嵌入式操作系統(tǒng)簡介

嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedSystem）是指以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。舉例來說，大到油田的集散控制系統(tǒng)和工廠流水線，小到家用 VCD 機或手機，甚至組成普通 PC 終端設(shè)備的鍵盤、鼠標、硬盤、Modem 等均是由嵌入式處理器控制的。

嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門最有發(fā)展前途的 IT 應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設(shè)備上，通常這些設(shè)備的硬件資源（如處理器、存儲器等）非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應(yīng)要求很高等。特別是隨著消費家電的智能化，嵌入式更顯重要。像我們平常常見到的手機、PDA、電子字典、可視電話、VCD/DVD/MP3Player、數(shù)字相機（DC）、數(shù)字攝像機（DV）、U-Disk、機頂盒（Set TopBox）、高清電視（HDTV）、游戲機、智能玩具、交換機、路由器、數(shù)控設(shè)備或儀表、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。

為什么要學(xué)嵌入式軟件開發(fā)？好處是什么？

（1）目前國內(nèi)外這方面的人都很稀缺。一方面，是因為這一領(lǐng)域入門門檻較高，不僅要懂較底層軟件（例如操作系統(tǒng)級、驅(qū)動程序級軟件），對軟件專業(yè)水平要求較高（嵌入式系統(tǒng)對軟件設(shè)計的時間和空間效率要求較高），而且必須懂得硬件的工作原理，所以非專業(yè) IT 人員很難切入這一領(lǐng)域；另一方面，是因為這一領(lǐng)域較新，目前發(fā)展太快，很多軟硬件技術(shù)出現(xiàn)時間不長或正在出現(xiàn)（如 ARM 處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、MPEG 技術(shù)、無線通信協(xié)議等），掌握這些新技術(shù)的人當然很找。嵌入式人才稀缺，身價自然就高，越有經(jīng)驗價格就越高。其實嵌入式人才稀少，根本原因可能是大多數(shù)人無條件接觸，這需要相應(yīng)的嵌入式開發(fā)板和軟件，另外需要有經(jīng)驗的人進行指導(dǎo)開發(fā)流程。

（2）與企業(yè)計算等應(yīng)用軟件不同，嵌入式領(lǐng)域人才的工作強度通常低一些（但收入不低）。搞企業(yè)應(yīng)用軟件的 IT 企業(yè)，這個用戶的系統(tǒng)搞完了，又得去搞下一個用戶的，而且每個用戶的需求和完成時間都得按客戶要求改變，往往疲于奔命，重復(fù)勞動。相比而言，搞嵌入式系統(tǒng)的公司，都有自己的產(chǎn)品計劃，按自己的節(jié)奏行事。所開發(fā)的產(chǎn)品通常是通用的，不會因客戶的不同而修改。一個產(chǎn)品型號開發(fā)完了，往往有較長一段空閑時間（或只是對軟件進行一些小修補），有時間進行充電和休整。另外，從事嵌入式軟件的每個人工作范圍相對狹窄，所涉及的專業(yè)技術(shù)范圍就是那些（ARM、RTOS、MPEG、802.11 等），時間長了這些東西會越搞越有經(jīng)驗，賣賣老本，幾句指導(dǎo)也夠讓那些初入道者琢磨半年的。若搞應(yīng)用軟件，可能下一個客戶要換成一個完全不同的軟件開發(fā)平臺，那就苦了。

（3）哪天若想創(chuàng)業(yè)，搞自已的產(chǎn)品，那么嵌入式是一個不錯的主意，這可不像應(yīng)用軟件那樣容易被盜版。土木學(xué)院有一個叫啟明星的公司開發(fā)出一個好象叫“工程 e”的掌上 PDA（南校區(qū)門口有廣告），施工技術(shù)人員用該 PDA 可當場進行土木概預(yù)算和其它土木計算，據(jù)說銷路特好。我認識的某大學(xué)老師，他開發(fā)的飯館用的點菜 PDA（WinCE 平臺，可無線連網(wǎng)和上網(wǎng)），據(jù)他說銷路不錯，飯館點點 PDA 讓客戶點菜，多顯派頭檔次。我記得 00 級 2+2 班當年有一組同學(xué)在學(xué) Windows 程序設(shè)計課程時用 VC++設(shè)計了一個功能很強的點菜系統(tǒng)做為課程項目，當時真想建議他們將這個軟件做成 PDA，估計會有些銷路（上?；疖囌灸蠌V場的 Macdonald 便使用很漂亮的 PDA 給用戶點食品，像摸像樣的）。這些 PDA 的硬件設(shè)計一般都是請其它公司給訂做（這叫“貼牌”：OEM），都是通用的硬件，我們只管設(shè)計軟件就變成自己的產(chǎn)品了。

