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学习嵌入式必须掌握一定的方法，才能比较快速有效的学习。这个方法就是框架学习法，如前所述，首先在了解这个基础框架之前我们要有一定的基础，那么这个基础就是单片机和 C 语言，不需要掌握的有多好，但一定要具备一定的 C 语言编程能力。像其他有些课程，比如计算机专业课程中的编译原理、数据结构，计算机系统体系结构，这些知识实际上还不太需要，了解一下就可以了。 有了 C 语言编程基础，并且学过单片机，这个时候就可以学习一下嵌入式 Linux 的基本框架了，很简单，那就是首先要搞清楚什么是 BootLoader、Linux 内核（kernel）、和文件系统，接下来简单介绍一下。
什么是 BootLoader 呢？ 实际上它是个引导程序，也就是硬件复位以后第一个要执行的程序，它主要工作就是初始化操作系统运行的环境，比如说内存、定时器、缓冲器等，当这个工作做完以后，再把操作系统的代码加载到内存，然后操作系统就可以启动并执行，到此为止，bootloader 的任务就完成了。
那么有人问了，没有 bootloader 行不行呢，可以！但是因为操作系统本身一般是个通用的软件，它要在不同的平台上运行，比如 X86，ARM，POWERPC 等等，而不同的处理器的初始化操作是不同的，如果操作系统的软硬要考虑在启动时候各种平台的差异性，那就显得过于复杂。除此之外，也有其他方面的原因，比如烧写系统的便捷性考虑等等，这里暂不做深入的探讨。
常用的 bootloder 有很多种，比如 U-BOOT、REDBOOT、LILO 等等，我们开发板用的是 Uboot。
什么是 Kernel 呢？ Kernel 就是 Linux 的内核，也就是说 Linux 操作系统本身的代码。那么 U-BOOT 启动到最后，就是把它加载到内存，并且跳转到 Kernel 来执行。
什么是文件系统呢？ 现在我们来介绍一下文件系统，这里需要了解一个事实，就是说 Linux 启动到最后一定要挂载一个文件系统。这个是 Linux 的一个特点，它不像其他操作系统，比如像 VxWorks，是不需要文件系统的，VxWORKS没有文件系统也可以运行。 而且还需要了解一点，像 QT 系统、Android、以及 Ubuntu 系统它们的底层都是 Linux 内核，不同的是它们的文件系统不一样，也就是说，Android 系统相关的一些代码，比如说图形界面系统、Android 的虚拟机，Android 的框架代码都在 Linux 最后挂的文件系统里面。 如果大家理解了这点，那么这几个系统的基本架构也就清楚了。 搞清楚了这几个概念，实际我们就了解了 Linux 系统最基本的框架，然后我们根据开发板配套的资料，去学习如何编译这几个文件，因为像 Uboot、Kernel、文件系统，最后编译生成出来分别是一个独立的文件，就是说会生成三个文件，最后我们要学会把这几个文件烧写到板子上。 学会了编译和烧写，接下来呢，我们在这个框架的基础上，去学习如何做 Linux 上面的应用程序。
什么是应用程序（APP）呢？ 它是运行在操作系统上面，通过调用操作系统的资源去工作，是最终的业务逻辑，比如我们 Windows 上面有很多的应用程序，像 QQ、暴风影音、WORD、EXEL 等，各种各样 APP有很多。 根据我们后期的视频教程，大家应该很快就能学会，比如说串口程序、网络程序等等，这些都是应用程序，我们不需要做太多，学习几个加深一下对框架的认识就可以了。 再接下来，我们就需要学习 Linux 驱动方面的一些知识了，这也是在基础框架里面的，驱动程序可以看成是操作系统的一部分，它在底层专门和硬件打交道。那么大家稍微了解一下，就会知道 Linux 的驱动包括有三种：字符设备、块设备以及网络设备。 这个时候呢，大家要注意，只需要学习字符类设备驱动，其他两种先不要去花时间研究。一定要记住，最初学习嵌入式技术的时候不要去研究块设备和网络设备。也就是说，把字符类设备搞明白就可以了。因为一般的公司开发嵌入式的产品仅限于字符设备的开发，掌握字符设备的框架思想和开发步骤就能够胜任了。至于块设备和网络设备，直接用开发板或者某个开发平台本身提供的驱动就足够了，这些是一线处理器厂家做的事情，一般情况下不需要我们去完成，这些处理器研发的厂家在为处理器开发配套BSP 的时候才会涉及这些工作。
