工程師經驗分享2 --- 嵌入式大牛開發經驗心得之學習方向

學習有捷徑嗎？俺認為是有的，正確的道路就是捷徑。
    就好象是爬山，如果有導遊圖，那就能找到一條最正確的路線；如果沒有導遊圖，自己瞎琢磨，東問西問，也未必能找到最佳的路線。
    有時候回首前塵，會謂嘆，要是當時我這樣做就好了；這也說明了人生會有一個最優解。
    嵌入式系統的學習也是一樣，作為電子專業或者其它專業的學生來說，想要把嵌入式系統的學習搞好，走一條成功的人生道路，那應該怎麼去做呢？俺試著分析看看。
    當然人生的道路很多很多，嵌入式不可能是唯一的道路，也絕對不是最好的道路；這些都是因人而異的； 
如果你沒有什麼別的資源，俺主要指的是人脈，資金，需要靠技術吃飯，正好你學的是電子、自動化、通訊...這樣跟嵌入式相關的專業，又正好喜歡技術，那麼可以考慮把嵌入式當作自己的傍身之技來學習。這時尋求嵌入式系統學習的最優解就有了意義。
    一、 嵌入式系統的定義
    根據網路上搜尋到的關於嵌入式系統的定義，結合自己對嵌入式系統的理解，把嵌入式系統定義如下：
1、 嵌入式系統簡單的說就是面向特定應用設計的專用計算機系統；
2、 嵌入式系統與普通的PC或者notebook不同，嵌入式系統的外形尺寸、功耗、外部介面卡等各種特徵必須滿足應用的要求和限制；
3、 嵌入式系統的軟體包括作業系統燒錄在一塊電路板上；
4、 使用低功耗的X86級別的CPU，採用模組化的設計，配置了最基本的計算機周邊配備而製成。這種計算機通常採用Windows作業系統；
5、 嵌入式系統的CPU可以是：4位、8位、16位、32位；
6、 嵌入式系統應用廣泛，諸如：
1） 小家電
2） 汽車
3） 電梯
4） 電視
5） 錄影機或者VCD、DVD
6） mp3、mp4
7） 工業控制
8） 醫療裝置
9） 衛星
10） 電話
11） PDA
12） 飛行系統等等
13） ……
7、 嵌入式系統的體系結構：
1） CPU
2） RAM
3） ROM或者flash ram
4） AD
5） DA
6） 人機介面（例如按鍵＋LED/LCD/彩色液晶顯示器/）
7） I/O
8） Usart
9） USB
10） CAN
11） 乙太網
12） 嵌入式的作業系統，例如：uc/os、linux、vxworks、wince、dos。。。
8、 嵌入式系統更多的表現為SoC的特點，也就是把整個系統都整合在一個晶片上，例如，ATMEL的arm7的晶片91sam7x128/256等；使用者可以獲得廉價而功能強大的嵌入式系統；



    二、 最正確的學習道路 - 從8位mcu到canbus到ARM7


    第一步：熟悉8位mcu


    個人的看法是，學習嵌入式的技術有個脈絡：8位mcu（51或者avr...）+can2.0B＋arm7＋arm9，學習的時候可以按照這個脈絡來進行；

    作為低端的嵌入式系統，選擇8位mcu作為入門是比較適中的，而8位mcu中，相比pic、avr、freescale等等8位微控制器來說，又以選擇51核的微控制器作為學習8位mcu的首選來更加合適。當然這個觀點是仁者見仁智者見智；如果需要理由的話，那麼也許以下這些理由可以作為參考：


