單片機(jī)老司機(jī)是如何煉成的？

時(shí)間：2021-10-12 14:50:36

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[導(dǎo)讀]點(diǎn)擊「科巖成果」關(guān)注，選擇「設(shè)為星標(biāo)」不迷路大家好，我是科巖。首先跟大家說一聲抱歉，大家久等的嵌入式學(xué)習(xí)路徑，今天終于來了。經(jīng)常有人問我，嵌入式該怎么入門，怎么學(xué)習(xí)，怎么精通，怎么成為專家。我前思后想掏心掏肺，花了大概2周的時(shí)間，寫了這樣的一個(gè)成長路徑。注意！本文又干又長，如果此...

點(diǎn)擊「科巖成果」關(guān)注，選擇「設(shè)為星標(biāo)」不迷路大家好，我是科巖。

首先跟大家說一聲抱歉，大家久等的嵌入式學(xué)習(xí)路徑，今天終于來了。

經(jīng)常有人問我，嵌入式該怎么入門，怎么學(xué)習(xí)，怎么精通，怎么成為專家。我前思后想掏心掏肺，花了大概2周的時(shí)間，寫了這樣的一個(gè)成長路徑。

注意！本文又干又長，如果此時(shí)你無法抽出大約10分鐘時(shí)間，建議看個(gè)開頭，然后點(diǎn)個(gè)關(guān)注、收藏之后再（也不）看。

依然是用一個(gè)腦圖呈現(xiàn)給大家，文中會(huì)仔細(xì)講解腦圖中全部內(nèi)容。

如果想要一份高清版本，保存到電腦或手機(jī)里認(rèn)真學(xué)習(xí)（吃灰），可以關(guān)注公眾號(hào)「科巖成果」后，回復(fù)「單片機(jī)」下載。

圖片和腦圖的源文件都有提供。

閑話少說，正式接客。

首先如圖，嵌入式學(xué)習(xí)路徑之單片機(jī)。

為什么單說單片機(jī)呢，因?yàn)槲矣X得嵌入式是一個(gè)比較籠統(tǒng)的概念，可以按處理器性能大致分成兩類。

性能低的比如51、stm32、arduino，這類設(shè)備一般用作開發(fā)比較便宜的產(chǎn)品，比如手環(huán)、插座、牙刷、小型玩具什么的，這樣的芯片資源有限，沒辦法運(yùn)行l(wèi)inux操作系統(tǒng)；

還有一類是高性能的，像我們手機(jī)那種處理器，能運(yùn)行l(wèi)inux、安卓操作系統(tǒng)的，這類芯片一般用作開發(fā)比較貴的產(chǎn)品，像智能音箱、自動(dòng)售貨機(jī)、攝像頭、路由器等等。

這兩種性能不同的處理器都是嵌入式，但需要掌握的技術(shù)是有一定區(qū)別的，這期就先講低性能的，單片機(jī)的成長路徑，如果看完覺得不錯(cuò)記得關(guān)注，后面會(huì)再寫一篇嵌入式Linux的成長路徑。

依然是熟悉的4個(gè)階段，這是科巖獨(dú)創(chuàng)學(xué)習(xí)4階段，小菜雞、入門雞、進(jìn)階機(jī)、老司機(jī)，也就是從入門到精通（入土）的幾個(gè)階段。

看完歡迎留言告訴我你在什么階段。

小菜雞

先從小菜雞開始，小菜雞就是一個(gè)純小白，就是你茫然無知什么都不懂。需要學(xué)習(xí)的有三個(gè)部分，基礎(chǔ)概念、C語言基礎(chǔ)、單片機(jī)基礎(chǔ)。

