跨专业那么大难度。此外，就算你掌握了上面所提及的知识，那也只是打开一扇小小的窗户而已，还有很多事情做不了的。比如：二维码识别、视频采集卡等。

BTW，嵌入式的工作也分成几个岗位，分别是系统工程师、驱动工程师、软件工程师(负责网页或GUI开发)、UI工程师(又称美工)。

系统工程师：熟悉操作系统的内核原理、熟读内核源码。主要职责为系统打补丁或者添加新功能，如：热升级、提高系统的容错性等。一般的公司是不做这种开发的。

驱动工程师：熟悉各种外设的驱动开发，为内核和GUI提供接口。由于很多IC厂商提供了相关芯片的驱动程序，而导致很多驱动工程师下岗(需求量减少)。

软件工程师：熟悉各种编程语言和GUI图形库、框架(不是会查文档就可以的，而是要求非常熟悉框架)。由于项目需求经常变更，开发效率跟不上变化，所以软件工程师的需求量大大增加。

UI工程师：主要负责美化界面。美术特长生更适合这类工作。