为什么选择嵌入式开发(嵌入式系统第一节课讲稿)

近年增长速度最快的行业是什么, 当推嵌入式系统Embedded System. 上网随便找找，就会发现此行业工作机会几乎增长了两倍半。如果你愿意继续学习C/C++，如果你不想30岁被老板fired的话，如果不想朝九晚五的疲于奔命的工作的话，如果你不想张口结舌的向你父母解释你那看不到摸不着的程序的话,千万别错过机会,尽早踏入科技最前沿。
嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3   Player、数字相机（DC）、数字摄像机(DV)、U-Disk、机顶盒(Set   Top   Box)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统。  
   
  嵌入式系统是软硬结合的东西，搞嵌入式开发的人有两类。  
   
  一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，他们主要是搞硬件设计，有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件，如BootLoader、Board   Support   Package(像PC的BIOS一样，往下驱动硬件，往上支持操作系统），最初级的硬件驱动程序等。他们的优势是对硬件原理非常清楚，不足是他们更擅长定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不从心（例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件等）。  
   
  另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。如果我们学软件的人对硬件原理和接口有较好的掌握，我们完全也可写BSP和硬件驱动程序。嵌入式硬件设计完后，各种功能就全靠软件来实现了，嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作（目前有很多公司将硬件设计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件设计力量较弱，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，因为公司都知道，嵌入式产品的差异很大程度在软件上，在软件方面是最有“花头“可做的），所以我们搞软件的人完全不用担心我们在嵌入式市场上的用武之地，越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势。  
   
  从事嵌入式软件开发的好处是：  
  （1）   目前国内外这方面的人都很稀缺。一方面，是因为这一领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件（例如操作系统级、驱动程序级软件），对软件专业水平要求较高（嵌入式系统对软件设计的时间和空间效率要求较高），而且必须懂得硬件的工作原理，所以非专业IT人员很难切入这一领域；另一方面，是因为这一领域较新，目前发展太快，很多软硬件技术出现时间不长或正在出现（如ARM处理器、嵌入式操作系统、MPEG技术、无线通信协议等），掌握这些新技术的人当然很找。嵌入式人才稀缺，身价自然就高，越有经验价格就越高。其实嵌入式人才稀少,根本原因可能是大多数人无条件接触,这需要相应的嵌入式开发板和软件,另外需要有经验的人进行指导开发流程。  
  （2）   与企业计算等应用软件不同，嵌入式领域人才的工作强度通常低一些（但收入不低）。搞企业应用软件的IT企业，这个用户的系统搞完了，又得去搞下一个用户的，而且每个用户的需求和完成时间都得按客户要求改变，往往疲于奔命，重复劳动。相比而言，搞嵌入式系统的公司，都有自己的产品计划，按自己的节奏行事。所开发的产品通常是通用的，不会因客户的不同而修改。一个产品型号开发完了，往往有较长一段空闲时间（或只是对软件进行一些小修补），有时间进行充电和休整。另外，从事嵌入式软件的每个人工作范围相对狭窄，所涉及的专业技术范围就是那些（ARM、RTOS、MPEG、802.11等），时间长了这些东西会越搞越有经验，卖卖老本，几句指导也够让那些初入道者琢磨半年的。若搞应用软件，可能下一个客户要换成一个完全不同的软件开发平台，那就苦了。  
  （3）   哪天若想创业，搞自已的产品，那么嵌入式是一个不错的主意，这可不像应用软件那样容易被盗版。有一个叫启明星的公司开发出一个好象叫“工程e”的掌上PDA，施工技术人员用该PDA可当场进行土木概预算和其它土木计算，据说销路特好。某大学老师，他开发的饭馆用的点菜PDA（WinCE平台，可无线连网和上网），据说销路不错，饭馆点点PDA让客户点菜，多显派头档次。上海火车站南广场的Macdonald便使用很漂亮的PDA给用户点食品，像摸像样的。这些PDA的硬件设计一般都是请其它公司给订做（这叫“贴牌”：OEM），都是通用的硬件，我们只管设计软件就变成自己的产品了。  
       
    从事嵌入式软件开发的缺点是：  
  （1）   入门起点较高，所用到的技术往往都有一定难度，若不经系统的学习是难以掌握的，而且学习的过程总往往需要购买额外的设备，如开发板、学习板等。  
  （2）   这方面的企业数量和类型要不同于企业计算类企业。特别是从事嵌入式的小企业数量较多（小企业要搞自己的产品创业），知名公司都比较大（搞嵌入式的大公司主要有Intel、Motorola、TI、Philip、Simens、Samsung、Sony、Futjtum、Bell-Alcatel、意法半导体、Microtek、研华、华为、中兴通信、上广电等IT制造类企业，以及各个大工业制造企业，比如世界500强的企业，比如近的企业）。这些企业的习惯思维方式是到电子、通信等偏硬专业找人。 
  （3）有少数公司经常要硕士以上的人搞嵌入式，主要是基于嵌入式的难度。但大多数公司也并无此要求，只要有经验即可。  
   
