记录成长
Just for Fun

搞嵌入式Linux,做底层还是应用?底层要掌握哪些技能?

ID:技术让梦想更伟大
整理:李肖遥
很多学习嵌入式的新人、工程师,在学习到半途中,总会感觉到迷茫,不知道自己从哪方面入手、进阶,也不知道自己目前处于学习的哪个层次,不清楚往后从哪方面来提升自己。
针对这些工程师常见的情况,今天编者就以一个8年工作经验的嵌入式工程师来分享,来看一下嵌入式学习,下一阶段的你需要掌握些什么。
嵌入式工程师的职业方向

 
学习嵌入式,大致来说可以分为四个方向:
搞嵌入式Linux,做底层还是应用?底层要掌握哪些技能?-天煜博客
 
一、嵌入式硬件开发:熟悉电路等知识,非常熟悉各种常用元器件,掌握模拟电路和数字电路设计的开发能力。熟练掌握嵌入式硬件知识,熟悉硬件开发模式和设计模式,熟悉ARM32位处理器嵌入式硬件平台开发、并具备产品开发经验。精通常用的硬件设计工具:Protel/PADS(PowerPCB)/Cadence/OrCad。一般需要有4~8层高速PCB设计经验。
二、嵌入式驱动开发:熟练掌握Linux操作系统、系统结构、计算机组成原理、数据结构相关知识。熟悉嵌入式ARM开发,至少掌握Linux字符驱动程序开发。具有单片机、ARM嵌入式处理器的移植开发能力,理解硬件原理图,能独立完成相关硬件驱动调试,具有扎实的硬件知识,能够根据芯片手册编写软件驱动程序。
 
三、嵌入式系统开发:掌握Linux系统配置,精通处理器体系结构、编程环境、指令集、寻址方式、调试、汇编和混合编程等方面的内容;掌握Linux文件系统制作,熟悉各种文件系统格式(YAFFS2、JAFFS2、RAMDISK等);熟悉嵌入式Linux启动流程,熟悉Linux配置文件的修改;掌握内核裁减、内核移植、交叉编译、内核调试、启动程序Bootloader编写、根文件系统制作和集成部署Linux系统等整个流程;、熟悉搭建Linux软件开发环境(库文件的交叉编译及环境配置等);
四、嵌入式软件开发:精通Linux操作系统的概念和安装方法、Linux下的基本命令、管理配置和编辑器,包括VI编辑器,GCC编译器,GDB调试器和 Make 项目管理工具等知识;精通C语言的高级编程知识,包括函数与程序结构、指针、数组、常用算法、库函数的使用等知识、数据结构的基础内容,包括链表、队列等;掌握面向对象编程的基本思想,以及C++语言的基础内容;
精通嵌入式Linux下的程序设计,精通嵌入式Linux开发环境,包括系统编程、文件I/O、多进程和多线程、网络编程、GUI图形界面编程、数据库;熟悉常用的图形库的编程,如QT、GTK、miniGUI、fltk、nano-x等。
公司的日常活动还是看公司的规模,大一点的一般只是让你负责一个模块,这样你就要精通一点。若是公司比较小的话估计要你什么都做一点。还要了解点硬件的东西。
 
说了这么多,依据我个人经验而言,做嵌入式和纯软件的最大区别在于:
纯软学习的是一门语言,例如C,C++,java,甚至Python,语言说到底只是一门工具,就像学会英语法语日语一样。
但嵌入式学习的是软件+硬件,通俗的讲,它学的是做系统做产品,讲究的是除了具体的语言工具,更多的是如何将一个产品分解为具体可实施的软件和硬件,以及更小的单元。
搞嵌入式Linux,做底层还是应用?底层要掌握哪些技能?-天煜博客
 