1． 51上積累了大量的優秀的程式碼和其它資源；網路上這樣的資源太多了，幾乎就是不花錢的；
2． 生產51核心的微控制器的廠家很多，比如：ATMEL、華邦、LG、飛利浦、STC（巨集晶科技）、TI、…
3． 51微控制器在細分低端市場，面向不同的行業應用，廠家推出了不同的產品，如LPC900系列，STC的12CXXXX系列；在功能、價格、功耗，體積，封裝、抗干擾等方面來滿足行業使用者的需求；例如，現在的51微控制器越來越多的整合了A/D、D/A、SPI、I2C、PWM、內部時鐘、看門狗、eeprom、ISP/IAP等等，已經跟傳統的ATMEL的89C51/52有了很大的差別！功能越來越強大的同時成本越來越低，而且不擔心某個廠家缺貨...
4． 。。。。（還在不斷增加之中）



    第二步：熟悉can2.0A/B，在精通51的基礎上，熟悉can2.0A/B



    為什麼是canbus而不是modbus bus、bitbus？

    CAN是德國Bosch 公司為解決現代車輛中眾多的控制和資料交換問題,開發出一種CAN(Controller Area Network)現場匯流排通訊結構。其主要特點是：
1． 8位元組的短幀傳送，故傳輸時間短、抗干擾性強；
2． 高速，最高速度可達1Mbit/s；
3． 多主方式，多主之間又可以分成是主節點和次節點；各節點均可在任意時刻主動向網路上的其他節點傳送資訊，不分主從，通訊靈活；傳送的時候匯流排自動仲裁主次；主節點佔有優先權； 
4． 可以做到全區廣播、分割槽廣播和點對點通訊；
5． Can控制器自動過濾幀號不符的幀；大大減輕了CPU的負擔； 
6． 具有多種錯誤校驗方式如CRC及其他校驗措施，資料出錯率極低；而且在嚴重錯誤的情況下，節點會自動離線，避免影響匯流排上其它節點；Rs485經常是一個節點影響了匯流排上所有的節點；

7． 採用無損壞的仲裁技術； 

    作為一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的遠端網路通訊控制方式，CAN匯流排已被廣泛應用於各個行業之中。大致有以下這些行業：
1、 汽車電子
2、 自動控制
3、 智慧大廈
4、 電子系統
5、 紡織
6、 智慧儀表
7、 醫療系統
8、 電梯
9、 安防監控
10、 電源
11、 運動控制
12、 …等各領域中，取代了原來的落後的RS485的通訊方式。


    bitbus/modbus在物理層上都是Rs485的。


    第二步：熟悉ARM7,掌握ARM這個超級微控制器（32位）

 
    三、 直奔主題 - 不要穿著棉襖洗澡


    學什麼很重要，沒有必要穿著棉襖洗澡，直奔主題，要學就學最有用的東西。
比如微控制器，學什麼型號？市場上的微控制器，有51、AVR、PIC、freescale等不同的系列，把任何一款微控制器學會了玩通了那都是很不錯；

    但是我個人認為還是51系列的微控制器在中國使用最多，去中發問問哪款微控制器出貨量最大就知道啦；
據說有些大學現在還在教授Z80，在論壇上爭論起來，有些人支援，有些人反對；支援的人認為這是一款很好的原型機，可以學到很多計算機的原理；

    但是對於嵌入式系統的學習者，一款已經過時的技術學它做什麼？難道學了不能致用是對的？

    學習51不也一樣能瞭解計算機的基礎知識？而學好了51畢業出去就能生存；

    大家都知道485匯流排要想可靠工作非專家不可，而現在canbus作為更加可靠效能更加卓越的匯流排技術，節點數量每年遞增；可以說，51+canbus能夠讓你如虎添翼；

    那麼，是不是去學習canbus要能獲得更加遠大的前途而不必在485上浪費寶貴的青春？答案顯然是前者。
畢業之前的大學n年＋畢業設計就是為了邁出就業的第一步；第一步很重要。
人生不要有斷點，一步接著一步，現在邁出的一步就是為了下一步做好準備，甚至為了比較長遠的以後...

