淺析如何學(xué)習(xí)基于ARM平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)

一、嵌入式系統(tǒng)的概念

著重理解“嵌入”的概念

主要從三個(gè)方面上來(lái)理解。

1、從硬件上，將基于CPU的處圍器件，整合到CPU芯片內(nèi)部，比如早期基于X86體系結(jié)構(gòu)下的計(jì)算機(jī)，CPU只是有運(yùn)算器和累加器的功能，一切芯片要造外部橋路來(lái)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，象串口之類的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片實(shí)現(xiàn)，而目前的這種串口控制器芯片早已集成到CPU內(nèi)部，還有PC機(jī)有顯卡，而多數(shù)嵌入式處理器都帶有LCD控制器，但其種意義上就相當(dāng)于顯卡。比較高端的ARM類Intel Xscale架構(gòu)下的IXP網(wǎng)絡(luò)處理器CPU內(nèi)部集成PCI控制器（可配成支持4個(gè)PCI從設(shè)備或配成自身為CPI從設(shè)備）；還集成3個(gè)NPE網(wǎng)絡(luò)處理器引擎，其中兩個(gè)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)MAC地址， 可用于網(wǎng)關(guān)交換用，而另外一個(gè)NPE網(wǎng)絡(luò)處理器引擎支持DSL，只要外面再加個(gè)PHY芯片即可以實(shí)現(xiàn)DSL上網(wǎng)功能。IXP系列最高主頻可以達(dá)到 1.8G，支持2G內(nèi)存，1G×10或10G×1的以太網(wǎng)口或Febre channel的光通道。IXP系列應(yīng)該是目標(biāo)基于ARM體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下由 intel進(jìn)行整合后成Xscale內(nèi)核的最高的處理器了。

2、從軟件上前，就是在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核里將應(yīng)用一并選入，編譯后將內(nèi)核下載到ROM中。而在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)所選擇的應(yīng)用程序組 件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內(nèi)核定制時(shí)，會(huì)有相應(yīng)選擇，其中就是wordpad,PDF,MediaPlay等等選擇，如果我們選擇 了，在CE啟動(dòng)后，就可以在界面中找到這些東西，如果是以前PC上將的windows操作系統(tǒng)，多半的東西都需要我們得新再裝。

3、把軟件內(nèi)核或應(yīng)用文件系統(tǒng)等東西燒到嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)中的ROM中就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)真正的“嵌入”。

以上的定義是我在6、7年前給嵌入式系統(tǒng)下自話側(cè)重于理解型的定義，書上的定義也有很多，但在這個(gè)領(lǐng)域范圍內(nèi)，誰(shuí)都不敢說(shuō)自己的定義是十分確切的，包括那些專家學(xué)者們，歷為畢竟嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)范疇下的一門綜合性學(xué)科

二、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(dòng)層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。

1、硬件層，是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機(jī)及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語(yǔ)言來(lái)編程的話，從嵌入式系統(tǒng)的硬件層走起來(lái)相對(duì)容易，硬件層也是驅(qū)動(dòng)層的基礎(chǔ)，一個(gè)優(yōu)秀的驅(qū)動(dòng)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(jì)的，同時(shí)還要對(duì)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(tái)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(dòng)化、機(jī)電一體、信息工程類專業(yè)的人來(lái)搞，需要掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)有，單片機(jī)原理及接口技術(shù)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、C語(yǔ)言。

2、 驅(qū)動(dòng)層，這部分比較難，驅(qū)動(dòng)工程師不僅要能看懂電路圖還要能對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核十分的精通，以便其所寫的驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，不會(huì)獨(dú)占操作系統(tǒng)時(shí)間片，而導(dǎo) 至其它任務(wù)不能動(dòng)行，不懂操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)和實(shí)時(shí)調(diào)度性，沒(méi)有良好的驅(qū)動(dòng)編寫風(fēng)格，按大多數(shù)書上所說(shuō)添加的驅(qū)動(dòng)的方式，很多人都能做到，但可能連個(gè)初級(jí)的 驅(qū)動(dòng)工程師的水平都達(dá)不到，這樣所寫的驅(qū)動(dòng)在應(yīng)用調(diào)用時(shí)就如同windows下我們打開(kāi)一個(gè)程序運(yùn)行后，再打開(kāi)一個(gè)程序時(shí)，要不就是中斷以前的程序，要不 就是等上一會(huì)才能運(yùn)行后來(lái)打開(kāi)的程序。想做個(gè)好的驅(qū)動(dòng)人員沒(méi)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(dòng)層比較適合于電子、通信、自動(dòng)化、機(jī)電一體、信息工程類專業(yè)尤其是計(jì)算機(jī)偏體系結(jié)構(gòu)類專業(yè)的人來(lái)搞，除硬件層所具備的基礎(chǔ)學(xué)科外，還要對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、操作系統(tǒng)原理、編譯原理都要十分精通了解。

