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【超详细】韦东山:史上最全嵌入式Linux学习路线图

时间:2019-08-01 05:11:04来源:IT技术作者:seo实验室小编阅读:52次「手机版」
 

嵌入式linux培训

我是1999年上的大学,物理专业。在大一时,我们班里普遍弥漫着对未来的不安,不知道学习了物理后出去能做什么。你当下的经历、当下的学习,在未来的一天肯定会影响到你。毕业后我们也各自找到了自己的职业:出国深造转行做金融、留校任教做科研、设计芯片、写程序、创办公司等等,这一切都离不开在校时学到的基础技能(数学、IT、电子电路)、受过煅炼的自学能力。

所以,各位正在迷茫的在校生,各位正在尝试转行的程序员,未来一定有你的位置,是好是坏取决于你当下的努力与积累。

我不能预言几年后什么行业会热门,也不能保证你照着本文学习可以发财。我只是一个有十几年经验的程序员,给对编程有兴趣的你,提供一些建议。

程序员的三大方向

程序员的方向,一般以分为3:专业领域、业务领域、操作系统领域。你了解它们后,按兴趣选择吧。对于专业领域,我提供不了建议。业务,也就是应用程序,它跟操作系统并不是截然分开的:

开发实体产品时,应用程序写得好的人,有时候需要操作系统的知识,比如调度优先级

的设置、知道某些函数可能会令进程休眠。

② 写应用程序的人进阶为系统工程师时,他需要从上到下都了解,这时候就需要有操作

系统领域的知识了,否则,你怎么设计整个系统的方案呢?

③ 做应用程序的人,需要了解行业的需求,理解业务的逻辑。所以,当领导的人,多是

做应用的。一旦钻入了某个行业,很难换行业。

④ 而操作系统领域,做好了这是通杀各行业:他只负责底层系统,在上面开发什么业务跟

他没关系。这行很多是技术宅,行业专家。

⑤ 操作系统和业务之间并没有一个界线。有操作系统经验,再去做应用,你会对系统知

根知底,碰到问题时都有解决思路。有了业务经验,你再了解一下操作系统,很快就可组成一个团队自立门户,至少做个CTO没问题。

专业领域

它又可以分为下面2类。

学术研究

比如语音、图像处理、人工智能,这类工作需要你有比较强的理论知识,我倾向于认为这类人是“科学家”,他们钻研多年,很多时候是在做学术研究。

在嵌入式领域,需要把他们的成果用某种算法表达出来,针对某种芯片进行优化,这部分工作也许有专人来做。

工程实现

也有这样一类人,他们懂得这些专业领域的概念,但是没有深入钻研。可以使用各类开源资料实现某个目标,做出产品。比如图像处理,他懂得用OpenCV里几百个复杂函数来实现头像识别。有时候还可以根据具体芯片来优化这些函数。

“专业领域”不是我的菜,如果你要做这一块,我想最好的入门方法是在学校学习研究生、博士课程。

业务领域

换句话说,就是应用程序,这又可以分为下面2类。

界面显示

做产品当然需要好的界面,但是,不是说它不重要,是没什么发展后劲。

现在的热门词是Android

APPiOS APP开发。你不要被Android、IOS两个词骗了,它们跟以前的VC、VB是同一路货色,只是、仅仅是一套GUI控件的实现。

希望没有冒犯到你,我有理由。

一个程序需要有GUI界面,但是程序的内在逻辑才是核心。Android、IOS的开发工具给我们简化了GUI的开发,并提供了这些控件的交互机制,封装并提供了一些服务(比如网络传输)。

但是程序内部的业务逻辑、对视频图像声音的处理等等,这才是核心。另外别忘了服务器那边的后台程序:怎样更安全地保存数据、保护客户的隐私,怎样处理成千上万上百万的并发访问,等等,这也是核心。

但是,从Android、IOS APP入门入行,这很快!如果你是大四,急于找到一份工作,那么花上1、2个月去学习Android或IOS,应该容易找到工作,毕竟APP的需求永远是最大的,现在这两门技术还算热门。在2011、2012年左右,Android程序员的起薪挺高,然后开始下滑。Android APP的入门基本只要1个月,所以懂的人也越来越多。2013、2014年,IOS开发的工资明显比Android高了,于是各类IOS培训也火曝起来。中华大地向来不缺速成人才,估计再过一阵子IOS工程师也是白菜价了。会Android、IOS只是基本要求,不信去51job搜搜Android或IOS,职位要求里肯定其他要求。

业务逻辑

举个简单例子,做一个打卡软件,你需要考虑这些东西:

① 正常流程是上班下班时都要打卡

② 有人忘记了怎么办?作为异常记录在案,推送给管理员

③ 请假时怎么处理?