    四、 把嵌入式系統分成模組學習 - 庖丁怎樣解牛？

    拿到一個電路設計的任務的時候，或者拿到一塊完整系統的電路板的時候，怎樣去分析它的系統構成呢？

    作為一個電子系統，它的構成通常是：
1． 微控制器最小系統
2． 配置（記憶體、時鐘、看門狗、eeprom）
3． 開關量輸入
4． 開關量輸出
5． 模擬量輸入
6． 模擬量輸出
7． 人機介面（按鍵＋液晶顯示/LED顯示）
8． 通訊介面和協議

    因此設計的時候，或者分析的時候，要按照這個分類來選擇。

    舉個例子：開關量的輸入輸出的擴充套件，有以下的方法：

    1、 串列埠擴充套件

    2、 並行擴充套件

    那麼，在系統設計的時候，到底是使用序列擴充套件還是並行擴充套件，就需要權衡效能和價格，而選擇一種最合適的擴充套件方法；
在《從51初學者到電子工程師》一書中，將把這些知識點列表出來。

    在這個基礎上，按照這個思路，您再去構築自己的知識體系。

    其實，任何一門學問，難得就是入門；而入門，就是要有一個完整的知識體系；一開始這個知識體系僅僅是一個個點，到後來就能成為一套完整的體系，知識的網越織越密。



    五、 儘可能獲得更多的資訊 - 站在前人的肩膀上


    當您拿到一個設計任務的時候，怎麼入手呢？

    要把這個任務按照模組分解，再充分利用網路上的資源，找到現成的或者類似的解決方案。

    試舉一例：

    《基於CAN匯流排的智慧I/O讀寫模組》

    當你拿到這個任務的時候怎麼著手呢？

    1、 您會想到，哦can匯流排是什麼東西啊，不知道；不過沒有關係，狗狗之；

    哈哈，結果出來啦，原來是周立功先生推的can匯流排啊，知道知道；把周立功網站上的有關can的資料都下載下來學習；



    2、 哦那原理圖怎麼畫呢？再次狗狗之，不過這次要使用圖片；嗯但是我已經知道了，還有一個can匯流排控制器的晶片，sja1000，那就使用這個詞來搜尋吧；

    哈哈找到了，連89c5X＋sja1000＋82C250（匯流排收發器）都有了；哦還有一個復位電路，不過沒有關係，俺可以使用stc89C5X，內建看門狗和復位電路；



    3、 剩下I/O讀寫模組怎麼辦呢?

    哦模組化的設計思路，想想看，老樹都說了什麼？

    I/O有多種的擴充套件方法，一種是序列、一種是並行，那我需要擴充套件嗎？算算I/O的數量，硬體還剩下哪些資源呢？

    1、p0、p2被佔用了

    2、WR、RD也被佔用了，哦仔細看看，int0也被sja1000的中斷佔用了；

    3、p1/p3加起來是16根口線，剩下16－3（RD、WR、int0）＝13個口線；

    4、看門狗喂狗需要一個（如果內建看門狗的可以不要）

    還剩下13個；

    現在需要8入8出，超出了，那麼就需要擴充套件

    擴充套件有2種方法：

    1、序列

    2、並行


    序列速度慢點，但是簡單；

    也可以使用並行，可以按照對ram的讀寫一樣的方法來擴充套件；反正sja1000也是並行的；

    序列又可以分成：

    輸入序列擴充套件；

    輸出序列擴充套件；

    嗯要不就定下來，輸入使用序列擴充套件，反正輸入的開關量為了抗干擾也要使用時間片，1ms間隔掃描至少3～5次才能判斷；

    輸入序列擴充套件可以使用74HC165；好像74hc166也可以，不記得了；需要2根I/O;

    這樣13－2＝11，再減去輸出的8個口線，完全夠用了；還剩下3個口線；那就把串列埠也做出來除錯和下載用；哈哈。。。

    不過…開關量8入8出的訊號是什麼形式？

    嗯通常輸出輸出都是幹接點；

    輸入需要光電隔離；要使用一個隔離的Dc/DC模組；

    輸出7407直接驅動繼電器即可；

    光耦使用什麼型號呢？

    嗯老樹說了，有TLP521-1，再找來TLP521-1的資料看了，光耦隔離的晶片也有了...

