探求学习嵌入式系统的最优解-南方的老树

探求学习嵌入式系统的最优解-南方的老树

学习有捷径吗？俺认为是有的，正确的道路就是捷径。
就好象是爬山，如果有导游图，那就能找到一条最正确的路线；如果没有导游图，自己瞎琢磨，东问西问，也未必能找到最佳的路线。
有时候回首前尘，会谓叹，要是当时我这样做就好了；这也说明了人生会有一个最优解。
嵌入式系统的学习也是一样，作为电子专业或者其它专业的学生来说，想要把嵌入式系统的学习搞好，走一条成功的人生道路，那应该怎么去做呢？俺试着分析看看。
当然人生的道路很多很多，嵌入式不可能是唯一的道路，也绝对不是最好的道路；这些都是因人而异的；
如果你没有什么别的资源，俺主要指的是人脉，资金，需要靠技术吃饭，正好你学的是电子、自动化、通讯...这样跟嵌入式相关的专业，又正好喜欢技术，那么可以考虑把嵌入式当作自己的傍身之技来学习。这时寻求嵌入式系统学习的最优解就有了意义。

一、 嵌入式系统的定义
根据网络上搜索到的关于嵌入式系统的定义，结合自己对嵌入式系统的理解，把嵌入式系统定义如下：
1、 嵌入式系统简单的说就是面向特定应用设计的专用计算机系统；
2、 嵌入式系统与普通的PC或者notebook不同，嵌入式系统的外形尺寸、功耗、外部适配器等各种特征必须满足应用的要求和限制；
3、 嵌入式系统的软件包括操作系统烧录在一块电路板上；
4、 使用低功耗的X86级别的CPU，采用模块化的设计，配置了最基本的计算机周边配备而制成。这种计算机通常采用Windows操作系统；
5、 嵌入式系统的CPU可以是：4位、8位、16位、32位；
6、 嵌入式系统应用广泛，诸如：
1） 小家电
2） 汽车
3） 电梯
4） 电视
5） 录像机或者VCD、DVD
6） mp3、mp4
7） 工业控制
8） 医疗设备
9） 卫星
10） 电话
11） PDA
12） 飞行系统等等
13） ……
7、 嵌入式系统的体系结构：
1） CPU
2） RAM
3） ROM或者flash ram
4） AD
5） DA
6） 人机界面（例如按键＋LED/LCD/彩色液晶显示器/）
7） I/O
8） Usart
9） USB
10） CAN
11） 以太网
12） 嵌入式的操作系统，例如：uc/os、linux、vxworks、wince、dos。。。
8、 嵌入式系统更多的表现为SoC的特点，也就是把整个系统都集成在一个芯片上，例如，ATMEL的arm7的芯片91sam7x128/256等；用户可以获得廉价而功能强大的嵌入式系统；

