[導(dǎo)讀]關(guān)注星標(biāo)公眾號(hào),不錯(cuò)過精彩內(nèi)容作者|鯨魚本文分享給那些學(xué)習(xí)嵌入式猶豫不決的同學(xué)。小李讀大學(xué)時(shí)學(xué)的是機(jī)械,畢業(yè)后從事電梯調(diào)試工作。他覺得這份工作門檻低,沒有發(fā)展空間,說白了就是“修電梯”的,又不是“研發(fā)電梯”。于是他問我,需要學(xué)些什么才能找到一份嵌入式軟件開發(fā)的工作?我想,在決定“...
作者 | 鯨魚
本文分享給那些學(xué)習(xí)嵌入式猶豫不決的同學(xué)。
小李讀大學(xué)時(shí)學(xué)的是機(jī)械,畢業(yè)后從事電梯調(diào)試工作。他覺得這份工作門檻低,沒有發(fā)展空間,說白了就是“修電梯”的,又不是“研發(fā)電梯”。
于是他問我,需要學(xué)些什么才能找到一份嵌入式軟件開發(fā)的工作?
我想,在決定“走進(jìn)”嵌入式軟件開發(fā)之前,不妨先“走近”,多方面了解一下嵌入式軟件,然后再?zèng)Q定要不要轉(zhuǎn)過來。
什么是嵌入式軟件?
嵌入式軟件,就是運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的軟件,而不是運(yùn)行在通用PC上。嵌入式系統(tǒng)一般用在專用設(shè)備上。
這些專用設(shè)備通常硬件資源(如處理器、存儲(chǔ)器等)非常有限,并且對(duì)成本敏感,有的還要求實(shí)時(shí)響應(yīng)。
像手機(jī)、可穿戴設(shè)備、數(shù)字相機(jī)、機(jī)頂盒、游戲機(jī)、智能玩具、數(shù)控設(shè)備或儀表、汽車電子、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)的分層
一般來說,嵌入式系統(tǒng)從下至上可分為硬件層,驅(qū)動(dòng)層,系統(tǒng)層,應(yīng)用層。對(duì)于簡單的嵌入式系統(tǒng),可以沒有系統(tǒng)層。
對(duì)于硬件層,一般是硬件工程師來做。要求熟悉模擬電路、數(shù)字電路及各種元器件,熟悉各種處理器及外圍設(shè)備,會(huì)設(shè)計(jì)PCB,有的要求懂FPGA開發(fā)。由于本文討論的是軟件,我對(duì)這一塊也不熟悉,所以不敢妄言。
對(duì)于驅(qū)動(dòng)層,要求熟悉相關(guān)處理器體系結(jié)構(gòu),熟悉bootloader過程,熟悉中斷過程,能讀懂硬件原理圖、時(shí)序圖,C語言熟練,能根據(jù)芯片手冊編寫出外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。如果涉及到通信設(shè)備(比如WIFI芯片),還要熟練掌握通信協(xié)議原理。
對(duì)于系統(tǒng)層,一般都是移植,很少有人自己寫操作系統(tǒng)。要求熟悉操作系統(tǒng)原理,比如線程調(diào)度,內(nèi)存管理,文件系統(tǒng)等,還要熟悉處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集。如果要移植Linux,需要掌握u-boot移植、內(nèi)核裁減、交叉編譯、內(nèi)核調(diào)試、根文件系統(tǒng)制作等整個(gè)流程。
對(duì)于應(yīng)用層,如果沒有操作系統(tǒng)的話,程序一般不會(huì)復(fù)雜,根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯調(diào)用驅(qū)動(dòng)層接口就可以。如果有操作系統(tǒng)的支持,就和一般的應(yīng)用軟件開發(fā)很接近了,所以可以看成是桌面軟件開發(fā)。對(duì)于Linux操作系統(tǒng),要求掌握Linux系統(tǒng)編程、網(wǎng)絡(luò)編程、進(jìn)程間通信,圖形界面編程、數(shù)據(jù)庫等。
通過以上分析,我認(rèn)為驅(qū)動(dòng)層和系統(tǒng)層是嵌入式軟件工程師的核心競爭力。
做嵌入式軟件的好處
1.門檻高一點(diǎn)
需要懂底層軟件(比如操作系統(tǒng)級(jí)、驅(qū)動(dòng)程序級(jí))和硬件(比如ARM體系結(jié)構(gòu)、各種外圍設(shè)備接口)原理;在學(xué)習(xí)條件上,不是一臺(tái)PC機(jī)就可以學(xué),而是要有一塊開發(fā)板;對(duì)于某些需求,還需要采購相關(guān)外圍模塊。這些都是有一定門檻的,既然門檻高一點(diǎn),那么可替代性就弱一點(diǎn)。
2.不是那么累
首先,嵌入式軟件工程師要寫的代碼量比較少,不像應(yīng)用軟件動(dòng)輒就是幾十萬行甚至上百萬行,所以工作強(qiáng)度比較低;其次,搞嵌入式系統(tǒng)的公司大多都是做產(chǎn)品的,有自己的產(chǎn)品計(jì)劃,不像搞企業(yè)應(yīng)用的公司為了客戶需求經(jīng)常趕進(jìn)度;再次,嵌入式軟件工程師所開發(fā)的產(chǎn)品一般是通用的,不會(huì)因客戶的不同而修改;最后,工作范圍比較窄,所涉及的知識(shí)和技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有上層軟件變化快。
