总结:软件开发的3个方向与嵌入式Linux学习路线(驱动方向)schips

曾经和同事一起吃饭,听他们吐槽程序员压力太大,我开玩笑说去送外卖会不会更好;但细数了一下,还是程序员香。

我想,能够选择程序员作为职业生涯的开始应该算是一种幸运:收入还行,虽然会顶着项目进度的压力,但只需要吃学习的苦。

我曾听过亚马逊创始人JeffBezos说过的一句话:

人们经常问,在接下来的10年里,会有什么样的变化。但是我只问,未来的10年,什么是不变的?——JeffBezos

我认为,行业和方向都不是最重要的,按我对《软技能:代码之外的生存指南》其中提到的“冲量”的理解,竞争力=选择+积累。

韦东山将程序员的方向分为3类:专业领域、业务领域、操作系统领域。而按我的理解是:专业领域,业务领域,底层领域。

负责底层领域的人,主要的工作是向其他开发人员提供操作底层硬件的接口,有时候甚至需要搭建业务开发人员程序运行的系统环境,计算软件运行时所需要的最小资源;配合硬件工程师进行联调,从软、硬件2个角度排除解决PCBA上存在的问题;有时候还需要参与硬件设计(主要是CPU外围),设计行业应用的数据链路架构。

从事业务开发的人,需要了解一些操作系统知识,善用各种库进行,常常使用操作系统的接口(系统调用)进行应用层开发。一般都需要从行业出发、对产品有一定的认识,了解一些业务需求,搞清楚业务的关系。

所以,当领导的人,多是做应用的。一旦钻入了某个行业,很难换行业。因此,选择一个好的行业非常重要。——韦东山

对专业开发的人来说,他们常常面对的是业务中某一个核心需求的实现,像科研人员一样,更多地需要对理论知识有足够的积累;高数中的很多东西是他们的老朋友;编程语言只是他们实现目标的工具。

这3类工种直接可以没有明确的界定,只要学习能力足够强,甚至可以相互转换,而且这种转换后的变化可能是更加得心应手的工作。

我们来讲讲底层领域吧。

底层开发需要在于芯片厂商或者板级开发商的BSP,包括3种:

0、BSP开发

1、裸机开发

2、基于操作系统的驱动开发

BSP开发:我曾经以为底层移植需要从通用的BootLoader或者kernel做移植,没成想实际上这一块属于板级供应商的工作。除非是进入到这些供应商从事工作或者进行产品底层的深度定制,否则没啥机会用到芯片上的编程经验。

实际上,大部分的移植工作都只是简单的适配。

裸机开发往往是面对一些对资源要求比较苛刻,无法运行操作系统的场景。例如物联网领域,尤其是通过电池供电产品;也有一些不需要上系统的原因在于调度和通讯的方式比较简单,用前后台(轮询+中断)系统足以解决这些问题。

而操作系统开发的开发根据系统的不同而不同;嵌入式常见的操作系统很多(过时的WinCE就不说了),由简到难的有:uCos、FreeRTOS;VxWorks,RT-Thread,Linux...

其中,比较成熟而被人广泛认识的有:Linux、FreeRTOS、RT-Thead。

我建议学习的路线,“从裸机到系统”:

0、学习一款MCU,例如STM32

1、了解操作系统原理

2、买个资料丰富、有条理而且社区友好的开发板,移植并开发有关的系统

3、在2的基础上,研究Linux

当然,不仅如此,经常和硬件工程师打交道也是一项工作内容。

操作系统领域所包含的内容,简单地说,就是制作出一台装好系统的专用“电脑”,可以分为:

我们可以在软件和硬件之间起桥梁作用,对于实体产品,有可能是软件出问题也可能是硬件出问题,一般是底层系统工程师比较容易找出问题。当硬件、软件应用出现问题,他们解决不了时,从底层软件角度给他们出主意,给他们提供工具。再比如方案选择:芯片性能能否达标、可用的BSP是否完善等等,这只能由负责整个方案的人来考虑,他必须懂底层。

在操作系统领域,对知识的要求很多:

缺点:它绝对是一个大坑,没有兴趣、没有毅力的人慎选:

优点:

驱动开发,我认为适合于这些人:

1、硬件工程师:想转软件开发,从底层软件入门会比较好,硬件经验能够用得上;

2、应用开发人员:想深入了解底层的人,不会整天被底层卡脖子;

3、裸机开发人员:面对日益复杂的资源调度处理开始力不从心;有资源能够上系统的硬件平台可以搞搞。

4、想拥有整体调试能力的人:拥有底层能力对调试来讲是一把利刃;

嵌入式软件中一定有的部分:

假设您是零基础,我们规划了如下入门路线图:

前面的知识,是后面知识的基础,建议按顺序学习。每一部分,不一定需要学得很深入透彻

C语言:

通用:

PC-Linux(例如Centos、Ubuntu)

我们学习硬件知识的目的在于能看懂原理图,看懂通信协议,看懂芯片手册;不求能设计原理图,更不求能设计电路板。对于正统的方法,你应该这样学习:

①学习《微机原理》,理解一个计算机的组成及各个部件的交互原理。

②学习《数字电路》,理解各种门电路的原理及使用,还可以掌握一些逻辑运算(与、或等)。

概述:从简单的裸机开发入手,先掌握硬件操作。对于基于ARM+Linux的裸机学习,这么做可以学得更深,并且更贴合后续的Linux学习。

Linux驱动开发=Linux驱动程序软件框架+通过软件操作硬件

实际上这个部分就是通过软件操作硬件:不需要依赖其他框架,你可以按你自己的意愿来组织编写代码;你只需要知道如何读写物理地址即可。(必要时,使用芯片提供的资源对硬件进行控制)

