編者按——本文作者與國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)行業(yè)共同起步，從業(yè)近10年，設(shè)計過多款高端嵌入式系統(tǒng)平臺產(chǎn)品，并為眾多公司提供過解決方案。離職前為VOIP的美資公司設(shè)計IP-PBX，歷任項目經(jīng)理、項目主管、技術(shù)總監(jiān)、部門經(jīng)理。
對許多初學(xué)者來說，許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的問題都可在這篇文章里找到答案。趕緊跟隨《單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》小編來看看他的精彩回答吧。
一、嵌入式系統(tǒng)的分層與專業(yè)的分類
嵌入式系統(tǒng)分為４層，硬件層、驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。
1.硬件層
它是整個嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語言來編程的話，從嵌入式系統(tǒng)的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅(qū)動層的基礎(chǔ)，一個優(yōu)秀的驅(qū)動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設(shè)計的，同時還要對操作系統(tǒng)內(nèi)核及其調(diào)度性相當(dāng)?shù)氖煜さ?。但硬件平臺是基礎(chǔ)，增值還要靠軟件。
硬件層比較適合于，電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類專業(yè)的人來搞，需要掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識有:單片機原理及接口技術(shù)、微機原理及接口技術(shù)、C語言。
2.驅(qū)動層
這部分比較難，驅(qū)動工程師不僅要能看懂電路圖，還要對操作系統(tǒng)內(nèi)核十分精通，以便其所寫的驅(qū)動程序在系統(tǒng)調(diào)用時，不會獨占操作系統(tǒng)時間片，而導(dǎo)至其它任務(wù)不能行動，不懂操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)和實時調(diào)度性，沒有良好的驅(qū)動編寫風(fēng)格，按大多數(shù)書上所說添加的驅(qū)動的方式，很多人都能做到，但可能連個初級的驅(qū)動工程師的水平都達(dá)不到，這樣所寫的驅(qū)動在應(yīng)用調(diào)用時就如同Windows下我們打開一個程序運行后，再打開一個程序，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會兒才能運行后來打開的程序。
想做個好的驅(qū)動人員沒有三、四年功底，操作系統(tǒng)內(nèi)核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統(tǒng)四層中可是最高的。
驅(qū)動層比較適合于電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類專業(yè)尤其是計算機偏體系結(jié)構(gòu)類專業(yè)的人來搞，除硬件層所具備的基礎(chǔ)學(xué)科外，還要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、操作系統(tǒng)原理、編譯原理十分精通了解。
3.操作系統(tǒng)層
對于操作系統(tǒng)層目前只能說是簡單的移植，而很少有人來自已寫操作系統(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來，這部分工作大都由驅(qū)動工程師來完成。操作系統(tǒng)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統(tǒng)的實時性十分重要。
4.應(yīng)用層
相對來講較為容易的，如果會在Windows下如何進行編程接口函數(shù)調(diào)用，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開發(fā)環(huán)境有相應(yīng)的變化而已。如果涉及Jave方面的編程也是如此的。嵌入式系統(tǒng)中涉及算法的由專業(yè)算法的人來處理的，不必歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)范疇內(nèi)。但如果涉及嵌入式系統(tǒng)下面嵌入式數(shù)據(jù)庫、基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編程和基于某此應(yīng)用層面的協(xié)議應(yīng)用開發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復(fù)雜，并且有難度了。