    再找來7407的晶片的datasheet看了，驅動繼電器的晶片的資料也有了...

    再去找nais的繼電器的資料看了，繼電器輸出也有了...

    再去找接線端子的資料或者去配套市場看看，輸入輸出電源can介面的端子也有了...

    做到這些，硬體就差不多了
......

    哦還有協議，嗯使用啥協議呢？嗯好像zlg那裡有一個什麼iCAN的協議，可是網站上沒有，怎麼辦呢？老辦法，搜尋看看，哦，老周那裡有一本書講了ican的協議，嗯去互動出版社定購一本，過2天就能送到了...



    不過程式碼還沒有，嗯再搜搜看，要不就到21ic上問問...


    六、 大學階段掌握一門傍身之技取得先手之利 - 精通一門略通其它


    看剛畢業的學生的簡歷，到處都是熟悉的字樣，比如：
……

    熟練使用c51、protel；

    瞭解ARM/ucos2/Linux

    分析過ucos2核心程式碼。

    比較瞭解Linux底層硬體驅動軟體結構比較

    做過一些嵌入式硬體驅動的設計

    很熟悉網路通訊知識及網路程式設計
……

    實際上，對於企業來說，並不關心你學了多少的知識，而是關心你是否有一門比較精通的手藝，來了就能幹活。
那麼，該怎樣去做呢？俺覺得，應該是在精通一門手藝的情況下，略通其它。

    嵌入式系統本身也是多方面的，硬體軟體都有，但是，要有自己的最強項，因為企業都是用你的最強項。面面俱到實際上對於在校的學生來說是不可能的。我認為，對於在校的學生，應該重點放在c語言的熟練上；一方面是因為硬體沒有實際的實踐，很難能拿得出手，當然實踐的成本也高；當然自己動手做一個學習板還是很有必要的，也不算很難；還有就是在企業中，軟體和硬體的配置基本上是1：4的情況；對於成熟產品，基本上，硬體修改的情況非常小，升級都是在軟體的功能的增加和完善上。
    
    當然去強化自己的一門技術不等於放棄其它，而是說，要有重點的學習，要學會發力，把自己的精力集中在一門技術上；稍微大一點的企業都是有明確的分工的。

    而如果能在大學學習的階段就能熟練掌握一門技藝，或者是c語言的程式設計，或者是原理圖和PCB，或者熟練掌握類比電子...，那麼就能很快找到嵌入式系統的開發工作，也就上道了。


    七、 第一份工作很重要 – 哪怕去實驗室打雜也要做跟嵌入式沾邊的工作

    第一份工作很重要，人生的第一步很重要，走好第一步，可以少走2~3年底的彎路；沒有走好，有可能這輩子就廢了；
工作了2～3年之後，用人單位看重的是你的工作經驗，直接影響到您的價值能不能升值；就象微軟不會招聘做物流的人去做軟體，如果您做的是機械設計，當然用人單位也不會讓您去做51的開發；

    然而，第一份工作能不能做嵌入式開發，首先是您能不能在大學的4年內取得先手之利；先取得一些嵌入式開發的經驗，比如C51的程式設計等等；

    如果您經驗也不是很豐富，一開始可以計較工資的高低，而是幹了再說，哪怕是到實驗室打雜；
這樣也比干點別的再回過頭來做嵌入式的開發要強。


    八、 怎麼加強自己？- 時間規劃+勤奮

    有一個明確的職業生涯的規劃，同時要有一個達到這個目標的可以實施的準確的時間表。現在競爭這麼激烈，不付出超出常人的努力在現今的中國是不可能脫穎而出的；人太多了，競爭太激烈了。企業如此，個人也是如此；當然，真正的卓越的企業或者個人，更重要的是理念，怎樣去培養自己的核心競爭力！個人認為，簡單的說，那就是技術專家＋行業專家。

    年輕人往往對職業生涯的規劃迷迷茫茫；但是時間如白駒過隙一去不復返。如果說每個人的成就有大有小。善於思考是一方面，行動敏捷是一方面，抓緊時間，提高效率那則是最重要的因素之一。