一切从零编写代码、管理代码,可以让我们学习到更多知识:

实际上这些知识在BootLoader中学习会更有体会

你会知道:

学习裸机开发的目的有两个:

1、掌握裸机程序的结构,为后续的u-boot作准备

2、练习硬件知识,即:怎么看原理图、芯片手册,怎么写代码来操作硬件

后面的u-boot可以认为是裸机程序的集合,我们在裸机开发中逐个掌握各个部件,再集合起来就可以得到一个u-boot了。后续的驱动开发,也涉及硬件操作,你可以在裸机开发中学习硬件知识。

注意:如果你并不关心裸机的程序结构,不关心bootloader的实现,这部分是可以先略过的。

推荐两本书:杜春蕾的《ARM体系结构与编程》,韦东山的《嵌入式Linux应用开发完全手册》。

概述:

如果你是软件工程师,无论是ARM9、ARM11、A8还是A9,对我们来说是没有差别的。一款芯片,上面有CPU,还有众多的片上设备(比如UART、USB、LCD控制器)。我们写程序时,并不涉及CPU,只是去操作那些片上设备。

所以:差别在于片上设备,不在于CPU核;差别在于寄存器操作不一样。

因为我们写驱动并不涉及CPU的核心,只是操作CPU之外的设备,只是读写这些设备的寄存器。

学习目标:

学习方法:

①先学习《从零编写bootloader》,这可以从最少的代码理解bootloader的主要功能

②再看书上对u-boot的讲解,并结合《分析u-boot1.1.6的视频》来理解

学习程度:

描述:内核本身不是我们学习的重点,但是了解一下内核的启动过程,还是很有必要的:工作中有可能要修改内核以适配硬件,掌握了启动过程才知道去修改哪些文件。

①知道机器ID的作用,根据机器ID找到单板对应的文件

②知道Makefile、Kconfig的作用,知道怎么简单地配置内核

③知道怎么修改分区

④作为入门:只求理解,不要求能移植

文件系统的学习其实指的是:构建一个根目录文件系统,此后将其制作为镜像;这个镜像的类型是我们平时所说的

在驱动程序开发阶段,我们喜欢搭建一个最小根文件系统来调试驱动;

在开发应用程序时,也需要搭建文件系统,把各种库、配置文件放进去;

在发布产品时,你还需要修改配置文件,使得产品可以自动运行程序;

甚至你想实现插上U盘后自动启动某个程序,这也要要修改配置文件;

这一切,都需要你理解根文件系统的构成,理解内核启动后是根据什么配置文件来启动哪些应用程序。

学习内容:

①理解配置文件的作用

②知道根文件系统中lib里的文件来自哪里

③可以制作、烧写文件系统映象文件

描述:

对每一个驱动,先了解硬件原理,然后从零写代码,从简单到复杂,逐渐完善它的功能。

以LED、按键驱动为例,练习开发过程中碰到的机制:查询、休眠-唤醒、中断、异步通知、poll、同步、互斥等等。后续更复杂的驱动程序,就是在这些机制的基础上,根据硬件特性设计出精巧的软件框架。

学习路线:

1、沿着数据流向,从应用程序出发,对驱动程序的使用进行情景分析。

所谓情景分析,就是假设应用程序发起某个操作,你去分析其中的运作过程。比如应用程序调用open、read、ioctl等操作时涉及驱动的哪些函数调用。你要思考一个问题:一个应用程序,怎么获得按键信息,怎么去控制LED。把其中数据的流向弄清楚了,对字符驱动程序也就基本理解了。

2、学习异常和中断时,可以结合书和视频;对于驱动程序中其他内容的学习,可以不看书。

学习不同的驱动有2个好处:

1、在你工作中遇到同类驱动时提供借鉴

2、供你学习、练习,煅炼阅读驱动程序的“语感”,提升编写程序的能力,增加调试经验

1、再次强调,不能光看不练:一定要写程序,即使照抄也得写

2、必学:NANDFlash、NorFlash、hotplug_uevent机制、IIC、SPI

3、学完之后,强烈建议换一个不同的开发板,尝试在新板上写驱动程序。

直到你自认为:

2、给你一个新硬件,你可以很快给它编写/移植驱动。

按视频学习会一切顺利,很多问题你可能没想到、没想通,换一个新板会让你真正掌握。

驱动调试:

应用调试:

可以从中了解到一些基础概念:

1、操作系统常见名词

2、系统各部分的层次结构

3、任务的调度原理

4、常见的操作系统

...

很多操作系统都不要求芯片有mmu,像FreeRTOS、uCos都是很适合学习的。很容易从中理解到一些操作系统的核心。

Linux系统本身的知识:

1、操作系统具有进程管理、存储管理、文件管理和设备管理等功能,这些核心功能非常稳定可靠,基本上不需要我们修改代码。我们只需要针对自己的硬件完善驱动程序

2、学习驱动时必定会涉及其他知识,比如存储管理、进程调度。当你深入理解了驱动程序后,也会加深对操作系统其他部分的理解

3、Linux内核中大部分代码都是设备驱动程序,可以认为Linux内核由各类驱动构成。但是,要成为该领域的高手,一定要深入理解Linux操作系统本身,要去研读它的源代码。

THE END
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