  同学们若学习嵌入式，显然应偏重于嵌入式软件。对于搞嵌入式软件的人，最重要的技术显然是（实际上很多公司的招聘广告上就是这样写的）：  
  （1）   掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理  
  （2）   必须掌握一个嵌入式操作系统    
  （3）   必须熟悉嵌入式软件开发流程并至少做过一个嵌入式软件项目。  

  嵌入式软件方面最重要的课程包括：  
  （1）   嵌入式微处理器结构与应用：这是一门嵌入式硬件基础课程，。我们说过，嵌入式是软硬件结合的技术，搞嵌入式软件的人应对ARM处理器工作原理和接口技术有充分了解，包括ARM的汇编指令系统。若不了解处理器原理，怎么能控制硬件工作，怎么能写出节省内存又运行高速的最优代码（嵌入式软件设计特别讲究时空效率），怎么能写出驱动程序（驱动程序都是与硬件打交道的）？很多公司招聘嵌入式软件人员时都要求熟悉ARM处理器，将来若同学到公司中从事嵌入式软件开发，公司都会给你一本该设备的硬件规格说明书   (xxx   Specification)，您必须能看懂其中的内存分布和端口使用等最基本的说明（就像x86汇编一样），否则怎么设计软件。有些同学觉得嵌入式处理器课程较枯燥，这主要是硬件课程都较抽象的原因，需要多做了一些实验后就会觉得看得见摸得着。还有同学对ARM汇编不感兴趣，以为嵌入式开发用C语言就足够了。其实不应仅是将汇编语言当成一个程序设计语言，学汇编主要是为了掌握处理器工作原理的。一个不熟悉汇编语言的人，怎么能在该处理器写出最优的C语言代码。在嵌入式开发的一些关键部分，有时还必须写汇编，如Bootloader等（可能还包括BSP）。特别是在对速度有极高要求的场合（如DSP处理器的高速图像采集和图像解压缩），目前主要还要靠汇编写程序（我看到过很多公司是这样做的）。当您在一个嵌入式公司工作时，在查看描述原理的手册时，可能很多都是用汇编描述的（我就遇到过），这是因为很多硬件设计人员只会写或者喜欢用汇编描述，此时您就必须看懂汇编程序，否则软硬件人员可能就无法交流。很多嵌入式职位招聘时都要求熟悉汇编。  
   
    (2)   嵌入式操作系统类课程  
  除了WinCE的实时性稍差外，大多数嵌入式操作系统的实时性都很强,所以也可称为实时操作系统Real   Time   Operating   System.从事嵌入式的人至少须掌握一个嵌入式操作系统(当然掌握两个更好),这在嵌入式的所有技术中是最为关键的了。目前最重要的RTOS主要包括：  
   
  第一类、传统的经典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系统，以及其Tornado开发平台。Vxworks因出现稍早，实时性很强（据说可在1ms内响应外部事件请求），并且内核可极微（据说最小可8K），可靠性较高等，所以在北美，Vxworks占据了嵌入式系统的多半疆山。特别是在通信设备等实时性要求较高的系统中，几乎非Vxworks莫属。Vxworks的很多概念和技术都和Linux很类似，主要是C语言开发。像Bell-alcatel、Lucent、华为等通信企业在开发产品时，Vxworks用得很多。但Vxworks因价格很高，所以一些小公司或小产品中往往用不起。目前很多公司都在往嵌入式Linux转（听说华为目前正在这样转）。但无论如何，Vxworks在一段长时间内仍是不可动摇的。与Vxworks类似的稍有名的实时操作系统还有pSOS、QNX、Nucleus等RTOS。  
   