八大入門的知識點

1、C 語言

嵌入式 Linux 工程師的學(xué)習(xí)需要具備一定的 C 語言基礎(chǔ)，C 語言是嵌入式領(lǐng)域最重要也是最主要的編程語言，通過大量編程實例重點理解 C 語言的基礎(chǔ)編程以及高級編程知識。包括：基本數(shù)據(jù)類型、數(shù)組、指針、結(jié)構(gòu)體、鏈表、文件操作、隊列、棧等。

2、Linux 基礎(chǔ)

Linux 操作系統(tǒng)的概念、安裝方法，詳細了解 Linux 下的目錄結(jié)構(gòu)、基本命令、編輯器 VI ，編譯器 GCC，調(diào)試器 GDB 和 Make 項目管理工具， Shell Makefile 腳本編寫等知識，嵌入式開發(fā)環(huán)境的搭建。

3、Linux 系統(tǒng)編程

重點學(xué)習(xí)標準 I/O 庫，Linux 多任務(wù)編程中的多進程和多線程，以及進程間通信（pipe、FIFO、消息隊列、共享內(nèi)存、signal、信號量等），同步與互斥對共享資源訪問控制等重要知識，主要提升對 Linux 應(yīng)用開發(fā)的理解和代碼調(diào)試的能力。

4、Linux 網(wǎng)絡(luò)編程

計算機網(wǎng)絡(luò)在嵌入式 Linux 系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)過程中使用非常廣泛，通過 Linux 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、TCP/IP 協(xié)議、socket 編程、TCP 網(wǎng)絡(luò)編程、UDP 網(wǎng)絡(luò)編程、Web 編程開發(fā)等方面入手，全面了解 Linux 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)。重點學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān) API，熟練掌握 TCP 協(xié)議服務(wù)器的編程方法和并發(fā)服務(wù)器的實現(xiàn)，了解 HTTP 協(xié)議及其實現(xiàn)方法，熟悉 UDP 廣播、多播的原理及編程方法，掌握混合 C/S 架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)計，熟悉 HTML，Javascript 等 Web 編程技術(shù)及實現(xiàn)方法。

5、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法在嵌入式底層驅(qū)動、通信協(xié)議、及各種引擎開發(fā)中會得到大量應(yīng)用，對其掌握的好壞直接影響程序的效率、簡潔及健壯性。此階段的學(xué)習(xí)要重點理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的基礎(chǔ)內(nèi)容，包括順序表、鏈表、隊列、棧、樹、圖、哈希表、各種查找排序算法等應(yīng)用及其 C 語言實現(xiàn)過程。

6、C++ 、QT

C++是 Linux 應(yīng)用開發(fā)主要語言之一，本階段重點掌握面向?qū)ο缶幊痰幕舅枷胍约?C++的重要內(nèi)容。圖形界面編程是嵌入式開發(fā)中非常重要的一個環(huán)節(jié)。由于 QT 具有跨平臺、面向?qū)ο?、豐富 API、支持 2D/3D 渲染、支持 XML、多國語等強大功能，在嵌入式領(lǐng)域的 GUI 開發(fā)中得到了廣范的應(yīng)用，在本階段通過基于 QT 圖形庫的學(xué)習(xí)使學(xué)員可以熟練編寫 GUI 程序，并移植 QT 應(yīng)用程序到 Cortex-A8 平臺。包括 IDE 使用、QT 部件及布局管理器、信息與槽機制的應(yīng)用、鼠標、鍵盤及繪圖事件處理及文件處理的應(yīng)用。

7、Cortex A8 、Linux 平臺開發(fā)

