学习嵌入式思想

学习嵌入式思想

在嵌入式软件方面最重要的课程包括：

(1) 嵌入式微处理器结构与应用：这是一门嵌入式硬件基础课程，我们说过，嵌入式
是软硬件结合的技术，搞嵌入式软件的人应对ARM处理器工作原理和接口技术有充 分
了解，包括ARM的汇编指令系统。若不了解处理器原理，怎么能控制硬件工作，怎么
能写出节省内存又运行高速的最优代码（嵌入式软件设计特别讲究时空效 率），怎
么能写出驱动程序（驱动程序都是与硬件打交道的）？很多公司招聘嵌入式软件人员
时都要求熟悉ARM处理器，将来若同学到公司中从事嵌入式软件开 发，公司都会给你
一本该设备的硬件规格说明书 (xxx Specification)，你必须能看懂其中的内存分布
和端口使用等最基本的说明（就像x86汇编一样），否则怎么设计软件。有些同学觉
得嵌入式处理 器课程较枯燥，这主要是硬件课程都较抽象的原因。还有同学对ARM汇
编不感兴趣，以为嵌入式开发用C语言就足够了。其实不应仅是将汇编语言当成一个
程序设 计语言，学汇编主要是为了掌握处理器工作原理的。一个不熟悉汇编语言的
人，怎么能在该处理器写出最优的C语言代码。在嵌入式开发的一些关键部分，有时
还必 须写汇编，如Bootloader等（可能还包括BSP）。特别是在对速度有极高要求的
场合（如DSP处理器的高速图像采集和图像解压缩），目前还会用到 汇编写程序的,
尽管用到的机会相对C要小得多。当你在一个嵌入式公司工作时，在查看描述原理的
手册时，可能很多都是用汇编描述的，这是因为很多硬件设计人 员只会写或者喜欢
用汇编描述，此时你就必须看懂汇编程序，否则软硬件人员可能就无法交流。很多嵌
入式职位招聘时都要求熟悉汇编。

[小 知识] 目前嵌入式处理器常见的有ARM、PowerPC、MIPS、Motorola 68K、ColdFire
(冷火)等，但ARM占据了绝对主流（有资料说手机中几乎90%都是ARM处理器）。ARM是
一个只卖知识产权的公司，目前获得 购买了ARM CPU核授权许可的大公司很多，包括
Intel、Samsung、Amstel、Motorola、Philip等，他们都在ARM CPU核的基础上进行
了一些外围扩展，形成自己的处理器（如Samsung S3C2410，Motorola i.MXL9328等
处理器都是采用ARM 9内核，指令一级是相同的）。而众多中小公司又购买了这些处
理器，设计了各种各样的开发板，如华恒等国内很多著名嵌入式公司都生产基于Samsung
S3C2410的开发板，供最终用户使用或供教学实验。在ARM这个食物链上，ARM公司是
大鱼，Intel、Samsung等公司是小鱼，而华恒等则是 虾米，最终用户（我们这些要
采购嵌入式开发板的）则是喂虾米的。Intel早期生产的是低端ARM(Strong ARM，相
当于ARM 7),现在转向主要生产高端ARM(即Intel Xscale处理器,属于ARMv5家族，主
要用在高端PDA上,

如HP和DELL生产的PDA都采用Intel Xscale，价格较高)。目前应用最多的是ARM 7和
ARM 9两类处理器。 ARM 7较便宜，可跑uclinux（是一个不支持高级内存管理功能的
嵌入式Linux系统统）、Vxworks、uc/os II等实时操作系统，但因处理器不带内存管
理单元MMU（无内存分页和地址映射机制，所以不能使用虚拟内存），所以不能跑Windows
CE，另外通用Linux中的某些内存管理功能也不能用在ARM 7上。ARM 9大都是一个带
MMU功能的高端处理器，可跑WinCE或通用Linux的大多数功能。ARM7和ARM9的区别是
在与体系结构上，前者是冯·诺伊曼结 构，后者是哈佛结构——指令和数据总线是
分开的。以上是我的一点了解，可能有不对的地方。我们学院有十几套ARM 7开发系
统（采用Samsung S3C44b0x开发板，主要用于嵌入式处理器结构、实时操作系统等课
程实验用），ARM 9的系统好象也已经到了（采用的芯片我不知道也没去问），还有
以前的十几套MPC860开发板（听说价格都很贵，很容易损坏），同学应爱护使用和珍
惜这样 的实验机会。

(2) 嵌入式操作系统类课程
除了WinCE的实时性稍差外，大多数嵌入式操作系统的实时性都很强,所以也可 称为
实时操作系统Real TimeOperating System.从事嵌入式的人至少须掌握一个嵌入式操
作系统(当然掌握两个更好),这在嵌入式的所有技术中是最为关键的了。目前最重要
的RTOS主要包 括：