  第二类、嵌入式Linux操作系统：Linux的前途除作为服务器操作系统外，最成功的便是在嵌入式领域的应用，原因当然是免费、开源、支持软件多、呼拥者众，这样嵌入式产品成本会低。Linux本身不是一个为嵌入式设计的操作系统，不是微内核的，并且实时性不强。目前应用在嵌入式领域的Linux系统主要有两类：一类是专为嵌入式设计的已被裁减过的Linux系统，最常用的是uClinux（不带MMU功能），目前占较大应用份额，可在ARM7上跑；另一类是跑在ARM   9上的，一般是将Linux   2.4.18内核移植在其上，可使用更多的Linux功能（当然uClinux更可跑在ARM   9上）。很多人预测，嵌入式Linux预计将占嵌入式操作系统的50%以上份额，非常重要。缺点是熟悉Linux的人太少，开发难度稍大。另外，目前我们能发现很多教材和很多大学都以ucOS/II为教学用实时操作系统，这主要是由于ucOS/II较简单，且开源，非常适合入门者学习实时操作系统原理，但由于ucOS/II功能有限，实用用得较少，所以我们不将其作为教学重点，要学习就应学直接实用的，比如   uClinux就很实用。况且熟悉了Linux开发，不仅在嵌入式领域有用，对开发Linux应用软件，对加深操作系统的认识也有帮助，可谓一举多得。据我所知，目前Intel、Philip都在大搞ARM+LINUX的嵌入式开发，Fujitum则是在自己的处理器上大搞Linux开发。目前在嵌入式Linux领域，以下几个方面的人特别难找，一是能将Linux移植到某个新型号的开发版上；二是能写Linux驱动程序的人；三是熟悉Linux内核裁减和优化的人。。  
   
  第三类、   Windows   CE嵌入式操作系统：Microsoft也看准了嵌入式的巨大市场，WinCE目前已很流行。WinCE目前主要为4.2版（.NET)，开发平台主要为WinCE   Platform   Builder，有时也用EVC环境开发一些较上层的应用，根据不同的侧重点   ，WinCE还有两个特殊版本，一个是MS   PocketPC操作系统专用于PDA上（掌上电脑），另一个是MS   SmartPhone操作系统用于智能手机上（带PDA功能的手机），两者也都属于WinCE平台。在PDA和手机市场上，除WinCE外，著名的PDA嵌入式操作系统还有Palm   OS（因出现很早，很有名）、Symbian等。  
   
    (3)   嵌入式开发的其它相关软件课程  
   
  搞嵌入式若能熟悉嵌入式应用的一些主要领域，这样的人更受企业欢迎。主要的相关领域包括：  
  A、数字图像压缩技术：这是嵌入式最重要最热门的应用领域之一，主要是应掌握MPEG编解码算法和技术，如DVD、MP3、PDA、高精电视、机顶盒等都涉及MPEG高速解码问题。  
  B、通信协议及编程技术：这包括传统的TCP/IP协议和热门的无线通信协议。首先，大多数嵌入式设备都要连入局域网或Internet，所以首先应掌握TCP/IP协议及其编程，这是需首要掌握的基本技术；其次，无线通信是目前的大趋势，所以掌握无线通信协议及编程也是是很重要的。无结通信协议包括无线局域网通信协议802.11系列，Bluetooth，以及移动通信（如GPRS、GSM、CDMA等）。  
  C、网络与信息安全技术：如加密技术，数字证书CA等。  
  D、DSP技术：DSP是Digital   Signal   Process数字信号处理的意思，DSP处理器通过硬件实现数字信号处理算法，如高速数据采集、压缩、解压缩、通信等。数字信号处理是电子、通信等硬件专业的课程，对于搞软件的人若能了解一下最好。目前DSP人才较缺。如果有信号与系统、数字信号处理等课程基础，对于学习MPEG编解码原理会有很大帮助。  

（4）嵌入式开发的相关硬件基础

对于我们偏软件开发的专业的学生，从事嵌入式软件开发，像数字电路、计算机组成原理、嵌入式微处理器结构等硬件课程是较重要的。另外，汇编语言、C/C++、数据结构和算法、特别是操作系统等软件基础课也是十分重要的。我们的主要目地是能看懂硬件工作原理，但重点应是在嵌入式软件。

题外话
另外，能写驱动程序的人目前是非常紧缺的（驱动程序也可归于嵌入式范畴），包括桌面Windows中的DDK开发环境和WDM驱动程序。公司每时每刻都要推出新产品，每一个新产品出来了，要能被操作系统所使用，是必须写驱动程序的。写驱动程序就必须掌握操作系统(如Windows或Linux)的内部工作原理，还涉及到少量硬件知识，难度较大，所以这方面的人很难找。想成为高手的同学，也可从驱动程序方面获得突破。其实搞驱动程序的工作是很舒服的，搞完一个版本就会空一段时间，只有等公司新的芯片推出或新的OS出现后，才需要再去开发新一版驱动，那时就可以有很长的休假时间咯。