通過基于 ARM Cortex-A8 處理 s5pv210 了解芯片手冊的基本閱讀技巧，掌握 s5pv210 系統(tǒng)資源、時鐘控制器、電源管理、異常中斷控制器、nand flash 控制器等模塊，為底層平臺搭建做好準備。Linux 平臺包括內(nèi)核裁減、內(nèi)核移植、交叉編譯、GNU 工具使用、內(nèi)核調(diào)試、Bootloader 介紹、制作與原理分析、根文件系統(tǒng)制作以及向內(nèi)核中添加自己的模塊，并在 s5pv210 實驗平臺上運行自己制作的 Linux 系統(tǒng)，集成部署 Linux 系統(tǒng)整個流程。同時了解 Android 操作系統(tǒng)開發(fā)流程。Android 系統(tǒng)是基于 Linux 平臺的開源操作系統(tǒng)，該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成，是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件，目前它的應(yīng)用不再局限于移動終端，還包括數(shù)據(jù)電視、機頂盒、PDA 等消費類電子產(chǎn)品。

8、驅(qū)動開發(fā)

驅(qū)動程序設(shè)計是嵌入式 Linux 開發(fā)工作中重要的一部分，也是比較困難的一部分。本階段的學(xué)習(xí)要熟悉 Linux 的內(nèi)核機制、驅(qū)動程序與用戶級應(yīng)用程序的接口，掌握系統(tǒng)對設(shè)備的并發(fā)操作。熟悉所開發(fā)硬件的工作原理，具備 ARM 硬件接口的基礎(chǔ)知識，熟悉 ARM Cortex-A8 處理器 s5pv210 各資源、掌握 Linux 設(shè)備驅(qū)動原理框架，熟悉工程中常見 Linux 高級字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、USB 設(shè)備等驅(qū)動開發(fā)，在工作中能獨立勝任底層驅(qū)動開發(fā)。

十大課本上學(xué)不到的妙招

1、離開舒適圈
雖然當了多年的工程師、但自認是系統(tǒng)與軟件技術(shù)“通才”的 DSP 與嵌入式軟件開發(fā)顧問公司 Jetperch 創(chuàng)辦人 MattLiberty 建議，不斷更新并提升原本擅長的技術(shù)雖然很重要，但嵌入式工程師若能擴展自己的知識領(lǐng)域會更有益。走出舒適圈，挑戰(zhàn)自我、去學(xué)習(xí)原本不熟悉的東西，包括工程以外的知識，例如與客戶、同事之間的互動，將會收獲良多。

2、學(xué)習(xí)利用搜索引擎
當了多年工程師、自認是“看得懂系統(tǒng)架構(gòu)的軟件人”的 PTRGroup 首席科學(xué)家 MichaelAnderson 認為，不要閉門造車，要善用開放源碼世界的信息，很多常見的設(shè)計問題其實透過因特網(wǎng)就能找到同領(lǐng)域菁英貢獻的程序代碼;嵌入式工程師們要走出自己的小世界擁抱社群，與同領(lǐng)域的其他工程師們相互交流、互相幫助，而這也是開放源碼世界的精神。

3、學(xué)習(xí)那些讓因特網(wǎng)實現(xiàn)的技術(shù)
具備多年嵌入式工程師經(jīng)驗的獨立產(chǎn)品設(shè)計與顧問公司 AuriumTechnologies 總經(jīng)理 KenWada 認為，多數(shù)嵌入式領(lǐng)域工程師都知道如何撰寫 C 或 C++語言程序，但有時候這樣的技能是不夠的;他建議嵌入式工程師學(xué)習(xí)因特網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)，對職業(yè)生涯發(fā)展會有加分效果，例如他目前負責(zé)的幾個開發(fā)案，都是在嵌入式系統(tǒng)中嵌入虛擬（virtual）的 XML，好讓一些小型連網(wǎng)設(shè)備能具備“即插即用”的運作模式。

4、熟悉實時操作系統(tǒng)（RTOS）
在工程人才招募機構(gòu) RandstadTechnologies 負責(zé)嵌入式產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的解決方案經(jīng)理 HenryWintz 表示，目前產(chǎn)業(yè)界對于熟悉 RTOS 的工程師需求很高，也愿意提供更高的薪資水平;因此他鼓勵沒有接觸過 RTOS 的嵌入式工程師從一些較小型的系統(tǒng)著手，累積相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗。此外他也發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)界對嵌入式 Linux 人才有不少需求，主要是因為這種操作系統(tǒng)具備較大的設(shè)計彈性。