如圖，基礎(chǔ)概念內(nèi)容如下：

你要知道單片機(jī)是什么；要知道MCU、RAM、ROM、IO引腳、中斷、定時(shí)器這些概念指什么；另外，常見單片機(jī)有8位、16位和32位的。

還要對(duì)電路板有概念，什么是原理圖，什么是PCB，這些硬件概念在小菜雞階段知道就行。

再然后是軟件，其實(shí)也就是運(yùn)行在單片機(jī)中的程序，我們也把它叫做固件。

有了硬件和軟件，就要把軟件安裝到硬件中執(zhí)行，這個(gè)過程叫做編譯、下載、運(yùn)行，一般會(huì)用到Keil、IAR、gcc等等工具。

我們?nèi)松袩浀絾纹瑱C(jī)的第一個(gè)程序一般是什么呢？

就是點(diǎn)燈，點(diǎn)燈其實(shí)就是嵌入式工程師的hello world，一般電路板上都有l(wèi)ed燈，LED燈點(diǎn)亮了，就說明這塊板子的硬件，包括電源、處理器、引腳等等是沒有問題的，還說明軟件的燒錄、運(yùn)行等一系列的步驟是沒有問題的。

板子是好的，才有后面的工作。

所以作為嵌入式工程師，一般也自稱為點(diǎn)燈工程師，>> 大家好我是點(diǎn)燈工程師，科巖 >_<

最后一點(diǎn)，就是知道什么是嵌入式工程師，一般行業(yè)內(nèi)稱呼一名嵌入式工程師都是某某工。

比如你姓張，大家就會(huì)稱你為張公，姓李呢，就會(huì)叫你李公，像我呢，我姓老，不知道此刻看文章的你姓什么嘞？

工程師上班一般都在做什么呢？就是在畫板子，寫程序，調(diào)板子，燒板子。

你燒過板子么，反正我是燒過，特別好玩，直接冒煙，把我們上班的大樓都給整停電了，是不是很有趣。

嵌入式工程師的標(biāo)準(zhǔn)穿搭：黑框眼鏡，格子衫，黑色或者灰色的雙肩包。非常典型，工作經(jīng)驗(yàn)一般可以通過發(fā)際線的高低做判斷。

對(duì)單片機(jī)程序有概念之后，就要學(xué)習(xí)C語言了。

這里寫了三點(diǎn)，參考c語言路徑圖；達(dá)到小菜雞水平就可以上手單片機(jī)；最好是能達(dá)到進(jìn)階機(jī)。

這是什么意思呢，之前我做過一個(gè)C語言的學(xué)習(xí)路徑圖，也是分成了4個(gè)階段。

小菜雞是基礎(chǔ)就是學(xué)C語言的語法；入門雞算是培養(yǎng)興趣可學(xué)可不學(xué)；進(jìn)階機(jī)比較高級(jí)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、網(wǎng)絡(luò)、linux都該學(xué)了，最好能到這個(gè)水平；老司機(jī)就不強(qiáng)求了，可以后面再學(xué)。

我就不詳細(xì)展開了，這個(gè)如果想詳細(xì)的去看的話，可以看下面這篇文章，如果想要腦圖也可以到「科巖成果」下載。

C語言從小菜雞到老司機(jī)

有了C語言基礎(chǔ)，接下來就是一些單片機(jī)的基礎(chǔ)了。

首先要選一款學(xué)習(xí)資料豐富的mcu，建議直接選STM32，資料非常豐富，如果有任何問題查資料基本都能找到答案，對(duì)初學(xué)者來說非常友好

接著就要寫代碼了，我們的程序一般是通過輪詢，或者定時(shí)器，或者中斷這三種方式來進(jìn)行觸發(fā)，要學(xué)會(huì)編寫這三種方式的代碼。

接下來是外設(shè)，單片機(jī)存在的意義是什么呢？

其實(shí)就是通過外設(shè)，可能是鍵盤也可能是傳感器，這種輸入類型的外設(shè)，輸入一定的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理再通過輸出類型的外設(shè)，可能是顯示屏，輸出一定的結(jié)果。