第一类、传统的经典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系统，以及其Tornado开发平台
。Vxworks因出现稍早， 实时性很强（据说可在1ms内响应外部事件请求），并且内
核可极微（据说最小可8K），可靠性较高等，所以在北美，Vxworks占据了嵌入式系
统的多半 疆山。特别是在通信设备等实时性要求较高的系统中，几乎非Vxworks莫属
。Vxworks的很多概念和技术都和Linux很类似，主要是C语言开发。 像Bell- alcatel
、Lucent、华为等通信企业在开发产品时，Vxworks用得很多。但Vxworks因价格很高
，所以一些小公司或小产品中往往用不 起。目前很多公司都在往嵌入式Linux转（听
说华为目前正在这样转）。但无论如何，Vxworks在一段长时间内仍是不可动摇的。
与Vxworks类似 的稍有名的实时操作系统还有pSOS、QNX、Nucleus等RTOS。

第二类、嵌入式Linux操作系统：Linux的前途除作为服务器操作系统外，最成功的便
是在嵌入式领域的应用，原因当然是免费、开源、支持软件多、呼拥者众，这样嵌入
式产品成本会低。Linux本身不是一个为嵌入式设计的操作系统，不是微内核的，并
且实时性不强。

目前应用在嵌入式领域的Linux系统主要有两类：

一 类是专为嵌入式设计的已被裁减过的Linux系统，最常用的是uClinux（不带MMU功
能），目前占较大应用份额，可在ARM7上跑；另一类是跑在 ARM 9上的，一般是将Linux
2.4.18内核移植在其上，可使用更多的Linux功能（当然uClinux更可跑在ARM 9上）
。很多人预测，嵌入式Linux预计将占嵌入式操作系统的50%以上份额，非常重要。缺
点是熟悉Linux的人太少，开发难度稍大。另外，目前我们 能发现很多教材和很多大
学都以ucOS/II为教学用实时操作系统，这主要是由于ucOS/II较简单，且开源，非常
适合入门者学习实时操作系统原理，但 由于ucOS/II功能有限，实用用得较少。况且
熟悉了Linux开发，不仅在嵌入式领域有用，对开发Linux应用软件，对加深操作系统
的认识也有帮 助，可谓一举多得。据我所知，目前Intel、Philip都在大搞ARM+LINUX
的嵌入式开发，Fujitum则是在自己的处理器上大搞Linux 开发。目前在嵌入式Linux
领域，以下几个方面的人特别难找，一是能将Linux移植到某个新型号的开发版上；
二是能写Linux驱动程序的人；

三是熟悉Linux
内核裁减和优化的人。不过LINUX有一个硬伤，就是没有WINDOWS那样的友好方便美观
的交互界面，不然微软帝国早就守不住了。

第 三类、 Windows CE嵌入式操作系统：Microsoft也看准了嵌入式的巨大市场，MS
永远是最厉害的，WinCE出来只有几年时间，但目前已占据了很大市场份额，特别 是
在PDA、手机、显示仪表等界面要求较高或者要求快速开发的场合，WinCE目前已很流
行（据说有一家卖工控机的公司板子卖得太好，以至来不及为客户裁 减WinCE）。WinCE
目前主要为4.2版（.NET)，开发平台主要为WinCE Platform Builder，有时也用EVC
环境开发一些较上层的应用，由于WinCE开发都是大家熟悉的VC++环境，所以我院学
过Windows程序设计课程的同 学都不会有多大难度，这也是WinCE容易被人们接受的
原因，开发环境方便快速，微软的强大技术支持，WinCE开发难度远低于嵌入式Linux
。对于急 于完成，不想拿嵌入式Linux冒险的开发场合，WinCE是最合适了（找嵌入
式Linux的人可没那么好找的），毕竟公司不能像学生学习那样试试看，保 证开发成
功更重要。根据不同的侧重点 ，WinCE还有两个特殊版本，一个是MS PocketPC操作
系统专用于PDA上（掌上电脑），另一个是MS SmartPhone操作系统用于智能手机上（
带PDA功能的手机），两者也都属于WinCE平台。在PDA和手机市场上，除WinCE外，著
名的PDA 嵌入式操作系统还有Palm OS（因出现很早，很有名）、Symbian等，但在WinCE
的强劲冲击下，Palm和Symbian来日还能有多长？同学学过VC++后再学 WinCE,非常方
便自然，通过学习WinCE同样也可了解嵌入式软件的一般开发过程，对Linux有惧怕心
理的同学也很合适。很显然，嵌入式Linux 永远不可能替代WinCE，而且将来谁占份
额大还很难讲，毕竟很多人更愿意接受MS的平台，就像各国政府都在大力推LINUX已
好长时间，但你能看到几个 在PC机上真正使用LINUX的用户？据我观察,目前在嵌入
式平台上,LINUX是叫得最响,但还是WinCE实际用得更多.嵌入式LINUX可能更多地 是
一些有长远产品计划的公司,为降低成本而进行长远考虑.WinCE和多媒体(如MPEG技术
)是微软亚洲工程院目前做得较多的
项目领域之 一,现在社会很需要精通WinCE的人。现在有WINCE的智能手机，金山词霸
、WORD、EXCEL、REGEDIT等居然都有 smartphone版的，PC上的MP3、DOC等居然在download
时都可被自动转换成smartphone格式，很爽的。完全可用 Windows CE自己开发一些
需要的程序download到自己的手机上。现在市面销售PDA智能手机火爆，MS总是财源
滚滚。