5、了解最新的處理器
有超過多年嵌入式軟件工程師經(jīng)驗的 Embedded.fm 工程師 EleciaWhite 表示，除了要深入了解 C 或 C++等基本程序語言，有時也要認識一些熱門的新程序語言以因應(yīng)特殊設(shè)計需求，但更重要的是了解最新的處理器技術(shù);處理器才是嵌入式系統(tǒng)的本質(zhì)。因為我們的系統(tǒng)資源有限，我們需要了解可用的資源有哪些。

6、培養(yǎng)多元化技能與系統(tǒng)觀
擔任近多年工程師、具備許多不同領(lǐng)域技術(shù)經(jīng)驗的技術(shù)顧問公司 Rebelbot 顧問 JenCostillo 建議，原本從事較小型系統(tǒng)架構(gòu)（例如 MCU）開發(fā)的工程師，可以開始去熟悉更大的系統(tǒng)（例如 Linux 驅(qū)動程序），反之亦然。嘗試著去開發(fā)手機應(yīng)用程序、或者是學(xué)習(xí)后端服務(wù)器的相關(guān)技術(shù)，能讓你開啟完全不同的觀點;他并建議工程師去熟悉開放性硬件，現(xiàn)在市面上有不少現(xiàn)成的開發(fā)板，能讓工程師專注于學(xué)習(xí)獨特算法的開發(fā)。

7、要能熟悉開放源碼軟件
擁有多年工程師經(jīng)驗的 FreescaleSemiconductor 數(shù)字網(wǎng)絡(luò)全球軟件開發(fā)部門總監(jiān) RobOshana 表示，客戶往往會要求在系統(tǒng)中整合一大堆軟件，因此所有的嵌入式工程師需要熟悉各種軟件;他建議工程師避免只專長單一領(lǐng)域，因為那可能會阻礙你的成長。對嵌入式工程師來說，確保自己對軟硬件技術(shù)都很了解，是非常寶貴的價值。

8、建立系統(tǒng)級的工程思維
自詡為高信賴度嵌入式系統(tǒng)專家、擔任了多年工程師的 E2V 電子系統(tǒng)總工程師 AdamTaylor 認為，嵌入式工程師擁有系統(tǒng)導(dǎo)向的思維是很重要的，有不少開發(fā)案遇到問題，就是因為沒有在開發(fā)初期充分考慮基準、驗證策略以及兼容性驗證計劃等項目;此外每個嵌入式工程師都應(yīng)該具備優(yōu)良的項目管理技巧，力求準時完成負責(zé)的項目。具備能明智因應(yīng)技術(shù)與項目風(fēng)險的能力，對職業(yè)生涯發(fā)展會很有幫助。

9、學(xué)習(xí)無線連結(jié)技術(shù)
自認是低階嵌入式工程師、有多年工作經(jīng)驗的 iRobot 資深首席軟件工程師 ChrisSvec 建議，嵌入式工程師需要在接下來 1~3 年學(xué)習(xí)無線連結(jié)技術(shù)，特別是 Wi-Fi 與藍牙低功耗（BLE）;因為現(xiàn)在的嵌入式設(shè)備（至少各種消費性電子都是）與使用者智能手機連結(jié)的主要（或唯一）方式，就是透過這些無線技術(shù)，雖然 Wi-Fi 與 BLE 不一定會是嵌入式系統(tǒng)的標準配備，但熟悉這些技術(shù)對嵌入式工程師來說會很實用。

10、要能明確表達自己的想法與意見透過文字或繪圖
Micrum 總裁 JeanLaBrosse 認為，無論是哪一種工程師，都需要能有效表達自己的想法與意見;往往有些菜鳥工程師無法清晰表達自己的想法，因為抓不到重點，而最好的解決方法是練習(xí)將之圖形化，例如畫出流程圖。這聽起來好像有點過時，但有時利用各種圖框組合來整理自己的思緒、表達想法會是很有用的，例如 iPad 的 iThoughts 應(yīng)用程序。

審核編輯 黃昊宇