3.對(duì)行業(yè)的依賴小
對(duì)于驅(qū)動(dòng)層和操作系統(tǒng)層的工程師,他們只負(fù)責(zé)底層系統(tǒng),在系統(tǒng)之上開發(fā)什么業(yè)務(wù)和他們關(guān)系不大,那是應(yīng)用工程師的事。所以他們較容易換行業(yè)。
4.有成就感
對(duì)于大型應(yīng)用軟件,因?yàn)榇a量太大,一個(gè)工程師只能負(fù)責(zé)其中一小部分,可能感覺自己就是一個(gè)小螺絲。對(duì)于嵌入式軟件,通常需要編寫的代碼量比較少,如果應(yīng)用層比較簡單的話,往往一個(gè)人就把一塊板子上的軟件全包了。當(dāng)你靠一己之力做出一個(gè)“小而美”的東西后,非常有成就感。
5.適合創(chuàng)業(yè)
如果你有創(chuàng)業(yè)的想法,可以從嵌入式系統(tǒng)切入。嵌入式系統(tǒng)是軟硬結(jié)合的東西,可不像應(yīng)用軟件那樣容易被盜版。
做嵌入式軟件的缺點(diǎn)
凡事都有兩面性,說完好處再來說說缺點(diǎn)。不得不承認(rèn),嵌入式軟件的崗位需求小于應(yīng)用軟件。
特別是從事嵌入式的小企業(yè)數(shù)量較多(小企業(yè)要搞自己的產(chǎn)品創(chuàng)業(yè)),知名大公司較少(比如華為、中興、意法半導(dǎo)體、三星、德州儀器……),那些知名互聯(lián)網(wǎng)公司(比如BAT)對(duì)嵌入式軟件需求相對(duì)很小。
不過,隨著這兩年國內(nèi)對(duì)集成電路的加大投入,嵌入式軟件會(huì)越來越香。
如何入門嵌入式軟件
如果你對(duì)嵌入式軟件非常有興趣,很想轉(zhuǎn)過來,可是一點(diǎn)基礎(chǔ)都沒有,怎么辦呢?如果你圍繞“嵌入式開發(fā)學(xué)習(xí)路線”搜一搜,很多答案都是“數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成原理、嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)、匯編語言……”好吧,等把這些課程學(xué)完,一兩年都過去了,而且往往是啥東西都沒有開發(fā)出來。
像小李這樣的,因?yàn)椴皇窃谛W(xué)生,沒有那么多閑暇時(shí)間,只能利用業(yè)余時(shí)間來學(xué)習(xí),還是非常耗費(fèi)精力的。如果堅(jiān)持上一兩年還沒有轉(zhuǎn)行成功,是非常受打擊的。所以,我為他制定的策略是先切入嵌入式軟件這一行當(dāng),等到了工作崗位再根據(jù)需要深入學(xué)習(xí),所以建議他只學(xué)習(xí)最少必要知識(shí),快速入門就行(注意,不是快速精通)。
1. 掌握C語言
看書、看視頻學(xué)習(xí)都可以。不過我建議還是買一本教材認(rèn)真閱讀,反復(fù)上機(jī)實(shí)踐。我推薦的教材是《C Primer Plus》(注意,不是《C Primer Plus》)。對(duì)于嵌入式軟件程序員,用得最多的是指針、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、位操作等,這些知識(shí)一定要熟練掌握。
2. 掌握基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
因?yàn)槭侨腴T,所以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這塊不用買來一本大部頭從頭啃到尾,這樣只會(huì)中途放棄。我建議掌握最基本的鏈表、棧、隊(duì)列就可以。等真正入門后可以再回來學(xué)習(xí)。
3. 選購一款開發(fā)板
選購開發(fā)板應(yīng)以“適合”為原則,沒有必要追隨最新的處理器。在處理器的選擇上,主要分為兩種,一種是以ARM Cortex-A為核心(可以移植Linux),這種處理器主要應(yīng)用于消費(fèi)電子;一種是以ARM Cortex-M為核心(跑不了Linux,但是可以跑實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)),這種處理器主要應(yīng)用于工控領(lǐng)域,取代了之前的8位、16位單片機(jī)。
對(duì)于小李,考慮到他零基礎(chǔ),一上來就移植Linux難度有點(diǎn)大,所以我給他推薦了以ARM Cortex-M3為核心的stm32開發(fā)板。
不管選擇誰家的板子,除了板子,豐富的學(xué)習(xí)資料是必不可少的。對(duì)于初學(xué)者,一定要有源碼有視頻。如果有論壇、有人答疑就更完美了。
4. 學(xué)習(xí)裸板開發(fā)
跟著視頻和源碼來學(xué)習(xí),一定要?jiǎng)邮謱?shí)踐,非常建議寫博客總結(jié)。
學(xué)完這一步,一只腳就跨入嵌入式軟件開發(fā)大門了。不要驚訝,覺得還沒學(xué)什么就可以搞嵌入式軟件開發(fā)了??墒聦?shí)上就是這樣,我當(dāng)初轉(zhuǎn)型的時(shí)候,也只會(huì)這么多。到了工作崗位上邊干邊學(xué),這樣進(jìn)步最快,難道不是嗎?
