嵌入式操作系統(tǒng)簡介

嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedSystem）是指以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪、適應應用系統(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 應用領域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設備上，通常這些設備的硬件資源（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、航天航空設備等等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。

為什么要學嵌入式軟件開發(fā)？好處是什么？

（1）目前國內外這方面的人都很稀缺。一方面，是因為這一領域入門門檻較高，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域；另一方面，是因為這一領域較新，目前發(fā)展太快，很多軟硬件技術出現(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、無線通信協(xié)議等），掌握這些新技術的人當然很找。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)驗的人進行指導開發(fā)流程。

（2）與企業(yè)計算等應用軟件不同，嵌入式領域人才的工作強度通常低一些（但收入不低）。搞企業(yè)應用軟件的 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，幾句指導也夠讓那些初入道者琢磨半年的。若搞應用軟件，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，這可不像應用軟件那樣容易被盜版。土木學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），施工技術人員用該 PDA 可當場進行土木概預算和其它土木計算，據(jù)說銷路特好。我認識的某大學老師，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 班當年有一組同學在學 Windows 程序設計課程時用 VC++設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 工程師的學習需要具備一定的 C 語言基礎，C 語言是嵌入式領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、結構體、鏈表、文件操作、隊列、棧等。

2、Linux 基礎

Linux 操作系統(tǒng)的概念、安裝方法，詳細了解 Linux 下的目錄結構、基本命令、編輯器 VI ，編譯器 GCC，調試器 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

重點學習標準 I/O 庫，Linux 多任務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 應用開發(fā)的理解和代碼調試的能力。

4、Linux 網(wǎng)絡編程

計算機網(wǎng)絡在嵌入式 Linux 系統(tǒng)應用開發(fā)過程中使用非常廣泛，通過 Linux 網(wǎng)絡發(fā)展、TCP/IP 協(xié)議、socket 編程、TCP 網(wǎng)絡編程、UDP 網(wǎng)絡編程、Web 編程開發(fā)等方面入手，全面了解 Linux 網(wǎng)絡應用程序開發(fā)。重點學習網(wǎng)絡編程相關 API，熟練掌握 TCP 協(xié)議服務器的編程方法和并發(fā)服務器的實現(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 架構網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的設計，熟悉 HTML，Javascript 等 Web 編程技術及實現(xiàn)方法。

5、數(shù)據(jù)結構與算法

數(shù)據(jù)結構及算法在嵌入式底層驅動、通信協(xié)議、及各種引擎開發(fā)中會得到大量應用，對其掌握的好壞直接影響程序的效率、簡潔及健壯性。此階段的學習要重點理解數(shù)據(jù)結構與算法的基礎內容，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用及其 C 語言實現(xiàn)過程。

6、C++ 、QT

C++是 Linux 應用開發(fā)主要語言之一，本階段重點掌握面向對象編程的基本思想以及 C++的重要內容。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、面向對象、豐富 API、支持 2D/3D 渲染、支持 XML、多國語等強大功能，在嵌入式領域的 GUI 開發(fā)中得到了廣范的應用，在本階段通過基于 QT 圖形庫的學習使學員可以熟練編寫 GUI 程序，并移植 QT 應用程序到 Cortex-A8 平臺。包括 IDE 使用、QT 部件及布局管理器、信息與槽機制的應用、鼠標、鍵盤及繪圖事件處理及文件處理的應用。

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 平臺包括內核裁減、內核移植、交叉編譯、GNU 工具使用、內核調試、Bootloader 介紹、制作與原理分析、根文件系統(tǒng)制作以及向內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、驅動開發(fā)

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

十大課本上學不到的妙招

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“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雖然很重要，但嵌入式工程師若能擴展自己的知識領域會更有益。走出舒適圈，挑戰(zhàn)自我、去學習原本不熟悉的東西，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、學習利用搜索引擎
當了多年工程師、自認是“看得懂系統(tǒng)架構的軟件人”的 PTRGroup 首席科學家 MichaelAnderson 認為，不要閉門造車，要善用開放源碼世界的信息，很多常見的設計問題其實透過因特網(wǎng)就能找到同領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、學習那些讓因特網(wǎng)實現(xiàn)的技術
具備多年嵌入式工程師經(jīng)驗的獨立產(chǎn)品設計與顧問公司 AuriumTechnologies 總經(jīng)理 KenWada 認為，多數(shù)嵌入式領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習因特網(wǎng)有關的技術，對職業(yè)生涯發(fā)展會有加分效果，例如他目前負責的幾個開發(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 RandstadTechnologies 負責嵌入式產(chǎn)業(yè)領域的解決方案經(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，累積相關技術經(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特殊設計需求，但更重要的是了解最新的處理器技術;處理器才是嵌入式系統(tǒng)的本質。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、具備許多不同領域技術經(jīng)驗的技術顧問公司 Rebelbot 顧問 JenCostillo 建議，原本從事較小型系統(tǒng)架構（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 驅動程序），反之亦然。嘗試著去開發(fā)手機應用程序、或者是學習后端服務器的相關技術，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習獨特算法的開發(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該具備優(yōu)良的項目管理技巧，力求準時完成負責的項目。具備能明智因應技術與項目風險的能力，對職業(yè)生涯發(fā)展會很有幫助。

9、學習無線連結技術
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 年學習無線連結技術，特別是 Wi-Fi 與藍牙低功耗（BLE）;因為現(xiàn)在的嵌入式設備（至少各種消費性電子都是）與使用者智能手機連結的主要（或唯一）方式，就是透過這些無線技術，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 應用程序。

審核編輯 黃昊宇