后ARM时代，嵌入式工程师的自我修养

1 嵌入式学习的一些概念理解误区

 

很多嵌入式初学者认为，学嵌入式，就是学习ARM，就是学习开发板。买一块开发板，然后在上面“移植”u-boot、Linux内核，再使用busybox制作一个根文件系统，大功告成！觉得可以出去找工作了。这其实是有一定片面性的：首先ARM是个CPU架构，跟PC上的X86架构一样，你见过有人在Windows下面学习C/C++编程、MFC编程、网络编程、互联网编程，说自己学习X86的吗？当然，也不可否认，嵌入式平台的多样性、硬件的可定制性导致我们在嵌入式平台上开发应用程序、驱动之前，首先要搭建这个平台，就像我们在Windows下面要装操作系统一样，但是这仅仅是我们学习嵌入式开发的第一步。

 

其次，关于系统的“移植”，很多人玩了开发板之后，会在自己的简历上写自己移植过u-boot，Linux内核......其实，这种写法也是有点瑕疵的。真正的移植，往一个新的芯片或开发板上porting一个u-boot或Linux内核，那可不是一个人能干的事情，是一个团队干的事情。时钟、DDR、存储，可能牵涉到各个模块，哪里遇到问题，都需要各个模块的owner去debug，有时候甚至可能是芯片的bug，或者硬件开发板的bug，这就需要我们使用软件去解决、去规避这个坑，这都需要我们在很短时间，甚至一两天的时间去解决这个问题，需要一个团队的各个模块专家合力完成。所以说，我们所说的“移植”，其实就像是在Windows下面安装操作系统，按照步骤完成装机。当然，通过这个过程，可以加深我们对嵌入式系统的理解，但是我们首先要知道的是，我们“移植”的系统，都是芯片公司团队做好的系统镜像，我们做的只是配置、编译、安装、甚至升级这些基本的操作。这些环境只是我们学习嵌入式开发的平台，万里长征才走完了第一步。

 

2 学习嵌入式，我们到底该学些什么？

 

嵌入式越来越复杂，一个SOC芯片上集成的模块越来越多。以手机为例，典型的嵌入式产品，我们看看上面集成了多少模块：触摸屏、LCD、USB、WiFi、4G等无线通信、音视频编解码IP、DDR、存储控制器、3D/2D加速、GPS、指纹识别、NFC、DMA、G-sensor各种传感器.......。可以说，现在一个手机的复杂度和硬件配置，已经超过我们的桌面PC了。除了不断增加的硬件，软件方面，比如Linux内核，光内核代码就有1000多万行，每天更新的速度超过你学习的进度，你能学得完嵌入式的所有知识和技能吗？

 

早期PC时代，我们知道能做出X86 CPU量产的也没有几家，Intel、AMD和威盛。但是嵌入式时代不一样了，ARM的IP授权模式导致不同的芯片厂商百家齐放，不同的SOC平台和开发板眼花缭乱，针对不同行业需求定制的SOC平台雨后春笋：手机芯片、平板芯片、视频安防、物联网、汽车电子、工业控制，甚至人工智能AI芯片....，你到Linux内核的ARCH下面可以看看有多少种CPU架构，再到arch/arm下面看看有多少种开发平台，这还只是加入到内核mainline的平台，算上没有加入Linux内核主线的各种平台，其实数量更多。

 

众多的芯片架构、不同的开发板平台，我们该如何去学习？

嵌入式和PC的概念也越来越模糊了，Intel已经推出X86架构的CPU和嵌入式产品了，比如平板。ARM也开始进军服务器和笔记本领域了。无论什么CPU架构，ARM、X86、MIPS、PowerPC，还有最近火热的物联网芯片，无论是做嵌入式产品，还是PC、服务器，他们的底层本质其实都没有变，都是计算机原理和系统架构，都是冯诺依曼的计算机架构，图灵原型机的各种实现。

 

不断复杂的软硬件系统，对嵌入式工程师或者学习者来说是一个挑战。这对我们本身的知识和技能有一个更新的要求。早期51单片机时代，我们可以自己使用面包板或者自己画PCB，做一个开发板，然后在上面开发软件。软件、硬件自己全搞。现在不断复杂的SOC平台，再想一个人全搞，软硬通吃，基本不可能，这也导致我们需要分工协作来完成。首先软硬件的分工，各司其职，各自精通自己的领域，然后进行软硬件整合，协作开发。再次，软件方面，嵌入式软件也越来越复杂，Linux内核1000多万行，android源码下载下来就占几个G的空间，自己想全搞，同样不可能，同样需要进行分工。比如android，需要分为BSP工程师、Linux内核工程师、驱动工程师、android中间层开发工程师、APP开发工程师。对于一个Linux内核，也需要分工，各个模块同样进行分工：Linux内核的USB子系统、音频子系统、视频编解码、文件系统......把其中一个模块你搞精通了，工资绝对不是问题。

 

对于嵌入式学习者来说，我们该学习什么，或者说如何学习？才能提高自己的职场竞争力，或者说对于一个新手来说，如何通过自学，达到公司的用人标准和技术要求，找到一份自己想要的工作？

 