④ 加班怎么处理?

对于更复杂的例子,视频会议系统里,各个模块怎么对接,各类协议怎么兼容,你不深入这个行业,你根本搞不清楚。

应用开发的职位永远是最多的,入门门槛也低。基本上只要你会C语言,面试时表现比较得体,一般公司都会给你机会。因为:

① 你进公司后,还需要重新培训你:熟悉它们的业务逻辑。

② 你要做的,基本也就是一个个模块,框架都有人给你定好了,你去填代码就可以了。

说点让你高兴的事:软件公司里,做领导的基本都是写应用程序的(当然还有做市场的)。写应用程序的人,对外可以研究市场接待客户,对内可以管理程序员完成开发,不让他做领导让谁做?如果你的志向是写应用程序,那么我建议你先练好基本功:数据结构、算法是必备,然后凭兴趣选择数据库、网络编程等等进行深入钻研。最后,选择你看好的、感兴趣的行业深耕个10年吧。做应用开发的人选择了某个行业,后面是很难换行业的,选行很重要!

操作系统领域

UCOS太简单,VxWorks太贵太专业,windows不玩嵌入式了,IOS不开源,所以对于操作系统领域我们也只能玩linux了。

在嵌入式领域Linux一家独大!

Android呢?Android跟QT一样,都是一套GUI系统。只是Google的实力太强了,现在Android无处不在,所以很多时候Linux+Android成了标配。注意,在这里我们关心的是Android的整个系统、里面的机制,而不是学习几个API然后开发界面程序。

操作系统领域所包含的内容,简单地说,就是制作出一台装好系统的专用“电脑”,可以分为:

① 为产品规划硬件

按需求、性能、成本选择主芯片,搭配周边外设,交由硬件开发人员设计。

② 给单板制作、安装操作系统、编写驱动

③ 定制维护、升级等系统方案

④ 还可能要配置、安装Android等GUI系统:

⑤ 为应用开发人员配置开发环境

⑥ 从系统角度解决疑难问题

这个领域,通常被称为“底层系统”或是“驱动开发”。

先解决2个常见误区:

① 这份工作是写驱动程序吗?

看看上面罗列的6点,应该说,它包含驱动开发,但远远不只有驱动开发。

② 我们还需要写驱动吗?不是有原厂吗?或者只需要改改就可以?

经常有人说,芯片原厂都做好驱动了,拿过来改改就可以了。如果,你的硬件跟原厂的公板完全一样,原厂源码毫无BUG,不想优化性能、削减成本,不想做一些有特色的产品,那这话是正确的。

但是在这个不创新就是找死的年代,可能吗?!原因有二:

① 即使只是修改代码,能修改的前提是能理解;能理解的最好煅炼方法是从零写出若干

驱动程序

② 很多时候,需要你深度定制系统。

以前做联发科手机只需要改改界面就可以出货了,现在山寨厂一批批倒下。大家都使用原厂的方案而不加修改时,最后只能拼成本。举个例子,深圳有2家做交通摄像头、监控摄像头的厂家,他们曾经找我做过4个项目

① 改进厂家给的SD卡驱动性能,使用DMA。

② 换了Flash型号后,系统经常出问题,需要修改驱动BUG。

③ 触摸屏点击不准,找原因,后来发现是旁路电容导致的。

④ 裁减成本,把4片DDR换为2片DDR,需要改bootloader对DDR的初始化。

这些项目都很急,搞不定就无法出货,这时候找原厂?除非你是中兴华为等大客户,否则谁理你?

我在中兴公司上班时,写驱动的时间其实是很少的,大部分时间是调试:系统调优,上帮APP工程师、下帮硬件工程师查找问题。我们从厂家、网上得到的源码,很多都是标准的,当然可以直接用。但是在你的产品上也许优化一下更好。比如我们可以把摄像头驱动和DMA驱动揉合起来,让摄像头的数据直接通过DMA发到DSP去。

我们可以在软件和硬件之间起桥梁作用,对于实体产品,有可能是软件出问题也可能是硬件出问题,一般是底层系统工程师比较容易找出问题。当硬件、软件应用出现问题,他们解决不了时,从底层软件角度给他们出主意,给他们提供工具。再比如方案选择:芯片性能能否达标、可用的BSP是否完善等等,这只能由负责整个方案的人来考虑,他必须懂底层。