3、操作系統(tǒng)層，對(duì)于操作系統(tǒng)層目前可能只能說(shuō)是簡(jiǎn)單的移植，而很少有人來(lái)自已寫操作系統(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來(lái)，這部分工作大都由驅(qū)動(dòng)工程師來(lái)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(shí)時(shí)性十分重要。據(jù)說(shuō)，XP操作系統(tǒng)是微軟投入300人用兩年時(shí)間才搞定的，總時(shí)工時(shí)是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統(tǒng)估計(jì)也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對(duì)來(lái)講沒(méi)有太大意義。

4、應(yīng)用層，相對(duì)來(lái)講較為容易的，如果會(huì)在windows下如何進(jìn)行編程接口函數(shù)調(diào)用，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開(kāi)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(lái)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(kù)、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(kāi)發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復(fù)雜， 并且有難度了。

三、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(jì)，另一方面就是學(xué)習(xí)匯編和C語(yǔ)言的板級(jí)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(dòng)、移植了。這些對(duì)于初學(xué)都來(lái)說(shuō)必須明確,要么從硬件著手開(kāi)始學(xué)，要么從操作系統(tǒng)的熟悉到應(yīng)用開(kāi)始學(xué)，但不管學(xué)什么，只要不是純的操作系統(tǒng)級(jí)以上基于 API的應(yīng)用層的編程，硬件的寄存器類的東西還是要能看懂的，基于板級(jí)的匯編和C編程還是要會(huì)的。因此針對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的硬件層和驅(qū)動(dòng)程的人，ARM的接 口電路設(shè)計(jì)、ARM的C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程及調(diào)試開(kāi)發(fā)環(huán)境還是需要掌握的。

因此對(duì)于初學(xué)者必然要把握住方向，自己的目標(biāo)是什么，自己要在那一層面上走。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(shí)際的兩個(gè)層面硬件層和驅(qū)動(dòng)層，不管學(xué)好了那一層都會(huì)很有前途的。

如果想從嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用層面的走的話，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(kāi)發(fā)工具鏈，比如WinCe操作系統(tǒng)下的EVC應(yīng)用開(kāi)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(kāi)發(fā)，或是基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)等等。

對(duì) 于初學(xué)者來(lái)講，要量力而行，不要認(rèn)為驅(qū)動(dòng)層工資高就把它當(dāng)成方向了，要結(jié)合自身特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)四個(gè)層面上那個(gè)層面上來(lái)講都是有高人存在，當(dāng)然高人也對(duì)應(yīng) 的高工資，我是做硬件層的，以前每月工資中個(gè)人所得稅要被扣上近3千大元，當(dāng)然我一方面充當(dāng)工程師的角色，一方面充當(dāng)主管及人物的角色，兩個(gè)職位我一個(gè)人 干，但上班時(shí)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。

四、開(kāi)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(huì)產(chǎn)生一種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)就是認(rèn)為處理器版本越高、性能越高越好，就象很多人認(rèn)為ARM9與ARM7好， 我想對(duì)于初學(xué)者在此方面以此入門還應(yīng)該理智，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的選擇最終要看自己往嵌入式系統(tǒng)的那個(gè)方向上走，是做驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)還是應(yīng)用，還是做嵌入式系統(tǒng)硬件層設(shè)計(jì) 與板級(jí)測(cè)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(dòng)還是應(yīng)用，那當(dāng)然處理器性能越高越好了，但這個(gè)東西自學(xué)，有十分大的困難，不是幾個(gè)月或半年 或是一年二年能搞定的事。

在某種意義上請(qǐng)，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(duì)于用戶來(lái)講可能覺(jué)查不到什么，只能是感覺(jué)速度有些快而已。

ARM7比較適合于那些想從硬件層面上走的人，因?yàn)锳RM7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(lái)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(duì)于用硬件程序控制或AXD單步命令行指令都可以控制起來(lái)，基于51單片機(jī)的思想很容易能把他 搞懂，就當(dāng)成個(gè)32位的單片機(jī)，從而消除很多51工程師想轉(zhuǎn)為嵌入式系統(tǒng)硬件ARM開(kāi)發(fā)工程師的困惑，從而不會(huì)被業(yè)界某此不是真正懂嵌入式爛公司帶到操作 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。