    九、 嵌入式系統設計的3個境界 - 熟練、熟能生巧、系統設計的思想

    熟練：熟練掌握c語言、電路模組、eda工具；

    熟能生巧：幹活多了，從中悟出很多的技巧；幹得活又快又好，這是熟能生巧；

    系統設計：不滿足於熟能生巧，而開始考慮，程式碼重複使用，程式碼設計的標準化、模組化；使得後來的開發能在一個標準的平臺上進行；對嵌入式系統設計有了自己的獨到的見解。

    也還可以使用另外的標準來作為嵌入式系統設計的境界：

    可靠性高：在同樣的成本下，做出來的東西可靠性高於競爭對手；

    可靠性高的情況下成本更低：能用比競爭對手成本更低的電路設計作出可靠性更高的產品；

    在此基礎之上，功能更加強大，使用者使用更方便：進入到行業專家的境界了。


    十、 細節決定成敗 – 精心設計硬體電路

    對於電子工程師而言，當拿到一個datasheet，或者一個電路圖，或者設計的電路圖，首先是站在前人的肩膀上，儘量不去做重複的勞動；但是，要對每一個電阻、電容在電路中的作用心裡很清楚-把可有可無的器件去掉。要是您對電路中的元器件的作用還不是很清楚，舉例，為什麼上拉電阻是5.1K?換成1K行不行？換成10K行不行？什麼是上拉？什麼是強上拉？什麼是弱上拉？去耦電容的作用是什麼？這些都要做到清清楚楚。每一個細節構成可靠的產品；而一個細節的疏忽帶來的是大量的經濟的損失和聲譽的喪失。


    十一、 改善你的命運 - 了凡四訓


    十二、 尋找足夠大的平臺 – 尋找機會與可持續發展


    十三、 學會發力 - 快、準、狠

    看準嵌入式系統設計可以作為傍身之技的話，那就要：
    快：下手要快，想到了就去做，趕緊去學；
    準：抓住8位mcu、can匯流排、arm7這樣的道路，不走錯；
    狠：用功要狠，白天黑夜，吃了吃飯睡覺時時想著；男人嘛，就是要對自己狠一點。

    十四、 團隊精神 – 並行處理的代名詞

 

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　　定義可從幾方面來理解嵌入式系統：

　　◆嵌入式系統是面向使用者、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統需求進行合理的裁減利用。

　　◆嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合後的產 物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識整合系統。所以，介入嵌入式系統行業，必須有一個正確的定位。例如Palm 之所以在PDA領域佔有70％以上的市場，就是因為其立足於個人電子消費品，著重發展圖形介面和多工管理；而風河的Vxworks之所以在火星車上得以 應用，則是因為其高實時性和高可靠性。

　　◆嵌入式系統必須根據應用需求對軟硬體進行裁剪，滿足應用系統的功能、可靠性、成本、體積等要 求。所以，如果能建立相對通用的軟硬體基礎，然後在其上開發出適應各種需要的系統，是一個比較好的發展模式。目前的嵌入式系統的核心往往是一個只有幾K到 幾十K微核心，需要根據實際的使用進行功能擴充套件或者裁減，但是由於微核心的存在，使得這種擴充套件能夠非常順利的進行。

　　實際上，嵌入式系統本身是一個外延極廣的名詞，凡是與產品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系 統都可以叫嵌入式系統，而且有時很難以給它下一個準確的定義。現在人們講嵌入式系統時，某種程度上指近些年比較熱的具有作業系統的嵌入式系統，本文在進行 分析和展望時，也沿用這一觀點。

　　一般而言，嵌入式系統的構架可以分成四個部分：處理器、儲存器、輸入輸出（I/O）和軟體（由於多數嵌入式裝置的應用軟體和作業系統都是緊密結合的，在這裡我們對其不加區分，這也是嵌入式系統和Windows系統的最大區別）。