二、 最正确的学习道路 - 从8位mcu到canbus到ARM7
第一步：熟悉8位mcu
个人的看法是，学习嵌入式的技术有个脉络：8位mcu（51或者avr...）+can2.0B＋arm7＋arm9，学习的时候可以按照这个脉络来进行；
作为低端的嵌入式系统，选择8位mcu作为入门是比较适中的，而8位mcu中，相比pic、avr、freescale等等8位单片机来说，又以选择51核的单片机作为学习8位mcu的首选来更加合适。当然这个观点是仁者见仁智者见智；如果需要理由的话，那么也许以下这些理由可以作为参考：
1． 51上积累了大量的优秀的代码和其它资源；网络上这样的资源太多了，几乎就是不花钱的；
2． 生产51内核的单片机的厂家很多，比如：ATMEL、华邦、LG、飞利浦、STC（宏晶科技）、TI、…
3． 51单片机在细分低端市场，面向不同的行业应用，厂家推出了不同的产品，如LPC900系列，STC的12CXXXX系列；在功能、价格、功耗，体积，封装、抗干扰等方面来满足行业用户的需求；例如，现在的51单片机越来越多的集成了A/D、D/A、SPI、I2C、PWM、内部时钟、看门狗、eeprom、ISP/IAP等等，已经跟传统的ATMEL的89C51/52有了很大的差别！功能越来越强大的同时成本越来越低，而且不担心某个厂家缺货...
4． 。。。。（还在不断增加之中）
第二步：熟悉can2.0A/B，在精通51的基础上，熟悉can2.0A/B
为什么是canbus而不是modbus bus、bitbus？
CAN是德国Bosch 公司为解决现代车辆中众多的控制和数据交换问题,开发出一种CAN(Controller Area Network)现场总线通信结构。其主要特点是：
1． 8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强；
2． 高速，最高速度可达1Mbit/s；
3． 多主方式，多主之间又可以分成是主节点和次节点；各节点均可在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息，不分主从，通信灵活；发送的时候总线自动仲裁主次；主节点占有优先权；
4． 可以做到全区广播、分区广播和点对点通讯；
5． Can控制器自动过滤帧号不符的帧；大大减轻了CPU的负担；
6． 具有多种错误校验方式如CRC及其他校验措施，数据出错率极低；而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；Rs485经常是一个节点影响了总线上所有的节点；
7． 采用无损坏的仲裁技术；
作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN总线已被广泛应用于各个行业之中。大致有以下这些行业：
1、 汽车电子
2、 自动控制
3、 智能大厦
4、 电子系统
5、 纺织
6、 智能仪表
7、 医疗系统
8、 电梯
9、 安防监控
10、 电源
11、 运动控制
12、 …等各领域中，取代了原来的落后的RS485的通讯方式。bitbus/modbus在物理层上都是Rs485的。
第三步：熟悉ARM7,掌握ARM这个超级单片机（32位）

三、 直奔主题 - 不要穿着棉袄洗澡
学什么很重要，没有必要穿着棉袄洗澡，直奔主题，要学就学最有用的东西。
比如单片机，学什么型号？市场上的单片机，有51、AVR、PIC、freescale等不同的系列，把任何一款单片机学会了玩通了那都是很不错；
但是我个人认为还是51系列的单片机在中国使用最多，去中发问问哪款单片机出货量最大就知道啦；
据说有些大学现在还在教授Z80，在论坛上争论起来，有些人支持，有些人反对；支持的人认为这是一款很好的原型机，可以学到很多计算机的原理；
但是对于嵌入式系统的学习者，一款已经过时的技术学它做什么？难道学了不能致用是对的？
学习51不也一样能了解计算机的基础知识？而学好了51毕业出去就能生存；
大家都知道485总线要想可靠工作非专家不可，而现在canbus作为更加可靠性能更加卓越的总线技术，节点数量每年递增；可以说，51+canbus能够让你如虎添翼；
那么，是不是去学习canbus要能获得更加远大的前途而不必在485上浪费宝贵的青春？答案显然是前者。
毕业之前的大学n年＋毕业设计就是为了迈出就业的第一步；第一步很重要。
人生不要有断点，一步接着一步，现在迈出的一步就是为了下一步做好准备，甚至为了比较长远的以后...

 

四、 把嵌入式系统分成模块学习 - 庖丁怎样解牛？
拿到一个电路设计的任务的时候，或者拿到一块完整系统的电路板的时候，怎样去分析它的系统构成呢？
作为一个电子系统，它的构成通常是：
1． 单片机最小系统
2． 配置（内存、时钟、看门狗、eeprom）
3． 开关量输入
4． 开关量输出
5． 模拟量输入
6． 模拟量输出
7． 人机界面（按键＋液晶显示/LED显示）
8． 通讯接口和协议
因此设计的时候，或者分析的时候，要按照这个分类来选择。
举个例子：开关量的输入输出的扩展，有以下的方法：
1、 串口扩展
2、 并行扩展
那么，在系统设计的时候，到底是使用串行扩展还是并行扩展，就需要权衡性能和价格，而选择一种最合适的扩展方法；
在《从51初学者到电子工程师》一书中，将把这些知识点列表出来。
在这个基础上，按照这个思路，您再去构筑自己的知识体系。
其实，任何一门学问，难得就是入门；而入门，就是要有一个完整的知识体系；一开始这个知识体系仅仅是一个个点，到后来就能成为一套完整的体系，知识的网越织越密。

