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[導讀]大家好,我是張巧龍,今天分享一篇關于如何學習好嵌入式的文章。01?身邊朋友問我如何學習嵌入式,在這個行業(yè)健康的發(fā)展。我一直未能做一個系統(tǒng)的回答。這里我想寫篇文章,徹底的回答這個問題。嵌入式,這是個術語。為了應用高度定制軟件和硬件的計算機系統(tǒng),滿足一系列的特定應用需求。國內(nèi)普遍認同...

大家好,我是張巧龍,今天分享一篇關于如何學習好嵌入式的文章。


01?



身邊朋友問我如何學習嵌入式,在這個行業(yè)健康的發(fā)展。我一直未能做一個系統(tǒng)的回答。這里我想寫篇文章,徹底的回答這個問題。
嵌入式,這是個術語。
為了應用高度定制軟件和硬件的計算機系統(tǒng),滿足一系列的特定應用需求。國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為:以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。
IEEE(國際電氣和電子工程師協(xié)會)對嵌入式系統(tǒng)的定義:“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”。
從我個人的理解,到普遍的定義,再到IEEE的權威。可以看到,嵌入式系統(tǒng)首先是計算機系統(tǒng)。我們不能忽略這個問題。既然是計算機系統(tǒng),那么學習嵌入式,計算機的基本理論知識我們要不要學習呢?
比如說,編譯原理、數(shù)據(jù)結構、操作系統(tǒng)、離散數(shù)學、計算機系統(tǒng)體系結構。個人認為,沒學走,就學跑是非常要不得的。
很多人意識不到這點。加之國內(nèi)很多學校沒有培養(yǎng)嵌入式的專業(yè),沒有相應的人才輸出。很多學習嵌入式的人都是從電子類的專業(yè),自動控制類的專業(yè)等等轉(zhuǎn)過來的。這個轉(zhuǎn)型也意味著理論上的巨大缺憾。
如果要問,排序算法有幾種,恐怕只知道冒泡和希爾,不知道堆排序,快速排序,基數(shù)鏈式排序這些算法,更不知道還有內(nèi)部排序和外部排序之分。查找算法只知道個基本的2分查找。對于樹的查找算法一無所知。
怎么說呢?
也許很多從業(yè)的程序員,不乏專業(yè)水平相當優(yōu)秀的,認為這些并不重要。我只能說,你命好,做這種具體的工程大于理論的東西。實際上,如果從一個嵌入式的程序員成長為系統(tǒng)設計者,或者更高的技術職位,要從更深的層次看問題。理論起到了非常大的支撐作用。

比如說,設計一個普通的微波爐控制系統(tǒng)。說實話,這個代碼應該是非常簡單的。但是,作為精細的設計者,不僅僅要考慮需求是否完成。還用從整個程序的空間雜度、時間雜度上去分析,并降低整個代碼的復雜度。從而進一步降低軟件結構、算法實現(xiàn)對處理器的要求,達到對成本的節(jié)約。

一般來說,成本不光光是BOM成本,還包括人力成本,運營成本,開發(fā)成本,維護成本等等。任何軟件系統(tǒng)都要測試,然而一份代碼要怎么才能比較好測試呢?
這個問題并不好回答。我這里先賣個關子,回頭我在另外一篇文章里詳述。尤其是嵌入式代碼,測試方法雖然沿用了PC機的一些做法,但是仍然有許多工程限制。做起來難度頗高。馬克思說過,一切的節(jié)約可歸結為時間的節(jié)約。代碼結構簡單,空間雜度小。那么也意味著更小的工程量,更短的測試時間,更穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。
如果是個理論性稍微強點的產(chǎn)品,汽車導航系統(tǒng)。地圖的路徑搜索算法。定位位置的搜索,以及地圖的分類加載優(yōu)化等等,都不是太容易就能做好的。更需要堅實的理論基礎。許多剛出學校的大學生朋友們,沒出校門就把相關的知識還給老師了。其實,我經(jīng)常問公司新來的同事,設計算法的思路是什么?
這個是從計算機的角度去考慮一個問題的解決辦法。很多新人是計算機畢業(yè)的都無法完整的回答我的問題,失望之余,更想說的是:經(jīng)驗很重要!但是比經(jīng)驗更重要的是知識,比知識更重要的是方法。在理論的指導下去積累經(jīng)驗。
減少從經(jīng)驗下獲取知識,減少體驗式學習這種狀態(tài),養(yǎng)成系統(tǒng)的認識分析問題的方法,理論聯(lián)系實踐的方法,實踐檢驗真理的方法,經(jīng)驗必須能被理論解釋的方法。

所以,
第一點建議,就是希望從事嵌入式的朋友能把計算機基礎課程全部系統(tǒng)的學習一遍。

02?