在小菜雞階段要學(xué)習(xí)使用各種常見的外設(shè)，LED燈、蜂鳴器、鍵盤還有IO引腳，這都是最基礎(chǔ)的。

還要學(xué)習(xí)這3種很常見的串行口，uart、spi、i2c，要掌握通信協(xié)議的設(shè)計(jì)和編解碼的處理，很多傳感器就是通過固定的協(xié)議與單片機(jī)通信，另外單片機(jī)再和其他單片機(jī)、PC機(jī)等設(shè)備通信時(shí)都會(huì)用到協(xié)議編解碼。

接著要學(xué)習(xí)一些調(diào)試手段，比如說Keil和IAR軟件的調(diào)試功能。都挺簡單的，如果程序有問題，可以用調(diào)試手段來查查內(nèi)存、某個(gè)變量的值，排查問題。

小菜雞最后，要做幾個(gè)簡單的實(shí)踐。

我列出來兩個(gè)，一個(gè)是測(cè)距，可以用紅外或者是超聲傳感器來做。

另外一個(gè)實(shí)踐是，可以讀一些傳感器的數(shù)據(jù)，比如溫濕度、人體檢測(cè)，把數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。

小菜雞階段結(jié)束后，你就可以做些簡單的小項(xiàng)目。菜雞學(xué)習(xí)時(shí)間呢，大概兩周左右就可以了。

入門雞

接下來就來到了入門雞階段，有這么幾個(gè)部分：單片機(jī)高級(jí)部分，學(xué)習(xí)電路板知識(shí)，再做幾個(gè)復(fù)雜點(diǎn)的實(shí)踐小項(xiàng)目。

先看單片機(jī)的高級(jí)，包括這些內(nèi)容：

寫代碼要有一定的規(guī)范，包括縮進(jìn)、注釋、變量和函數(shù)的命名等等，要按規(guī)矩寫。

入門雞階段，項(xiàng)目中要用一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了，不要全局變量和flag滿天飛；還要學(xué)些基礎(chǔ)的算法，主要的就是排序和查找。

接著要會(huì)用狀態(tài)機(jī)編寫稍復(fù)雜的程序，小菜雞學(xué)會(huì)的輪詢、定時(shí)器、中斷只能做些簡單的程序，復(fù)雜點(diǎn)程序就要有結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制了，狀態(tài)機(jī)是比較好的一種代碼框架，要理解狀態(tài)機(jī)的原理、編寫的手法。

再復(fù)雜點(diǎn)的程序，就得上操作系統(tǒng)了，學(xué)會(huì)使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，也就是RTOS，要了解它們的任務(wù)、鎖、信號(hào)量和消息隊(duì)列是怎么使用的。

如果做和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的項(xiàng)目，就要編寫網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的程序，得會(huì)寫socket程序，調(diào)用socket接口收發(fā)tcp/udp/mqtt的數(shù)據(jù)。

單片機(jī)聯(lián)網(wǎng)一般會(huì)用到無線模塊，可以通過串口透傳或者AT指令控制模塊，比如Wifi、藍(lán)牙、ZigBee等等傳輸數(shù)據(jù)。

很多項(xiàng)目中的單片機(jī)是需要用電池的，電池容量有限，所以要學(xué)會(huì)編寫低功耗的程序，比如控制單片機(jī)睡眠、停機(jī)、待機(jī)，還有低功耗如何測(cè)試、有哪些指標(biāo)衡量功耗的高低，都要掌握。

第二部分，要學(xué)習(xí)看電路板了。

得能看懂簡單的原理圖和PCB就行。

最后，入門雞的實(shí)踐：

我建議做一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，連接某個(gè)云平臺(tái)。

阿里云、騰訊云、百度云，都可以連，他們都有物聯(lián)網(wǎng)的接入平臺(tái)，接入后，設(shè)備要與平臺(tái) APP打通。

比如做一個(gè)聯(lián)網(wǎng)的溫濕度采集器，可以在APP上看到設(shè)備從傳感器讀取數(shù)據(jù)，也可以做一個(gè)聯(lián)網(wǎng)的智能插座或者智能燈，通過APP來控制它的開關(guān)。