当然了，有的同学可能会说，某某公司就是在做块设备驱动，我的意思是讲，从嵌入式这个行业总体上来讲，大多数公司都不需要那么做，很多技术往往是直接拿来用的。我们掌握了字符设备驱动的开发方法，已经能够应付大多数公司的开发要求，对于一个还没有入门的学生来讲，一定要按照我说的办法来学习。等将来熟练掌握基本技能以后，可以根据框架学习的方法，再去研究更深入的编程。这个时候，那些计算机专业的课程，比如数据结构、计算机系统体系结构、各种算法等等就可以派上用场了，自己的水平也会在学习的过程中再次升华。
学习字符类设备驱动，请跟着迅为的视频去学习 LED 的驱动编写方法，以及蜂鸣器、AD 转换等这些跟 GPIO 相关的驱动开发技巧。掌握了这些，可以讲，我们已经成为了一个比较合格的嵌入式驱动工程师！
这个时候我进一步介绍一下什么是快速原型，如果学过软件工程的话，那么大家会听说过一种自顶向下的产品开发方法，这个方法很有效，多数产品的开发方法都是遵循这个思想，大概就是从最初的可行性分析，然后概要设计、详细设计、编码、测试等等。
除此之外呢，还有一种开发方法就是‘快速原型’，这个是微软采用的一种方法，简而言之呢，快速原型是个逐渐迭代的方法，就是说让产品尽快把雏形开发出来，然后逐渐清晰，一步步走向成熟。在这里我们把快速原型法用到学习上，它原来是种开发方法，我们这里借鉴过来，借鉴到框架学习的思想上。也就是说，我们掌握一定的基础以后，就要去学习框架，当这个基础框架清晰以后，再去学习更新更深入的框架知识，这样一环套一环，环环相扣，最终研究越来越深入，进而成为这个行业的专家。
那么在嵌入式行业的工程师的职位其实也是这个样子的，大家看一下： 基本数字电路 + C 语言 + 基础框架知识 -----> 嵌入式驱动工程师 数据结构+编译原理 ------> 高级嵌入式驱动工程师 计算机系统体系结构 + 操作系统（从抽象到具体）-------> 系统架构工程师
因为在第一个阶段，你会发现，只要熟练掌握 C 语言，有良好的编程功底就够了，在工作的时候很少涉及到编译原理、数据结构这些方面的知识，那么很多其他专业的毕业生，甚至原来学机械设计的同学都可以成为嵌入式驱动工程师。 实际也是这样，在大多数嵌入式技术公司，尤其是应用产品开发的公司，只要了解基本的 Linux 架构的知识，并且能够编写字符类的驱动程序就够了。因为像网络设备驱动以及块设备驱动，基本都有个 DEMO 设计，只要参考这个 DEMO 做就可以，根本不需要我们做什么，如果说需要做的话，那也是改一下 GPIO 的设置，修改一下中断的引脚，仅此而已。 那么深入学习的话，分析操作系统源码的时候就会发现，数据结构的知识逐渐排上用场，尤其是在某些专业公司，负责某个专用领域的时候，工作中可能会改写操作系统的某部分代码，来适应他们自己硬件的各种情况，将会深入分析某方面的技术，比如文件系统、网络协议等，这个时候数据结构等方面知识就显得很重要了。
有了基础的原型以后，通过继续学习新的知识，逐渐使自己的认识提高一个层次，更精深的了解嵌入式技术，同时知识体系更加完备，可以做更高层次的工作了。
应用这样的学习方法，在学习过程中，也会使学习过程始终有目标，而不会感觉枯燥，每天都会有成就感，从一开始就能抓住嵌入式系统的脉络，只要付诸努力，持久学习下去，就能成为嵌入式行业的专家。
最后我们总结下，要想比较快的掌握嵌入式技术，要应用框架学习的方法，在一定的知识基础上就开始学习基础的框架知识，这样就很容易入门，随着开发经验的积累，再去学更深入的基础知识，以及更深层次的框架知识。这样相互迭代，直到能够精通嵌入式技术。
现在我们总结一下，把学习嵌入式技术的路线图跟大家澄清一下，那就是： 单片机 + C 语言 -----> 学习基础框架知识（包括 bootloader，Linux 内核、文件系统的编译和烧写 ----->再去学习 Linux 上层应用的编程，以及字符设备的驱动，学完以后就会觉得入门了，能做一些事情了-----> 最后深入学习计算机系统结构、数据结构、操作系统原理等等一些知识，通过分析 Linux 系统源码，直到熟练掌握嵌入式编程技术。
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发表于 2020-11-11 11:54:09
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