二、目標(biāo)與定位
先有目標(biāo)，再去定位。
學(xué)ARM，從硬件上講，一方面就是學(xué)習(xí)接口電路設(shè)計，另一方面就是學(xué)習(xí)匯編和C語言的板級編程。如果從軟件上講，就是要學(xué)習(xí)基于ARM處理器的操作系統(tǒng)層面的驅(qū)動、移植了。這些對于初學(xué)都來說必須明確,要么從硬件著手開始學(xué)，要么從操作系統(tǒng)的熟悉到應(yīng)用開始學(xué)，但不管學(xué)什么，只要不是純的操作系統(tǒng)級以及基于API的應(yīng)用層的編程，硬件的寄存器這類的東西還是要能看懂的，基于板級的匯編和C編程還是要會的。因此針對于嵌入式系統(tǒng)的硬件層和驅(qū)動程的人，ARM的接口電路設(shè)計、ARM的C語言和匯編語言編程及調(diào)試開發(fā)環(huán)境還是需要掌握的。
因此對于初學(xué)者必然要把握住方向，自己的目標(biāo)是什么，自己要在哪一層面上走，然后再著手學(xué)習(xí)較好，與ARM相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)的較為實際的兩個層面是硬件層和驅(qū)動層，不管學(xué)好了哪一層都會很有前途的。
如果想往嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用層面走的話，可能與ARM及其它體系相去較遠(yuǎn)，要著重研究基嵌入式操作系統(tǒng)的環(huán)境應(yīng)用與相應(yīng)開發(fā)工具鏈，比如WinCe操作系統(tǒng)下的EVC應(yīng)用開發(fā)（與Windows下的VC相類似），如果想再有突破就往某些音視頻類的協(xié)議上靠，比如VOIP領(lǐng)域的基于SIP或H.323協(xié)議的應(yīng)用層開發(fā)，或是基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)等等。
對于初學(xué)者來講，要量力而行，不要認(rèn)為驅(qū)動層工資高就把它當(dāng)成方向，要結(jié)合自身特點，嵌入式系統(tǒng)四個層面上，哪個層面上都是有高人存在的，當(dāng)然高人也對應(yīng)高工資，我是做硬件層的，以前每月工資中個人所得稅要被扣上近3千大元，當(dāng)然一方面充當(dāng)工程師的角色，一方面充當(dāng)主管及人物的角色，兩個職位我一個人干，但上班時間就那些。硬件這方面上可能與我PK的人很少了，才讓我拿到那么多的工資。
三、開發(fā)系統(tǒng)選擇
很多ARM初學(xué)者都希望有一套自己能用的系統(tǒng)，但他們住住會產(chǎn)生一種錯誤認(rèn)識就是認(rèn)為處理器版本越高、性能越高越好，就像很多人認(rèn)為ARM9與ARM7好，我想對于初學(xué)者在此方面以此入門還應(yīng)該理智，開發(fā)系統(tǒng)的選擇最終要看自己往嵌入式系統(tǒng)的哪個方向上走，是做驅(qū)動開發(fā)還是應(yīng)用，還是做嵌入式系統(tǒng)硬件層設(shè)計與板級測試。如果想從操作系統(tǒng)層面或應(yīng)用層面上走，不管是驅(qū)動還是應(yīng)用，那當(dāng)然處理器性能越高越好了，但這個東西自學(xué)，有十分大的困難，不是幾個月或半年或是一年二年能搞定的事。
在某種意義上請，ARM7與9的差別就是在某些功能指令集上豐富了些，主頻提高一些而已，就比如286和386。對于用戶來講可能覺查不到什么，只能是感覺速度有些快而已。
ARM7比較適合于那些想往硬件層面上走的人，因為ARM7系列處理器內(nèi)部帶MMU的很少，而且比較好控制，就比如S3C44B0來講，可以很容易將Cache關(guān)了，而且內(nèi)部接口寄存器很容易看明白，各種接口對于用硬件程序控制或AXD單步命令行指令都可以控制起來，基于51單片機的思想很容易能把它搞懂，就當(dāng)成個32位的單片機，從而消除很多51工程師想轉(zhuǎn)為嵌入式系統(tǒng)硬件ARM開發(fā)工程師的困惑，從而不會被業(yè)界某些不是真正懂嵌入式的爛公司帶到操作系統(tǒng)層面上去，讓他們望而失畏，讓業(yè)界更加缺少這方面的人才。
而嵌入式系統(tǒng)不管硬件設(shè)計還是軟件驅(qū)動，都是十分注重接口這部分的，選擇平臺還要考察一個處理器的外部資源，你接觸外部資源越多，越熟悉它們，那你以后就業(yè)成功的機率就越高，這就是招聘時所說的有無“相關(guān)技能”。