入門雞要花一定的時(shí)間，可能是你工作個(gè)一年后到三年之間的這樣的一個(gè)狀態(tài)，會(huì)靈活的使用以上的這些軟件接口與硬件器件，時(shí)間久了就可以編寫復(fù)雜的程序，做復(fù)雜的項(xiàng)目了。

進(jìn)階機(jī)

接下來是進(jìn)階機(jī)階段，這個(gè)階段要學(xué)習(xí)的東西不但變多了，還更深入了。

我把進(jìn)階機(jī)的學(xué)習(xí)范圍分成2大部分，一部分叫“通用內(nèi)功”，就是幾乎哪個(gè)行業(yè)都通用的東西，學(xué)會(huì)內(nèi)功，才能以不變應(yīng)萬變；另一部分叫“獨(dú)門絕技”，指的是某一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，學(xué)會(huì)了至少不用擔(dān)心失業(yè)。

咱們先看通用內(nèi)功，首先是最上層，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)源碼的學(xué)習(xí)，我建議學(xué)習(xí)FreeRTOS、RT-Thread、μC/OS這三個(gè)比較常用的嵌入式系統(tǒng)。

入門雞階段是會(huì)用RTOS，進(jìn)階機(jī)就要學(xué)習(xí)任務(wù)、鎖、信號(hào)量怎么實(shí)現(xiàn)了。

接下來是網(wǎng)絡(luò)源代碼的學(xué)習(xí)，同樣的，在入門雞階段是會(huì)用網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)階機(jī)就要學(xué)習(xí)如何實(shí)現(xiàn)了。

我們可以通過lwip這樣的輕型協(xié)議棧源碼來學(xué)習(xí)TCP或者UDP，mqtt是物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)膮f(xié)議，HTTP是WEB的常用協(xié)議，圖中這幾個(gè)源碼都是可以直接學(xué)習(xí)的。

然后是模塊的二次開發(fā)，模塊二次開發(fā)指的是基于無線模塊直接做編碼，而不是通過MCU進(jìn)行控制。

這樣可以減少一顆MCU主控芯片的使用，節(jié)約硬件成本，畢竟咱們硬件行業(yè)成本第一??！

接著可以學(xué)習(xí)對(duì)代碼性能進(jìn)行優(yōu)化，我列出了4種方式，這些都可以了解，有的項(xiàng)目有特殊的需求，咱們就要知道怎么優(yōu)化。

下面是代碼的可移植性，其實(shí)也是按照一定的規(guī)范編寫代碼，我也是列出了4點(diǎn)。

如果寫代碼時(shí)習(xí)慣考慮代碼的可移植性，那你寫的代碼也能很容易的移植到不同平臺(tái)。有時(shí)我們做一款產(chǎn)品，產(chǎn)品升級(jí)了或者更換了硬件芯片，之前代碼移植性好的話，可以很快替換成新平臺(tái)。

然后是編譯和鏈接的腳本，要學(xué)習(xí)C語言代碼是如何編譯成機(jī)器指令，機(jī)器指令又是如何在芯片中進(jìn)行組織的。

代碼編譯完會(huì)進(jìn)行鏈接，要指定加載地址、指定代碼段、數(shù)據(jù)段地址，這個(gè)也是有些特殊的產(chǎn)品需要人工設(shè)置。

除了C語言，還要掌握幾種其他編程語言，Python、lua、shell都建議學(xué)學(xué)。

學(xué)會(huì)了C語言，這些語言其實(shí)都不怎么用學(xué)，看看語法就能上手寫，我們經(jīng)常用這類語言處理有規(guī)律的文本、處理二進(jìn)制固件，方便快捷。

