學習嵌入式Linux，做底層還是應用？底層要掌握哪些技能？
ID：技術讓夢想更偉大
整理:李肖遙
很多學習嵌入式的新人、工程師，在學習到半途中，總會感覺到迷茫，不知道自己從哪方面入手、進階，也不知道自己目前處于學習的哪個層次，不清楚往后從哪方面來提升自己。針對這些工程師常見的情況，今天編者就以一個8年工作經驗的嵌入式工程師來分享，來看一下嵌入式學習，下一階段的你需要掌握些什么。
嵌入式工程師的職業(yè)方向
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學習嵌入式，大致來說可以分為四個方向：
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一、嵌入式硬件開發(fā)：熟悉電路等知識，非常熟悉各種常用元器件，掌握模擬電路和數字電路設計的開發(fā)能力。熟練掌握嵌入式硬件知識，熟悉硬件開發(fā)模式和設計模式，熟悉ARM32位處理器嵌入式硬件平臺開發(fā)、并具備產品開發(fā)經驗。精通常用的硬件設計工具：Protel/PADS(PowerPCB)/Cadence/OrCad。一般需要有4~8層高速PCB設計經驗。
二、嵌入式驅動開發(fā)：熟練掌握Linux操作系統(tǒng)、系統(tǒng)結構、計算機組成原理、數據結構相關知識。熟悉嵌入式ARM開發(fā)，至少掌握Linux字符驅動程序開發(fā)。具有單片機、ARM嵌入式處理器的移植開發(fā)能力，理解硬件原理圖，能獨立完成相關硬件驅動調試，具有扎實的硬件知識，能夠根據芯片手冊編寫軟件驅動程序。
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三、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)：掌握Linux系統(tǒng)配置，精通處理器體系結構、編程環(huán)境、指令集、尋址方式、調試、匯編和混合編程等方面的內容;掌握Linux文件系統(tǒng)制作，熟悉各種文件系統(tǒng)格式(YAFFS2、JAFFS2、RAMDISK等)；熟悉嵌入式Linux啟動流程，熟悉Linux配置文件的修改;掌握內核裁減、內核移植、交叉編譯、內核調試、啟動程序Bootloader編寫、根文件系統(tǒng)制作和集成部署Linux系統(tǒng)等整個流程;、熟悉搭建Linux軟件開發(fā)環(huán)境(庫文件的交叉編譯及環(huán)境配置等);
四、嵌入式軟件開發(fā)：精通Linux操作系統(tǒng)的概念和安裝方法、Linux下的基本命令、管理配置和編輯器，包括VI編輯器，GCC編譯器，GDB調試器和 Make 項目管理工具等知識;精通C語言的高級編程知識，包括函數與程序結構、指針、數組、常用算法、庫函數的使用等知識、數據結構的基礎內容，包括鏈表、隊列等;掌握面向對象編程的基本思想，以及C++語言的基礎內容;精通嵌入式Linux下的程序設計，精通嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境，包括系統(tǒng)編程、文件I/O、多進程和多線程、網絡編程、GUI圖形界面編程、數據庫;熟悉常用的圖形庫的編程，如QT、GTK、miniGUI、fltk、nano-x等。
公司的日常活動還是看公司的規(guī)模，大一點的一般只是讓你負責一個模塊，這樣你就要精通一點。若是公司比較小的話估計要你什么都做一點。還要了解點硬件的東西。
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說了這么多，依據我個人經驗而言，做嵌入式和純軟件的最大區(qū)別在于：
純軟學習的是一門語言，例如C,C++,java,甚至Python，語言說到底只是一門工具，就像學會英語法語日語一樣。
但嵌入式學習的是軟件+硬件，通俗的講，它學的是做系統(tǒng)做產品，講究的是除了具體的語言工具，更多的是如何將一個產品分解為具體可實施的軟件和硬件，以及更小的單元。
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不少人問，將來就業(yè)到底是選驅動還是選應用？只能說憑興趣，并且驅動和應用并不是截然分開的。具體原因有如下幾點：
1）我們說的驅動，其實并不局限于硬件的操作，還有操作系統(tǒng)的原理、進程的休眠喚醒調度等概念。想寫出一個好的應用，想比較好的解決應用碰到的問題，這些知識大家應該都懂。
2）做應用的發(fā)展路徑個人認為就是業(yè)務純熟。比如在通信行業(yè)、IPTV行業(yè)、手機行業(yè)，行業(yè)需求很了解。
3）做驅動，其實不能稱為“做驅動”，而是可以稱為“做底層系統(tǒng)”，做好了這是通殺各行業(yè)。比如一個人工作幾年，做過手機、IPTV、會議電視，但是這些產品對他毫無差別，因為他只做底層。當應用出現(xiàn)問題，解決不了時，他就可以從內核角度給他們出主意，提供工具。做底層的發(fā)展方向，應該是技術專家。
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4）其實，做底層還是做應用，之間并沒有一個界線，有底層經驗，再去做應用，會感覺很踏實。有了業(yè)務經驗，再了解一下底層，很快就可以組成一個團隊。
嵌入式Linux底層系統(tǒng)包含哪些東西？
嵌入式Linux里含有bootloader, 內核, 驅動程序、根文件系統(tǒng)這4大塊。
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一、bootloader
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它就是一個稍微復雜的裸板程序。但是要把這裸板程序看懂寫好一點都不容易。Windows下好用的工具弱化了我們的編程能力。很多人一玩嵌入式就用ADS、KEIL。能回答這幾個問題嗎？
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Q:一上電，CPU從哪里取指令執(zhí)行？
A:一般從Flash上指令。
Q:但是Flash一般是只能讀不能直接寫的，如果用到全局變量，這些全局變量在哪里？
A:全局變量應該在內存里。
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Q:那么誰把全局變量放到內存里去？
A:長期用ADS、KEIL的朋友，你能回答嗎？這需要"重定位"。在ADS或KEIL里，重定位的代碼是制作這些工具的公司幫你寫好了。你可曾去閱讀過？
Q:內存那么大，我怎么知道把"原來存在Flash上的內容"讀到內存的"哪個地址去"？
A:這個地址用"鏈接腳本"決定，在ADS里有scatter文件，KEIL里也有類似的文件。但是，你去研究過嗎？
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Q:你說重定位是把程序從Flash復制到內存，那么這個程序可以讀Flash啊？