首先，你要学会做减法，从现实出发，要有这样一个意识：我不可能精通所有的嵌入式技术，学会坚持，制定合理现实的小目标。很多人喜欢那种不切实际的广告轰炸营销，击中你心理上的某个软肋，某个G点，一下子兴奋起来。越熬越浓的心灵鸡汤，并不能解决我们吃饭的生存现实问题。很多人，包括我，在学习的时候，都喜欢给自己树立各种路线、计划、日程表。制定计划时激情满满，热情高涨，激动得睡不着觉。计划宏伟而饱满，仿佛成功就在眼前。但是往往不切实际，往往在早期，遇到各种困难，各种坑，各种拖延导致没有坚持下来，最后夭折。然后接着制定下一个宏伟的计划，继续夭折，生活周而复始，day after day。观察我们生活周围，真正做出成绩的都是那些基于现实出发，能一路坚持下来的人，day by day。有时候你会发现，并不觉得他们有多聪明。

 

其次，保持自己的兴趣，说白了就是为了坚持下去。见过很多人想学习嵌入式，花了很多米买一块开发板，激情满满，过一段是过去再看，已经不折腾了。嵌入式开发难，难在哪里呢？主要在于开发环境的搭建，软件调试上，不像在Windows上使用VC开发程序，集成开发环境都帮你弄好了，各种断点、单步、查看堆栈、寄存器、内存窗口。而嵌入式不一样，硬件环境搭建会遇到各种各样的问题，各种电脑的兼容问题，各种莫名其妙的问题，有时候着实让人抓狂，时间久了，慢慢地学习的激情殆尽，也就不想学习了。这还不算什么，更严重的是，很多人学习嵌入式遇到挫折，往往会打击人的自信，觉得自己能力不行，智商不够，不适合干这行，在心理留下了阴影。对于个人学习者来说，买了开发板，你不买配套的万用表、示波器等调试设备，遇到硬件问题也是一筹莫展，无法解决。其实我们可以完全使用其它的平台去开展我们的研究和学习，比如QEMU，一款可以仿真开发板的开源软件，使用这款开源软件，我们可以在电脑上虚拟一个世面上流行的开发板，然后再在这个仿真的开发板上跑u-boot、Linux内核、挂载根文件系统，使用和开发板一样的源码，运行效果和真实的开发板是一样的。而且，使用QEMU的好处就是，“硬件”永远不会出问题，可以让我们避过硬件的各种坑，腾出更多的精力去研究嵌入式软件的各种架构、编程技能、内核驱动....，这些才是嵌入式工程师的核心竞争力，需要花大量的时间不断地去积累，去磨合，去提高的。把大量的时间耗在一个本该不属于学习范畴的硬件bug上或者硬件环境不兼容上，不划算，因为你以后进公司后，遇到同样的问题，找硬件工程师，半分钟帮你搞定。所以说，选择一个理想的嵌入式学习平台，尤其对于初学者来说，很重要。

 

最后，要保持学习的深度，刻意练习。不要让自己永远待在学习的舒适区，要学会挑战自己，不断去扩展自己知识的边界，完善自己的知识体系和技能。很多人买了开饭，按照教程，“移植”了u-boot，Linux内核，制作了根文件系统，然后就陷入了迷茫：接着要干什么？要学习什么？想学习又感觉深入不下去，东一耙子，西一耙子，看看这，看看那，时间不知不觉就过去了。其实，学习嵌入式，基本的嵌入式知识和理论学习还是必要的，很多人推崇边做边学，到项目中学习，实践出真知。当然这也是一个方法，但是也有弊端，那就是学习的不系统，很多有心人到后来还是得回来补课，完善自己的知识体系和技能。很多人玩开发板，烧写镜像，玩得贼溜，但是你知道这里面的原理吗？知道JTAG怎么下载的吗？Jlink和JTAG有什么区别？为什么PC上要装个JTAG软件而Jlink不用？程序的编译和链接是怎么样的？为什么内核镜像要下载内存的某个地址？换个地址行不行？为什么我们编写的程序要在有OS的环境下运行，在ARM开发板裸机环境下，你能写一个跑起来的程序吗？只有对这些问题深入思考，你才会对嵌入式有一个更深的认识，超越了平台，一通百通。

 

 

3 80%的嵌入式知识和技能，其实跟硬件平台无关

 

嵌入式开发需要的知识体系和技能，80%其实跟硬件平台无没有无关系的。比如计算机系统原理、编程技能、程序的编译链接、你对Linux内核的理解、设备模型、驱动架构、项目管理等等。

 

真正跟硬件平台有关的，比如驱动开发，上面的框架是跟平台无关的，下面跟各个硬件平台的适配部分，可能跟硬件平台就有关系了，寄存器配置、开发板硬件配置等。而对于嵌入式工程师来说，尤其是驱动开发工程师，等你工作后，你会发现，跟应用开发相比，真正要写的代码量很少，往往只需要改几行代码。但是往往这几行的代码量，需要你深厚的背景知识：硬件知识、通信协议、对芯片、开发平台资源掌握、对Linux内核架构、设备模型、驱动框架的理解，这些才是嵌入式工程师的核心竞争力。

 

如果你看到很多广告还在以开发板或者平台作为噱头，能拿多少工资作为宣传，这时候你的脑海里要有这种意识，这是一种推广宣传。工资多少是由你自己的水平和市场大行情决定的，虽然在面试时HR会对你本身的水平评估有一些误差，但是要相信，时间会证明你自己的真实价值，不断提高自己的知识水平和技能才是王道。真正的技术需要自己花时间慢慢吸收、积累、消化，内化为自己的知识体系和技能。外在的心灵鸡汤或高煲老鸭汤，只能让你一时地热情高涨，产生暂时的错觉，并不能真正的提高技能。