[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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