五、 尽可能获得更多的信息 - 站在前人的肩膀上
当您拿到一个设计任务的时候，怎么入手呢？
要把这个任务按照模块分解，再充分利用网络上的资源，找到现成的或者类似的解决方案。
试举一例：
《基于CAN总线的智能I/O读写模块》
当你拿到这个任务的时候怎么着手呢？
1、 您会想到，哦can总线是什么东西啊，不知道；不过没有关系，狗狗之；
哈哈，结果出来啦，原来是周立功先生推的can总线啊，知道知道；把周立功网站上的有关can的资料都下载下来学习；
2、 哦那原理图怎么画呢？再次狗狗之，不过这次要使用图片；嗯但是我已经知道了，还有一个can总线控制器的芯片，sja1000，那就使用这个词来搜索吧；
哈哈找到了，连89c5X＋sja1000＋82C250（总线收发器）都有了；哦还有一个复位电路，不过没有关系，俺可以使用stc89C5X，内置看门狗和复位电路；
3、 剩下I/O读写模块怎么办呢?
哦模块化的设计思路，想想看，老树都说了什么？
I/O有多种的扩展方法，一种是串行、一种是并行，那我需要扩展吗？算算I/O的数量，硬件还剩下哪些资源呢？
1、p0、p2被占用了
2、WR、RD也被占用了，哦仔细看看，int0也被sja1000的中断占用了；
3、p1/p3加起来是16根口线，剩下16－3（RD、WR、int0）＝13个口线；
4、看门狗喂狗需要一个（如果内置看门狗的可以不要）
还剩下13个；
现在需要8入8出，超出了，那么就需要扩展
扩展有2种方法：
1、串行
2、并行

串行速度慢点，但是简单；
也可以使用并行，可以按照对ram的读写一样的方法来扩展；反正sja1000也是并行的；
串行又可以分成：
输入串行扩展；
输出串行扩展；
嗯要不就定下来，输入使用串行扩展，反正输入的开关量为了抗干扰也要使用时间片，1ms间隔扫描至少3～5次才能判断；
输入串行扩展可以使用74HC165；好像74hc166也可以，不记得了；需要2根I/O;
这样13－2＝11，再减去输出的8个口线，完全够用了；还剩下3个口线；那就把串口也做出来调试和下载用；哈哈。。。
不过…开关量8入8出的信号是什么形式？
嗯通常输出输出都是干接点；
输入需要光电隔离；要使用一个隔离的Dc/DC模块；
输出7407直接驱动继电器即可；
光耦使用什么型号呢？
嗯老树说了，有TLP521-1，再找来TLP521-1的资料看了，光耦隔离的芯片也有了...
再找来7407的芯片的datasheet看了，驱动继电器的芯片的资料也有了...
再去找nais的继电器的资料看了，继电器输出也有了...
再去找接线端子的资料或者去配套市场看看，输入输出电源can接口的端子也有了...
做到这些，硬件就差不多了
......
哦还有协议，嗯使用啥协议呢？嗯好像zlg那里有一个什么iCAN的协议，可是网站上没有，怎么办呢？老办法，搜索看看，哦，老周那里有一本书讲了ican的协议，嗯去互动出版社定购一本，过2天就能送到了...
不过代码还没有，嗯再搜搜看，要不就到21ic上问问...

六、 大学阶段掌握一门傍身之技取得先手之利 - 精通一门略通其它
看刚毕业的学生的简历，到处都是熟悉的字样，比如：
……
熟练使用c51、protel；
了解ARM/ucos2/Linux
分析过ucos2内核代码。
比较了解Linux底层硬件驱动软件结构比较
做过一些嵌入式硬件驱动的设计
很熟悉网络通信知识及网络编程
……
实际上，对于企业来说，并不关心你学了多少的知识，而是关心你是否有一门比较精通的手艺，来了就能干活。
那么，该怎样去做呢？俺觉得，应该是在精通一门手艺的情况下，略通其它。
嵌入式系统本身也是多方面的，硬件软件都有，但是，要有自己的最强项，因为企业都是用你的最强项。面面俱到实际上对于在校的学生来说是不可能的。我认为，对于在校的学生，应该重点放在c语言的熟练上；一方面是因为硬件没有实际的实践，很难能拿得出手，当然实践的成本也高；当然自己动手做一个学习板还是很有必要的，也不算很难；还有就是在企业中，软件和硬件的配置基本上是1：4的情况；对于成熟产品，基本上，硬件修改的情况非常小，升级都是在软件的功能的增加和完善上。
当然去强化自己的一门技术不等于放弃其它，而是说，要有重点的学习，要学会发力，把自己的精力集中在一门技术上；
稍微大一点的企业都是有明确的分工的。
而如果能在大学学习的阶段就能熟练掌握一门技艺，或者是c语言的编程，或者是原理图和PCB，或者熟练掌握模拟电子...，那么就能很快找到嵌入式系统的开发工作，也就上道了。