不少人问,将来就业到底是选驱动还是选应用?只能说凭兴趣,并且驱动和应用并不是截然分开的。具体原因有如下几点:
1)我们说的驱动,其实并不局限于硬件的操作,还有操作系统的原理、进程的休眠唤醒调度等概念。想写出一个好的应用,想比较好的解决应用碰到的问题,这些知识大家应该都懂。
2)做应用的发展路径个人认为就是业务纯熟。比如在通信行业、IPTV行业、手机行业,行业需求很了解。
3)做驱动,其实不能称为“做驱动”,而是可以称为“做底层系统”,做好了这是通杀各行业。比如一个人工作几年,做过手机、IPTV、会议电视,但是这些产品对他毫无差别,因为他只做底层。当应用出现问题,解决不了时,他就可以从内核角度给他们出主意,提供工具。做底层的发展方向,应该是技术专家。
 
4)其实,做底层还是做应用,之间并没有一个界线,有底层经验,再去做应用,会感觉很踏实。有了业务经验,再了解一下底层,很快就可以组成一个团队。
嵌入式Linux底层系统包含哪些东西?

嵌入式Linux里含有bootloader, 内核, 驱动程序、根文件系统这4大块。
 
一、bootloader
 
它就是一个稍微复杂的裸板程序。但是要把这裸板程序看懂写好一点都不容易。Windows下好用的工具弱化了我们的编程能力。很多人一玩嵌入式就用ADS、KEIL。能回答这几个问题吗?
 
Q:一上电,CPU从哪里取指令执行?
A:一般从Flash上指令。
Q:但是Flash一般是只能读不能直接写的,如果用到全局变量,这些全局变量在哪里?
A:全局变量应该在内存里。
 
Q:那么谁把全局变量放到内存里去?
A:长期用ADS、KEIL的朋友,你能回答吗?这需要”重定位”。在ADS或KEIL里,重定位的代码是制作这些工具的公司帮你写好了。你可曾去阅读过?
Q:内存那么大,我怎么知道把”原来存在Flash上的内容”读到内存的”哪个地址去”?
A:这个地址用”链接脚本”决定,在ADS里有scatter文件,KEIL里也有类似的文件。但是,你去研究过吗?
 
Q:你说重定位是把程序从Flash复制到内存,那么这个程序可以读Flash啊?
A:是的,要能操作Flash。当然不仅仅是这些,还有设置时钟让系统运行得更快等等。
先自问自答到这里吧,对于bootloader这一个裸板程序,其实有3部分要点:
 
①对硬件的操作
搞嵌入式Linux,做底层还是应用?底层要掌握哪些技能?-天煜博客
 
对硬件的操作,需要看原理图、芯片手册。这需要一定的硬件知识,不要求能设计硬件,但是至少能看懂; 不求能看懂模拟电路,但是要能看懂数字电路。这方面的能力在学校里都可以学到,微机原理、数字电路这2本书就足够了。
想速成的话,就先放掉这块吧,不懂就GOOGLE、发贴。另外,芯片手册是肯定要读的,别去找中文的,就看英文的。开始是非常痛苦,以后就会发现那些语法、词汇一旦熟悉后,读任何芯片手册都很容易。
②对ARM体系处理器的了解
 
对ARM体系处理器的了解,可以看杜春蕾的<ARM体系架构与编程>,里面讲有汇编指令,有异常模式、MMU等。也就这3块内容需要了解。
 
③程序的基本概念:重定位、栈、代码段数据段BSS段等
 
程序的基本概念,王道当然是去看编译原理了。可惜,这类书绝对是天书级别的。若非超级天才还是别去看了。可以看韦东山的<嵌入式Linux应用开发完全手册>。
对于bootloader,可以先看<ARM体系架构与编程>,然后自己写程序把各个硬件的实验都做一遍,比如GPIO、时钟、SDRAM、UART、NAND。把它们都弄清楚了,组在一起就很容易看懂u-boot了 。
 
总结一下,看懂硬件原理图、看芯片手册,这都需要自己去找资料。
二、内核
 
想速成的人,先跨过内核的学习,直接学习怎么写驱动。
想成为高手,内核必须深刻了解。注意,是了解,要对里面的调度机制、内存管理机制、文件管理机制等等有所了解。
 
推荐两本书:

1. 通读<Linux内核完全注释>,请看薄的那本

2. 选读<Linux内核情景分析>, 想了解哪一块就读哪一节
三、驱动
 
驱动包含两部分:硬件本身的操作、驱动程序的框架。又是硬件,还是要看得懂原理图、读得懂芯片手册,多练吧。
 
①硬件本身的操作
 
说到驱动框架,有一些书介绍一下。LDD3,即<Linux设备驱动>,老外写的那本,里面介绍了不少概念,值得一读。但是,它的作用 也就限于介绍概念了。入门之前可以用它来熟悉一下概念。
 
②驱动程序的框架
 
驱动方面比较全的介绍,应该是宋宝华的<Linux设备驱动开发详解>了。要想深入了解某一块,<Linux内核情景分析>绝对是超5星级推荐。别指望把它读完,1800多页,上下两册呢。某一块不清楚时,就去翻一下它。任何一部分,这书都可以讲上2、3百页,非常详细。并且是以某个目标来带你分析内核源码。它以Linux2.4为例,但是原理相通,同样适用于其它版本的Linux。
把手上的开发板所涉及的硬件,都去尝试写一个驱动吧。有问题就先”痛苦地思考”,思考的过程中会把很多不相关的知识串联起来,最终贯通。
四、根文件系统
 
大家有没有想过这2个问题: 
 
Q:对于Linux做出来的产品,有些用作监控、有些做手机、有些做平板。那么内核启动后,挂载根文件系统后,应该启动哪一个应用程序呢?
 
A:内核不知道也不管应该启动哪一个用户程序。它只启动init这一个应用程序,它对应/sbin/init。
显然,这个应用程序就要读取配置文件,根据配置文件去启动用户程序(监控、手册界面、平板界面等等,这个问题提示我们,文件系统的内容是有一些约定的,比如要有/sbin/init,要有配置文件 。
 
Q:你写的hello,world程序,有没有想过里面用到的printf是谁实现的?
 
A:这个函数不是你实现的,是库函数实现的。它运行时,得找到库。
这个问题提示我们,文件系统里还要有库。

简单的自问自答到这里,要想深入了解,可以看一下busybox的init.c,就可以知道init进程做的事情了。

 
当然,也可以看<嵌入式Linux应用开发完全手册>里构建根文件系统那章。
嵌入式Linux学习书籍推荐

 
1. 硬件方面的书: 微机原理、数字电路,高校里的教材。
2. Linux方面的书:
<ARM体系架构与编程>
<嵌入式Linux应用开发完全手册>
<Linux设备驱动>,老外写的那本
<Linux设备驱动开发详解>
<Linux内核完全注释>
<Linux内核情景分析>
在做驱动的时候,肯定会用到与内核相关的东西,或者需要和内核中的某些模块配合,这样你也要理解内核的某些部分是如何实现的,最后,你应该可以很好的掌握Linux的内核整体框架是什么。
这些都是进步,都是在你一次又一次的开发中需要总结的东西,如果你不总结,永远都是从头开始(或者说永远都是还没看懂别人代码为什么这么做的时候,就去改它,然后可以工作了),就完事了,这样你永远也不可能提高,最后你就有了现在的这种感觉,觉得自己什么都不是,什么都不懂。
 
还有一点要说明的,现在有许多人搞Linux开发,却不去用Linux系统做为自己工作的平台,在这种情况下,你很难理解Linux内核的实现机制,以及为什么要采用这种方式实现。
 
你都没用过Linux系统,就想去实现一个与Linux运行机理相符合的项目,这是不可能的。就是你这个项目成功了,它也肯定不是最优的,或者是不符合Linux的使用习惯的(包括内核的扩展和应用程序的实现)。
-END-
支付宝扫码打赏 微信扫码打赏

如果文章对你有帮助,欢迎点击上方按钮打赏作者

未经允许不得转载:天煜博客 » 搞嵌入式Linux,做底层还是应用?底层要掌握哪些技能?

分享到:更多 ()

评论 抢沙发

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址