在操作系统领域,对知识的要求很多:

① 懂硬件知识才能看懂电路图

② 英文好会看芯片手册

③ 有编写、移植驱动程序的能力

④ 对操作系统本身有一定的理解,才能解决各类疑难问题

⑤ 理解Android内部机制

⑥ 懂汇编、C语言、C++、java

它绝对是一个大坑,没有兴趣、没有毅力的人慎选。

① 这行的入门,绝对需要半年以上,即使全天学习也要半年。

② 它的职位,绝对比APP的职位少

③ 并且你没有1、2年经验,招你到公司后一开始你做的还是APP。

优点就是

① 学好后,行业通杀,想换行就换行;想自己做产品就自己做产品。

② 相比做应用程序的人,不会被经常变动的需求搞得天天加班。

③ 门槛高,当然薪水相对就高。

操作系统领域,我认为适合于这些人:

① 硬件工程师想转软件工程师,从底层软件入门会比较好

② 单片机工程师,想升级一下。会Linux底层的人肯定会单片机,会单片机的人不一定

会Linux。

③ 时间充足的学生:如果你正读大二大三,那么花上半年学习嵌入式Linux底层多有益处。

④ 想掌握整个系统的人,比如你正在公司里写APP,但是想升为系统工程师,那么底层

不得不学。

⑤ 想自己创业做实体产品的工程师,你有钱的话什么技术都不用学,但是如果没钱又想

做产品,那么Linux底层不得不学。

⑥ 做Linux APP的人,没错,他们也要学习。

这部分人不需要深入,了解个大概就可以:bootloader是用来启动内核,Linux的文件系统(第1个程序是什么、做什么、各目录干嘛用)、APP跟驱动程序的调用关系、工具链,有这些概念就可以了

本文中,就把操作系统默认为Linux,讲讲怎么学习嵌入式Linux+Android系统。

嵌入式Linux+Android系统包含哪些内容

嵌入式Linux系统包含哪些东西?不要急,举一个例子你就知道了。

① 电脑一开机,那些界面是谁显示的?

是BIOS,它做什么?一些自检,然后从硬盘上读入windows,并启动它。

类似的,这个BIOS对应于嵌入式Linux里的bootloader。这个bootloader要去Flash上读入Linux内核,并启动它。

② 启动windows的目的是什么?

当然运行应用程序以便上网、聊天什么的了。

这些上网程序、聊天程序在哪?

在C盘、D盘上。

所以,windows要先识别出C盘、D盘。在Linux下我们称之为根文件系统。

③ windows能识别出C盘、D盘,那么肯定有读写硬盘的能力。

这个能力我们称之为驱动程序。当然不仅仅是操作硬盘,还有网卡、USB等等其他硬件。

嵌入式Linux能从Flash上读出并执行应用程序,肯定也得有Flash的驱动程序啊,当然也不仅仅是Flash。

简单地说,嵌入式LINUX系统里含有bootloader、内核、驱动程序、根文件系统、应用程序这5大块。而应用程序,我们又可以分为:C/C++、Android。

所以,嵌入式Linux+Android系统包含以下6部分内容:

① bootloader

② Linux内核

③ 驱动程序

④ 使用C/C++编写的应用程序

⑤ Android系统本身

⑥ Android应用程序

Android跟Linux的联系实在太大了,它的应用是如此广泛,学习了Linux之后没有理由停下来不学习Android。在大多数智能设备中,运行的是Linux操作系统;它上面要么安装有Android,要么可以跟Android手机互联。现在,Linux+Android已成标配

怎么学习嵌入式Linux操作系统

本文假设您是零基础,以实用为主,用最快的时间让你入门;后面也会附上想深入学习时可以参考的资料。在实际工作中,我们从事的是“操作系统”周边的开发,并不会太深入学习、修改操作系统本身。

① 操作系统具有进程管理、存储管理、文件管理和设备管理等功能,这些核心功能非常

稳定可靠,基本上不需要我们修改代码。我们只需要针对自己的硬件完善驱动程序

② 学习驱动时必定会涉及其他知识,比如存储管理、进程调度。当你深入理解了驱动程

序后,也会加深对操作系统其他部分的理解

③ Linux内核中大部分代码都是设备驱动程序,可以认为Linux内核由各类驱动构成

但是,要成为该领域的高手,一定要深入理解Linux操作系统本身,要去研读它的源代码。

在忙完工作,闲暇之余,可以看看这些书:

① 赵炯的《linux内核完全注释》,这本比较薄,推荐这本。他后来又出了《Linux 内核

完全剖析》,太厚了,搞不好看了后面就忘记前面了。

② 毛德操、胡希明的《LINUX核心源代码情景分析》,此书分上下册,巨厚无比。当作

字典看即可:想深入理解某方面的知识,就去看某章节。

③ 其他好书还有很多,我没怎么看,没有更多建议

基于快速入门,上手工作的目的,您先不用看上面的书,先按本文学习

入门路线图

假设您是零基础,我们规划了如下入门路线图。

前面的知识,是后面知识的基础,建议按顺序学习。每一部分,不一定需要学得很深入透彻,下面分章节描述。

学习驱动程序之前的基础知识

C语言

只要是理工科专业的,似乎都会教C语言。我见过很多C语言考试90、100分的一上机就傻了,我怀疑他们都没在电脑上写过程序。

理论再好,没有实践不能干活的话,公司招你去干嘛?

反过来,实践出真知,学习C语言,必须练练练、写写写!

当你掌握基本语法后,就可以在电脑上练习一些C语言习题了;

当你写过几个c程序后,就可以进入下一阶段的裸机开发了。

① 不需要太深入

作为快速入门,只要你会编写“Hello, world!”,会写冒泡排序,会一些基础的语法操作,暂时就够了。指针操作是重点,多练习;

不需要去学习过多的数据结构知识,只需要掌握链表操作,其他不用学习,比如:队列、二叉树等等都不用学;不需要去学习任何的函数使用,比如文件操作、多线程编程、网络编程等等;这些知识,在编写Linux应用程序时会用,但是在操作系统特别是驱动学习时,用不着!永往直前吧,以后碰到不懂的C语言问题,我们再回过头来学习。

在后续的“裸机开发”中,会让你继续练习C语言,那会更实战化。

C语言是在写代码中精进的。

② 可以在Visual Studio下学习,也可以在Linux下学习,后者需要掌握一些编译命令

我们暂时没有提供C语言的教程,找一本C语言书,网上找找免费的C语言视频(主要看怎么搭建环境),就可以自学了。

PC Linux基本操作:

对于PC Linux,我们推荐使用ubuntu,在它上面安装软件非常简便。

我们的工作模式通常是这样:在Windows下阅读、编写代码,然后把代码上传到PC Linux去编译。实际上,Ubuntu的桌面系统已经很好用了,我们拿到各种智能机可以很快上手,相信Ubuntu的桌面系统也可以让你很快上手。为了提高工作效率,我们通常使用命令行来操作Ubuntu。不用担心,你前期只需要掌握这几条命令就可以了,它们是如此简单,我干脆列出它们:

① cd : Change

Directory(改变目录)

cd 目录名 // 进入某个目录

cd .. // cd “两个点”:返回上一级目录

cd - // cd “短横”:返回上一次所在目录

② pwd : print Work Directory(打印当前目录 显示出当前工作目录的绝对路径

mkdir : Make

Directory(创建目录)

mkdir abc // 创建文件夹abc

mkdir -p a/b/c // 创建文件夹a,再a下创建文件夹b,再在b下创建文件夹c

④ rm : Remove(删除目录或文件)

rm file // 删除名为file的文件

rm -rf dir // 删除名为dir的目录

⑤ ls : List(列出目录内容)

mount : 挂载

mount -t nfs -o nolock,vers=2 192.168.1.123:/work/nfs_root /mnt

mount -t yaffs /dev/mtdblock3 /mnt

⑦ chown : Change

owner(改变文件的属主,即拥有者)

chown book:book /work -R // 对/work目录及其下所有内容,属主改为book用户,组改为book

chmod : Change mode(改变权限),下面的例子很简单粗暴

chmod 777 /work -R // 对/work目录及其下所有内容,权限改为可读、可写、可执行

⑨ vi : Linux下最常用的编辑命令,使用稍微复杂,请自己搜索用法。

要练习这些命令,你可以进入Ubuntu桌面系统后,打开终端输入那些命令;或是用SecureCRT、putty等工具远程登录Ubuntu后练习。

硬件知识

我们学习硬件知识的目的在于能看懂原理图,看懂通信协议,看懂芯片手册;不求能设计原理图,更不求能设计电路板。对于正统的方法,你应该这样学习:

① 学习《微机原理》,理解一个计算机的组成及各个部件的交互原理。

② 学习《数字电路》,理解各种门电路的原理及使用,还可以掌握一些逻辑运算(与、或等)。

③ 《模拟电路》?好吧,这个不用学,至少我在工作中基本用不到它,现在全忘光了。

就我个人经验来说,这些课程是有用的,但是:

① 原理有用,实战性不强。

比如《微机原理》是基于x86系统,跟ARM板子有很大差别,当然原理相通。

我是在接触嵌入式编程后,才理解了这些课程。

② 每本书都那么厚,内容都很多,学习时间过长,自学有难度。

针对这些校园教材的不足,并结合实际开发过程中要用到的知识点,我们推出了《学前班_怎么看原理图》的系列视频:

学前班第1课第1节_怎么看原理图之GPIO和门电路.wmv

学前班第1课第2.1节_怎么看原理图之协议类接口之UART.wmv

学前班第1课第2.2节_怎么看原理图之协议类接口之I2C.wmv

学前班第1课第2.3节_怎么看原理图之协议类接口之SPI.wmv

学前班第1课第2.4节_怎么看原理图之协议类接口之NAND Flash.wmv

学前班第1课第2.5节_怎么看原理图之协议类接口之LCD.wmv

学前班第1课第3节_怎么看原理图之内存类接口.wmv

学前班第1课第4.1节_怎么看原理图之分析S3C2410开发板.wmv

学前班第1课第4.2节_怎么看原理图之分析s3c2440开发板.wmv

学前班第1课第4.3节_怎么看原理图之分析S3C6410开发板.wmv

即使你只具备初中物理课的电路知识,我也希望能通过这些视频,让你可以看懂原理图,理解一些常见的通信协议;如果你想掌握更多的硬件知识,这些视频也可以起个索引作用,让你知道缺乏什么知识。这些视频所讲到的硬件知识,将在《裸板开发》系列视频中用到,到时可以相互对照着看,加深理解。

要不要专门学习Windows下的单片机开发

很多学校都开通了单片机的课程,很多人都是从51单片机、AVR单片机,现在比较新的STM32单片机开始接触嵌入式领域,并且使用Windows下的开发软件,比如keil、MDK等。

问题来了,要不要专门学习Windows下的单片机开发?

① 如果这是你们专业的必修课,那就学吧

② 如果你的专业跟单片机密切相关,比如机械控制等,那就学吧

③ 如果你只是想从单片机入门,然后学习更广阔的嵌入式Linux,那么放弃在Windows

学习单片机吧!理由如下:

① Windows下的单片机学习,深度不够

Windows下有很好的图形界面单片机开发软件,比如keil、MDK等。

它们封装了很多技术细节,比如:

你只会从main函数开始编写代码,却不知道上电后第1条代码是怎么执行的;

你可以编写中断处理函数,但是却不知道它是怎么被调用的;

你不知道程序怎么从Flash上被读入内存;

也不知道内存是怎么划分使用的,不知道栈在哪、堆在哪;

当你想裁剪程序降低对Flash、内存的使用时,你无从下手;

当你新建一个文件时,它被自动加入到工程里,但是其中的机理你完全不懂;

等等等。

② 基于ARM+Linux裸机学习,可以学得更深,并且更贴合后续的Linux学习。

实际上它就是Linux下的单片机学习,只是一切更加原始:所有的代码需要你自己来编写;哪些文件加入工程,需要你自己来管理。在工作中,我们当然倾向于使用Windows下更便利的工具,但是在学习阶段,我们更想学习到程序的本质。一切从零编写代码、管理代码,可以让我们学习到更多知识:

你需要了解芯片的上电启动过程,知道第1条代码如何运行;

你需要掌握怎么把程序从Flash上读入内存;

需要理解内存怎么规划使用,比如栈在哪,堆在哪;

需要理解代码重定位;

需要知道中断发生后,软硬件怎么保护现场、跳到中断入口、调用中断程序、恢复现场;

你会知道,main函数不是我们编写的第1个函数;

你会知道,芯片从上电开始,程序是怎么被搬运执行的;

你会知道,函数调用过程中,参数是如何传递的;

你会知道,中断发生时,每一个寄存器的值都要小心对待;

等等等。

你掌握了ARM+Linux的裸机开发,再回去看Windows下的单片机开发,会惊呼:怎么那么简单!并且你会完全明白这些工具没有向你展示的技术细节。

驱动程序=Linux驱动程序软件框架+ARM开发板硬件操作,我们可以从简单的裸机开发入手,先掌握硬件操作,并且还可以:

① 掌握如何在PC Linux下编译程序、把程序烧录到板子上并运行它

② 为学习bootloader打基础:掌握了各种硬件操作后,后面一组合就是一个bootloader

转载自:韦东山嵌入式Linux

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