总结关于嵌入式操作系统类课程，若你觉得自己功底较深且能钻研下去，则可去学嵌
入式Linux；若你觉得自己VC++功底较好且想短平快地学嵌入式开发，自学WINCE是非
常好的选择。

(3) 嵌入式开发的相关领域

搞嵌入式若能熟悉嵌入式应用的一些主要领域，这样的人更受企业欢迎。主要的相关
领域包括：
A、数字图像压缩技术：这是嵌入式最重要最热门的应用领域之一，主要是应掌握MPEG
编解码算法和技术，如DVD、MP3、PDA、高精电视、机顶盒等都涉及MPEG高速解码问
题。
B、 通信协议及编程技术：这包括传统的TCP/IP协议和热门的无线通信协议。首先，
大多数嵌入式设备都要连入局域网或Internet，所以首先应掌握 TCP/IP协议及其编
程，这是需首要掌握的基本技术；其次，无线通信是目前的大趋势，所以掌握无线通
信协议及编程也是是很重要的。无线通信协议包括无线 局域网通信协议802.11系列
，Bluetooth，以及移动通信（如GPRS、GSM、CDMA等）。
C、网络与信息安全技术：如加密技术，数字证书CA,以及各种网络安全设备,包括硬
件防火墙,入侵检测IDS,还有防毒墙,IPS等,中国在这方面还是没有自己优势的,我们
陈院长好象正在往这方面发展.
D、 DSP技术：DSP是Digital Signal Process数字信号处理的意思，DSP处理器通过
硬件实现数字信号处理算法，如高速数据采集、压缩、解压缩、通信等。数字信号处
理是电子、通信等硬件 专业的课程，对于搞软件的人若能了解一下最好。目前DSP人
才较缺。如果有信号与系统、数字信号处理等课程基础，对于学习MPEG编解码原理会
有很大帮 助。

（4）嵌入式开发的相关硬件基础

对于软件工程专业的学生，从事嵌入式软件开发，像数字电路、计算机组成原理、嵌
入式微处理器结构等硬件课程是较重要的。另外，汇编语言、C/C++ 数据结构算法、
特别是操作系统等软件基础课也是十分重要的。我们的主要目地是能看懂硬件工作原
理，但重点应是在嵌入式软件，特别操作系统级软件，那将是我们的优势。我们的研
究生里有些是学电子、通信类专业过来的，有较好的模拟电路和单片机基础，学嵌入
式非常合适。
嵌 入式本身就是从单片机发展过来的，只是单片机不带OS，而现在很多嵌入式应用
越来越复杂，以至不得不引入嵌入式操作系统。另外，为追求更高速的信号处理速
度，现在在一些速度要求较高场合，有不少公司是将一些DSP算法，如MPEG压缩解压
缩算法等用硬件来实现，这就涉及到HDL数字电路设计技术及其 FPGA/IP核实现技术
，这方面的人目前市场上也很缺。

(5) 题外话
另外，能写驱动程序的人目前是非常紧缺的（驱动程序也可归于嵌入式范畴），包括
桌面Windows中的DDK开发环境和WDM驱动程序。公司时刻都 要推出新产品，每一个新
产品出来了，要能被操作系统所使用，是必须写驱动程序的。写驱动程序就必须掌握
操作系统(如Windows或Linux)的内部工 作原理，还涉及到少量硬件知识，难度较大
，所以这方面的人很难找。想成为高手的同学，也可从驱动程序方面获得突破。不过
听做这方面的朋友说,做过以后，你 会发现也并不是怎样难的。其实搞驱动程序的工
作是很舒服的，搞完一个版本就会空一段时间，只有等公司新的芯片推出或新的OS出
现后，才需要再去开发新一版 驱动。

文章转自南方老树的工作室