A:是的，要能操作Flash。當然不僅僅是這些，還有設置時鐘讓系統(tǒng)運行得更快等等。
先自問自答到這里吧，對于bootloader這一個裸板程序，其實有3部分要點：
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①對硬件的操作
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對硬件的操作，需要看原理圖、芯片手冊。這需要一定的硬件知識，不要求能設計硬件，但是至少能看懂; 不求能看懂模擬電路，但是要能看懂數字電路。這方面的能力在學校里都可以學到，微機原理、數字電路這2本書就足夠了。想速成的話，就先放掉這塊吧，不懂就GOOGLE、發(fā)貼。另外，芯片手冊是肯定要讀的，別去找中文的，就看英文的。開始是非常痛苦，以后就會發(fā)現(xiàn)那些語法、詞匯一旦熟悉后，讀任何芯片手冊都很容易。
②對ARM體系處理器的了解
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對ARM體系處理器的了解,可以看杜春蕾的
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③程序的基本概念：重定位、棧、代碼段數據段BSS段等
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程序的基本概念，王道當然是去看編譯原理了。可惜，這類書絕對是天書級別的。若非超級天才還是別去看了?？梢钥错f東山的<嵌入式Linux應用開發(fā)完全手冊>。
對于bootloader，可以先看
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總結一下，看懂硬件原理圖、看芯片手冊，這都需要自己去找資料。
二、內核
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想速成的人，先跨過內核的學習，直接學習怎么寫驅動。
想成為高手，內核必須深刻了解。注意，是了解，要對里面的調度機制、內存管理機制、文件管理機制等等有所了解。
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推薦兩本書：
1. 通讀
2. 選讀
三、驅動
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驅動包含兩部分：硬件本身的操作、驅動程序的框架。又是硬件，還是要看得懂原理圖、讀得懂芯片手冊，多練吧。
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①硬件本身的操作
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說到驅動框架，有一些書介紹一下。LDD3,即
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②驅動程序的框架
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驅動方面比較全的介紹，應該是宋寶華的
把手上的開發(fā)板所涉及的硬件，都去嘗試寫一個驅動吧。有問題就先"痛苦地思考"，思考的過程中會把很多不相關的知識串聯(lián)起來，最終貫通。
四、根文件系統(tǒng)
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大家有沒有想過這2個問題：?
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Q:對于Linux做出來的產品，有些用作監(jiān)控、有些做手機、有些做平板。那么內核啟動后，掛載根文件系統(tǒng)后，應該啟動哪一個應用程序呢？
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A:內核不知道也不管應該啟動哪一個用戶程序。它只啟動init這一個應用程序，它對應/sbin/init。
顯然，這個應用程序就要讀取配置文件，根據配置文件去啟動用戶程序(監(jiān)控、手冊界面、平板界面等等，這個問題提示我們，文件系統(tǒng)的內容是有一些約定的，比如要有/sbin/init，要有配置文件 。
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Q:你寫的hello,world程序，有沒有想過里面用到的printf是誰實現(xiàn)的？
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A:這個函數不是你實現(xiàn)的，是庫函數實現(xiàn)的。它運行時，得找到庫。
這個問題提示我們，文件系統(tǒng)里還要有庫。
簡單的自問自答到這里，要想深入了解，可以看一下busybox的init.c，就可以知道init進程做的事情了。
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當然，也可以看<嵌入式Linux應用開發(fā)完全手冊>里構建根文件系統(tǒng)那章。
嵌入式Linux學習書籍推薦
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1. 硬件方面的書:?微機原理、數字電路，高校里的教材。
2. Linux方面的書：
<嵌入式Linux應用開發(fā)完全手冊>
在做驅動的時候，肯定會用到與內核相關的東西，或者需要和內核中的某些模塊配合，這樣你也要理解內核的某些部分是如何實現(xiàn)的，最后，你應該可以很好的掌握Linux的內核整體框架是什么。
這些都是進步，都是在你一次又一次的開發(fā)中需要總結的東西，如果你不總結，永遠都是從頭開始（或者說永遠都是還沒看懂別人代碼為什么這么做的時候，就去改它，然后可以工作了），就完事了，這樣你永遠也不可能提高，最后你就有了現(xiàn)在的這種感覺，覺得自己什么都不是，什么都不懂。
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還有一點要說明的，現(xiàn)在有許多人搞Linux開發(fā)，卻不去用Linux系統(tǒng)做為自己工作的平臺，在這種情況下，你很難理解Linux內核的實現(xiàn)機制，以及為什么要采用這種方式實現(xiàn)。
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你都沒用過Linux系統(tǒng)，就想去實現(xiàn)一個與Linux運行機理相符合的項目，這是不可能的。就是你這個項目成功了，它也肯定不是最優(yōu)的，或者是不符合Linux的使用習慣的（包括內核的擴展和應用程序的實現(xiàn)）。
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