不過學(xué)完這步還不算完,為了大大增加轉(zhuǎn)型成功的概率,建議完成以下兩步。
5. 學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的移植
對(duì)于小李這種零基礎(chǔ)的,可以移植一款RTOS(實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)),比如μC/OSⅡ或Ⅲ;基礎(chǔ)好的可以學(xué)習(xí)移植Linux。
這里要指出一個(gè)誤區(qū),有人說ARM開發(fā)板不跑Linux簡直是浪費(fèi),有人說離開了Linux的嵌入式是沒有深度的,還有人說RTOS太簡單了,沒啥可學(xué)的……對(duì)于這些說法,我認(rèn)為太片面,往往會(huì)誤導(dǎo)初學(xué)者。
第一,不是每個(gè)企業(yè)都有“ARM Linux”的需求。對(duì)于做工控產(chǎn)品的企業(yè),很少用Linux,有時(shí)候就是裸奔,功能復(fù)雜的話加一個(gè)RTOS足矣。我之前就職的那個(gè)公司,老板認(rèn)為我們的產(chǎn)品用Cortex-M3處理器核心太“土”,想升級(jí)到能跑Linux的Cortex-A8,最后還是被總工程師否決了,原因就是Cortex-A8成本高且我們的產(chǎn)品用Cortex-M3就可以滿足功能。我現(xiàn)在就職的這家公司是做WIFI芯片和藍(lán)牙芯片的。不管是WIFI協(xié)議棧還是藍(lán)牙協(xié)議棧,代碼量都在10萬行以上,在硬件上都是用Cortex-M3的核,最多跑一個(gè)RTOS,Linux根本用不上。
第二,對(duì)于小李這種從來沒有接觸過開發(fā)板的人,一上來就移植Linux,學(xué)Linux驅(qū)動(dòng),難度實(shí)在是太大,很有可能被博大精深的Linux內(nèi)核淹沒而放棄,最后再來一句“我不適合搞嵌入式”,從此徹底無緣嵌入式軟件開發(fā),悲哉,悲哉……
第三,不要小看RTOS,如果讓你動(dòng)手寫一個(gè),你真的能寫出來嗎?我想即使是有幾年工作經(jīng)驗(yàn)的嵌入式軟件工程師也會(huì)搖頭。就連μC/OS的作者Jean J. Labrosse都認(rèn)為他想簡單了,他說:“我想得很簡單,認(rèn)為一個(gè)內(nèi)核真正需要做的事情就是保存和恢復(fù)CPU寄存器,寫一個(gè)內(nèi)核應(yīng)當(dāng)不是一件很有挑戰(zhàn)性的事情。夜晚和周末,我都忙于寫這個(gè)內(nèi)核。事實(shí)證明,比我預(yù)想的要難很多。大約花了一年時(shí)間,才寫完了我的第一個(gè)操作系統(tǒng)?!?/span>
第四,如果你簡歷中出現(xiàn)了μC/OS或者其他RTOS,那么面試官非常有可能在這塊考你。比如“任務(wù)是如何調(diào)度的?”“有沒有守護(hù)進(jìn)程?”“μC/OSⅡ和Ⅲ有哪些區(qū)別?”“什么是優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)?”“如何防止優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)?”面試官能在這些地方提問題,說明沒那么簡單。
說了這么多,我不是說Linux不重要。相反,Linux很重要,恰恰是嵌入式軟件工程師的核心競爭力。我只是想說對(duì)于初學(xué)者,不要一上來就給自己定下那么大的目標(biāo),如果先通過μC/OSⅡ或Ⅲ的學(xué)習(xí)來打基礎(chǔ),再去學(xué)習(xí)Linux就會(huì)有事半功倍的效果。
6. 有自己的小作品
既然已經(jīng)學(xué)會(huì)了裸板開發(fā)和操作系統(tǒng)移植,你肯定有做東西的想法了,那就結(jié)合生活實(shí)際做點(diǎn)東西吧。比如做一個(gè)家用防盜報(bào)警裝置,當(dāng)檢測到有人進(jìn)來,立刻給不在家的你撥打電話。
這時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn),圍繞著需求還有很多東西要學(xué),比如如何驅(qū)動(dòng)紅外傳感器模塊(用來檢測有人靠近),如何驅(qū)動(dòng)GSM模塊(用來撥打電話)。
獨(dú)立完成一些小作品不僅能大大提高你的知識(shí)熟練度和解決問題的能力,也會(huì)使你在面試的時(shí)候有話可說。
最后
如果你選擇了嵌入式,就不要后悔,也不要覺得嵌入式?jīng)]前途、嵌入式很辛苦等。行行都有難處,你嵌入式?jīng)]搞好,換一個(gè)行業(yè)未見的能做好。
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