因為一個人不可能在短短幾年內(nèi)把所有的處理器都接觸一遍，而招聘單位所用的處理器就可能是我們完全沒有見過的，就拿臺灣數(shù)十家小公司生產(chǎn)的ARM類處理器，也很好用，但這些東西通用性太差，用這些處理器的公司就只能招有相關(guān)工作經(jīng)驗的人了，那什么是相關(guān)工作經(jīng)驗，在硬件上講的是外圍接口設(shè)計，在軟件上講是操作系統(tǒng)方面相關(guān)接口驅(qū)動及應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗。
我個人認(rèn)為三星的S3C44b0對初學(xué)者來說比較合適，為什么這么說？因為接口資源比較豐富，技術(shù)成熟，資料較多，應(yīng)該十分適合于初學(xué)者，有問題可能很容易找人幫且解決，因為大多數(shù)人都很熟悉，就如同51類的單片機，有N多位專家級的人物可以給你幫忙，相關(guān)問題得以很快解答，所然業(yè)界認(rèn)為這款A(yù)RM都做用得爛了，但對于初學(xué)者來，就卻是件好事。
因此開發(fā)系統(tǒng)的選擇，要看自己的未來從業(yè)目標(biāo)方向、要看開發(fā)板接口資源、還要看業(yè)界的通用性。
四、成為高級嵌入式系統(tǒng)硬件工程師要具備的技能
對于硬件來講有幾個方向，就單純信號來分為數(shù)字和模擬，模擬比較難搞，一般需要很長的經(jīng)驗積累，單單一個阻值或容值的精度不夠就可能使信號偏差很大。因此年輕人搞的較少，隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了模擬電路數(shù)字化，比如手機的Modem射頻模塊，都采用成熟的套片，而當(dāng)年國際上只有兩家公司有此技術(shù)，自我感覺模擬功能不太強的人，不太適合搞這個，如果真能搞定到手機的射頻模塊，只要達(dá)到一般程度可能月薪都在15K以上。
另一類就是數(shù)字部分了，在大方向上又可分為51/ARM的單片機類、dsp類、FPGA類。
國內(nèi)FPGA的工程師大多是在IC設(shè)計公司從事IP核的前端驗證，這部分不搞到門級，前途不太明朗，即使做個IC前端驗證工程師，也要搞上幾年才能勝任。dsp硬件接口比較定型，如果不向驅(qū)動或是算法上靠攏，前途也不會太大。而ARM單片機類的內(nèi)容就較多，業(yè)界產(chǎn)品占用量大，應(yīng)用人群廣，因此就業(yè)空間極大，而硬件設(shè)計最體現(xiàn)水平和水準(zhǔn)的就是接口設(shè)計這塊，這是各個高級硬件工程師相互PK，判定水平高低的依據(jù)。
而接口設(shè)計這塊最關(guān)鍵的是看時序，而不是簡單的連接，比如PXA255處理器I2C要求速度在100Kbps，如果把一個總線外圍器件，最高還達(dá)不到100kbps的與它相接，必然要導(dǎo)致設(shè)計的失敗。這樣的情況有很多，比如51單片機可以在總線接LCD，但為什么這種LCD就不能掛在ARM的總線上，還有ARM7總線上可以外接個Winband的SD卡控制器，但為什么這種控制器接不到ARM9或是Xscale處理器上，這些都是問題。
因此接口并不是一種簡單的連接，要看時序，要看參數(shù)。 一個優(yōu)秀的硬件工程師應(yīng)該能夠在沒有參考方案的前提下設(shè)計出一個在成本和性能上更加優(yōu)秀的產(chǎn)品，靠現(xiàn)有的方案，也要進行適當(dāng)?shù)目尚行圆眉?，但不是胡亂的來。我遇到一個工程師把方案中的5V變1.8V的DC芯片，直接更換成LDO，有時就會把CPU燒上幾個。
因此想成為一個優(yōu)秀的工程師，需要對系統(tǒng)整體性的把握和對已有電路的理解，換句話說，給你一套電路圖你終究能看明白多少，看不明白80%以上的話，說明你離優(yōu)秀的工程師還差得遠(yuǎn)。其次是電路的調(diào)試能力和審圖能力，但最最基本的能力還是原理圖設(shè)計PCB繪制、邏輯設(shè)計這塊。這是指的是硬件設(shè)計工程師，從上面的硬件設(shè)計工程師中還可以分出ECAD工程師，就是專業(yè)的畫PCB板的工程師，和EMC設(shè)計工程師，幫人家解決EMC的問題。硬件工程師再往上就是板級測試工程師，就是C語功底很好的硬件工程師，在電路板調(diào)試過程中能通過自已編寫的測試程序?qū)τ布δ苓M行驗證。然后再交給基于操作系統(tǒng)級的驅(qū)動開發(fā)人員。
總之，硬件的內(nèi)容很多很雜，硬件哪方面練成了都會成為一個高手，那么高級硬件工程師都要具備那些素質(zhì)？首先要掌握EDA設(shè)計的輔助工具類如Protel/ORCAD/PowperPCB/Maplux2/ISE、VDHL語言，要能用到這些工具畫圖、畫板，做邏輯設(shè)計，再有就是接口設(shè)計審圖能力，再者就是調(diào)試能力，如果能走到總體方案設(shè)計這塊，那就基本上快成為資深工程師了。
硬件是要靠經(jīng)驗，也要靠積累的，十年磨一劍，百年磨一針。
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