后面三個(gè)是學(xué)習(xí)底層知識(shí)，首先要學(xué)會(huì)看芯片手冊(cè)，通過芯片手冊(cè)能學(xué)到太多東西了。

在工作的過程中會(huì)遇到各種各樣的芯片，可能會(huì)有一些比較少見的特殊芯片，沒有封裝成C語言的庫，或者某些不常用的功能芯片提供的庫沒有封裝，這時(shí)你就要通過操作寄存器直接控制它們。

芯片手冊(cè)第一次看肯定看不懂，這個(gè)也需要花時(shí)間，時(shí)間久了，看得多了自然就懂了。

而且每個(gè)芯片的芯片手冊(cè)套路、結(jié)構(gòu)都差不多，看懂一個(gè)，基本其他也都懂了，所以大家不用擔(dān)心。

再往下一層就是匯編指令集，單片機(jī)arm的體系結(jié)構(gòu)居多，應(yīng)當(dāng)學(xué)一下arm的指令集，比如說Cortex M系列的核，它有37個(gè)寄存器，要了解它的一些常見匯編指令。能看懂，能夠編寫簡單的程序就可以了。

最后再下一層就是電子學(xué)了，要學(xué)模電和數(shù)電的知識(shí)，電壓電流，電阻電容，半導(dǎo)體二極管等等，都要知道它們是干嘛的，接著門電路、CPU、存儲(chǔ)器的電路是怎么設(shè)計(jì)的，知道理論就可以了。

上面這些知識(shí)都是內(nèi)功心法，無論做哪個(gè)行業(yè)，只要和硬件打交道，都能用得上，是咱吃飯的家把什。

下面再看看獨(dú)門絕技都有啥，獨(dú)門絕技就是能讓咱們吃的爽，吃的久。

首先是通信協(xié)議棧的開發(fā)，比如PHY層、MAC層、空口各層協(xié)議的開發(fā)，像Wifi、4G、5G都有類似的開發(fā)需求、崗位，現(xiàn)在5G這么火，如果你能參與開發(fā)一個(gè)5G模組，那就非常厲害了！

下面是算法，算法這個(gè)分支也是一個(gè)比較專業(yè)性的分支，我列出了一些咱們單片機(jī)上可以跑的算法，濾波、姿態(tài)，慣導(dǎo)，PID，還有slam算法，有些是做可穿戴設(shè)備需要的，有些是無人機(jī)、無人車需要。

做算法是有很高門檻的，基本都研究生起步，如果你沒有讀研究生，或者讀了但對(duì)數(shù)學(xué)沒興趣，建議還是不要去搞算法了。

我學(xué)歷就是個(gè)普通小本科，算法這方面簡直是個(gè)白癡，不懂。算法是真的牛，算法yyds！

接下來是安全，這個(gè)我不知道有沒有人了解，也是個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。包括芯片安全，網(wǎng)絡(luò)安全。

比如為數(shù)據(jù)加個(gè)密再存儲(chǔ)、比如給固件簽個(gè)數(shù)字簽名再燒錄到芯片，這都是安全工程師需要設(shè)計(jì)和考慮的。

未來萬物互連，越來越多的家電產(chǎn)品，甚至汽車也都能用手機(jī)控制。所以，嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)的安全不能忽略。

再后面是FPGA設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)編寫Verilog HDL語言，學(xué)會(huì)用硬件描述語言設(shè)計(jì)組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，這也是一個(gè)比較細(xì)的一個(gè)分支，專業(yè)性非常強(qiáng)。

學(xué)習(xí)了FPGA之后呢，還可以再學(xué)習(xí)下設(shè)計(jì)CPU，包括流水線，取指、譯碼、執(zhí)行，總線，中斷異常等等這些硬件的設(shè)計(jì)，這已經(jīng)非常非常底層了。