七、 第一份工作很重要 – 哪怕去实验室打杂也要做跟嵌入式沾边的工作
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年底的弯路；没有走好，有可能这辈子就废了；
工作了2～3年之后，用人单位看重的是你的工作经验，直接影响到您的价值能不能升值；就象微软不会招聘做物流的人去做软件，如果您做的是机械设计，当然用人单位也不会让您去做51的开发；
然而，第一份工作能不能做嵌入式开发，首先是您能不能在大学的4年内取得先手之利；先取得一些嵌入式开发的经验，比如C51的编程等等；
如果您经验也不是很丰富，一开始可以计较工资的高低，而是干了再说，哪怕是到实验室打杂；
这样也比干点别的再回过头来做嵌入式的开发要强。

八、 怎么加强自己？- 时间规划+勤奋
有一个明确的职业生涯的规划，同时要有一个达到这个目标的可以实施的准确的时间表。现在竞争这么激烈，不付出超出常人的努力在现今的中国是不可能脱颖而出的；人太多了，竞争太激烈了。企业如此，个人也是如此；当然，真正的卓越的企业或者个人，更重要的是理念，怎样去培养自己的核心竞争力！个人认为，简单的说，那就是技术专家＋行业专家。
年轻人往往对职业生涯的规划迷迷茫茫；但是时间如白驹过隙一去不复返。如果说每个人的成就有大有小。善于思考是一方面，行动敏捷是一方面，抓紧时间，提高效率那则是最重要的因素之一。

九、 嵌入式系统设计的3个境界 - 熟练、熟能生巧、系统设计的思想
熟练：熟练掌握c语言、电路模块、eda工具；
熟能生巧：干活多了，从中悟出很多的技巧；干得活又快又好，这是熟能生巧；
系统设计：不满足于熟能生巧，而开始考虑，代码重复使用，代码设计的标准化、模块化；使得后来的开发能在一个标准的平台上进行；对嵌入式系统设计有了自己的独到的见解。
也还可以使用另外的标准来作为嵌入式系统设计的境界：
可靠性高：在同样的成本下，做出来的东西可靠性高于竞争对手；
可靠性高的情况下成本更低：能用比竞争对手成本更低的电路设计作出可靠性更高的产品；
在此基础之上，功能更加强大，用户使用更方便：进入到行业专家的境界了。

十、 细节决定成败 – 精心设计硬件电路
对于电子工程师而言，当拿到一个datasheet，或者一个电路图，或者设计的电路图，首先是站在前人的肩膀上，尽量不去做重复的劳动；但是，要对每一个电阻、电容在电路中的作用心里很清楚-把可有可无的器件去掉。要是您对电路中的元器件的作用还不是很清楚，举例，为什么上拉电阻是5.1K?换成1K行不行？换成10K行不行？什么是上拉？什么是强上拉？什么是弱上拉？去耦电容的作用是什么？这些都要做到清清楚楚。每一个细节构成可靠的产品；而一个细节的疏忽带来的是大量的经济的损失和声誉的丧失。

十一、 改善你的命运 - 了凡四训

十二、 寻找足够大的平台 – 寻找机会与可持续发展

十三、 学会发力 - 快、准、狠
看准嵌入式系统设计可以作为傍身之技的话，那就要：
快：下手要快，想到了就去做，赶紧去学；
准：抓住8位mcu、can总线、arm7这样的道路，不走错；
狠：用功要狠，白天黑夜，吃了吃饭睡觉时时想着；男人嘛，就是要对自己狠一点。

十四、 团队精神 – 并行处理的代名词