為什么嵌入式工程師要學(xué)習(xí)FPGA或者設(shè)計(jì)CPU呢？

我覺得這是底層原理，會(huì)底層的原理，解決上層的問題會(huì)思路更開闊，好比你明白TCP的原理，那如果HTTP出了問題，你會(huì)更容易解決。

好，以上就是進(jìn)階機(jī)階段需要學(xué)習(xí)的東西了，此刻的你覺得興奮還是覺得可怕？

如果掌握了這些呢，工作中遇到的任何技術(shù)問題，基本上沒有你解決不了的了。

進(jìn)階機(jī)階段，一般是工作至少5年吧，5年8年10年都有可能。想要理解和掌握，既需要不斷的學(xué)習(xí)理論知識(shí)，也需要積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

進(jìn)階機(jī)到此結(jié)束，馬上就要迎來最后一個(gè)階段，老司機(jī)階段。

讓我們來一起揭開老司機(jī)的神秘面紗吧。

老司機(jī)

老司機(jī)階段，分了4個(gè)部分，技術(shù)、管理、行業(yè)、公司。

到了老司機(jī)階段，你不單單是一個(gè)懂技術(shù)的人了，還要懂管理、懂行業(yè)。

仍然可以繼續(xù)學(xué)習(xí)技術(shù)，可以學(xué)一些橫向的技術(shù)擴(kuò)展，比如上位機(jī)、APP的編寫；測(cè)試工具、測(cè)試流程的學(xué)習(xí)；有興趣可以學(xué)學(xué)Matlab仿真。

如果喜歡畫板子，可以多畫畫PCB；愿意做設(shè)計(jì)，也可以學(xué)學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這些知識(shí)。

那么管理呢，包括了這些內(nèi)容：

可以邊帶團(tuán)隊(duì)邊學(xué)習(xí)管理知識(shí)，要依靠團(tuán)隊(duì)的力量實(shí)現(xiàn)你想實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品或者功能。

你還要有一定的行業(yè)認(rèn)知，就是你要懂行業(yè)，我大概總結(jié)了幾個(gè)單片機(jī)涉及到的行業(yè)：

不要把目光集中在手上開發(fā)板的一畝三分地兒，要關(guān)注行業(yè)的市場空間，是否處在上升期。

要努力成為某個(gè)行業(yè)的專家，行業(yè)的專家，行業(yè)的專家！

什么是行業(yè)的專家？舉個(gè)例子，如果你在醫(yī)療行業(yè)，那你就要懂些醫(yī)療方面的知識(shí)。

比如做個(gè)血糖儀，要學(xué)習(xí)血糖對(duì)人體有什么作用、正常血糖值是什么范圍，還要懂一個(gè)血糖儀是怎么設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的，都有哪些人參與，客戶是哪些人，他們?cè)谀模ㄟ^什么樣的方式或者渠道能把產(chǎn)品賣給他們，有沒有什么行業(yè)潛規(guī)則。

大家現(xiàn)在聽我這么說可能覺得很難，但其實(shí)沒多難，你如果喜歡一個(gè)行業(yè)，那就去那個(gè)行業(yè)干幾年，稍微用點(diǎn)心，都不用太久，慢慢就不知不覺都學(xué)會(huì)了。

老司機(jī)的最后一點(diǎn)就是公司了，我列了整個(gè)電子行業(yè)上下游的產(chǎn)業(yè)鏈出來：

從最上層的芯片原廠再到中間的模組廠傳感器廠、操作系統(tǒng)、云平臺(tái)、運(yùn)營商，最后是B端或C端的硬件廠商，或者是集成商或者渠道商。

無論哪種類型的公司，都會(huì)有嵌入式工程師的需求。

作為一個(gè)老司機(jī)的你，應(yīng)該了解你們行業(yè)中頭部、腰部、尾部的公司，了解他們的商業(yè)模式，他們的生存狀態(tài)，了解同行在做什么產(chǎn)品，都有哪些業(yè)務(wù)，為什么開展這些業(yè)務(wù)，這是一個(gè)老司機(jī)應(yīng)該懂的。

這些行業(yè)認(rèn)知和公司認(rèn)知，都是需要在多年的從業(yè)中，摸爬滾打獲得的，這些經(jīng)驗(yàn)在哪本書或哪篇文章中都是學(xué)不到的。