我們還是來看嵌入式的定義,這個定義是相對的概念。
什么計算機系統(tǒng)不是“高度定制的軟硬件計算機系統(tǒng)”呢?PC機。不嚴謹?shù)恼f是這樣。嵌入式在工程上有非常多的特點,相對于PC系統(tǒng)說,如果把PC系統(tǒng)看成一個完全的標準的“大嵌入式系統(tǒng)”,我們用大鵬鳥來形容它。那么,像“蜂鳥”這樣的最小的小鳥,像“麻雀”這樣的常見系統(tǒng)。也就不難理解了。
從技術上講,PC系統(tǒng)的知識量,難度都要比一般的嵌入式高出N個數(shù)量級。但由于PC系統(tǒng)在計算機歷史上發(fā)展得比較早。
因而,其智力投入、完善性、應用的廣泛性重要性是別的系統(tǒng)平臺無法比擬的。然而,正因為發(fā)展了這么久,其平臺的封裝性穩(wěn)定性是非常高的。操作系統(tǒng)級,支撐軟件級,應用軟件級。
特別是應用軟件級,一些與平臺無關的軟件,基本上很少涉及操作系統(tǒng)的知識,以及一些內(nèi)部的原理。如瀏覽器里的Javascript開發(fā),基本上不涉及操作系統(tǒng)的知識,只是受不同的瀏覽器的影響;又如Java,只涉及較少的系統(tǒng)平臺的知識;就算是C/C 語言,開發(fā)應用程序,也就是一套API的應用。涉及的操作系統(tǒng)的東西也只是冰山一角。
由此可見,PC平臺的優(yōu)良封裝,極大的簡化了問題的復雜度,使開發(fā)者和應用者能把主要精力放在自己的業(yè)務上,提高開發(fā)效率。嵌入式領域就沒有這么幸運了。其為應用的高度定制,造成了以效率,應用為優(yōu)先的特點。封裝層次太多必然對效率有所傷害。同時規(guī)模變大,測試變得復雜。開發(fā)周期變長。
所以嵌入式的層次結構相對于PC系統(tǒng),邊界沒那么清晰,封裝考慮的問題沒有那么全面。完成同樣的一個工作,需要了解的內(nèi)容更多,才能做得更好。
如果一定要拿嵌入式和PC系統(tǒng)比,個人覺得,PC系統(tǒng)的開發(fā)有時候比嵌入式系統(tǒng)還要難。由于封裝的比較完善,PC開發(fā)的門檻比較低,但是做好,做精通,做全面,比嵌入式難多了。
嵌入式因為一開始就要了解相當規(guī)模的東西,所以入門的門檻變得比較高??v觀這些東西,其實PC系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)很大一部分都是重疊的。
所以。第二點,我推薦大家讀(俞甲子 / 石凡 / 潘愛民)寫得《程序員的自我修養(yǎng)》。

03



首先,嵌入式只是比PC開發(fā)要多了解些東西,本質(zhì)上來講并無區(qū)別,這些知識當中有一半是與具體工程相關的東西。也就是說,照著流程做,并無太多的為什么,如果硬要問為什么,其實也就是一些工程上的需求。
一些嵌入式應用之間可能略有一些區(qū)別,可能有些區(qū)別還很大,但大致的流程還是相似的。有個比較好的PC開發(fā)功底,了解了這些流程,開發(fā)嵌入式應該是沒什么特別的障礙的。
其次,《程序員的自我修養(yǎng)》這本書是針對PC平臺的,書中的許多東西是PC平臺特有的,比如說動態(tài)加載等。但理解動態(tài)加載也會對Bootloader加載應用程序和操作系統(tǒng)有一個直觀的比較。由于并不是針對嵌入式平臺的(我沒發(fā)現(xiàn)有專門講嵌入式的書),所以,很多東西需要自己在嵌入式中去體會。
另外書中對一些嵌入式中比較在意的問題描述的并不夠詳細,比如說鏈接腳本還有ABI。PC平臺這些問題被很好的封裝起來了。所以,有些問題在嵌入式領域,還需要進一步深挖。這本書作為嵌入式入門的理解是非常合適的。

嵌入式在工程領域最大的問題是軟硬件同時成熟,出了問題容易踢皮球。這里就很容想到調(diào)試。嵌入式的問題定位較為復雜,尤其是牽涉到軟硬件的復雜問題。
首先嵌入式的調(diào)試手段較為單一。相對于PC平臺,穩(wěn)定性和可靠性都要打折扣。這里不僅包括調(diào)試平臺的問題,也包括一些調(diào)試手段對代碼的影響,諸如改變代碼的運行時間,改變了代碼的動態(tài)行為(頻度,觸發(fā)時差等)。
做嵌入式對系統(tǒng)更加要有個全面的認識。這里包括從設計方法思路,設計目標要求,硬件的詳細設計和軟件的詳細設計。了解的越深刻對問題的定位越有幫助。
這里就涉及到一個最大的問題,也就是剛出校門很多學生對自己的憧憬:要軟件硬件都通。這個目標向大家坦白,我也憧憬過。當我現(xiàn)在招聘學生的時候,甚至有些工作經(jīng)驗的人都說出這個目標。這個目標不是錯,只是計算機軟件和硬件這兩大塊都是非常廣袤的領域,說通,目標的確有點點高了。
所以在這里,我常常給同事的建議是:
如果你的專業(yè)是電子類的,可以把精力主要的放在硬件上,軟件只作為兼顧,學習一些C語言的基本知識,寫一些小型代碼,不宜把目標放在全職編程上。如果是計算機專業(yè)的,我建議把主要精力放在軟件上,學會看懂原理圖,了解一些電路的大致功能就可以了。兩方面往深里面去都是無底洞。全通的話,的確要些大本事的。這里只是我的建議。理由也很簡單,人都是經(jīng)營自己的長處,規(guī)避自己的短處。
曾經(jīng)有一個朋友問我嵌入式問題,想成為軟硬都通的人。想給自己的職業(yè)規(guī)劃一下,我大致的問他幾個軟件問題,比如說,算法的設計思路,排序算法的種類,搜索算法的種類,操作系統(tǒng)的本質(zhì),互斥多線程等等基本問題,回答毫無頭緒。然而問起電路的知識,KCL,KVL,競爭冒險,運放的分析方法,信號與系統(tǒng)的基本知識,對答如流。
這種人去主攻軟件,是資源的極大的浪費。等你軟件入門了,硬件方面的設計知識也忘得差不多了。然后面臨事業(yè)更上一層樓的壓力,軟件需要學習的東西比較多,基礎理論差,學什么都吃力。硬件方面缺乏調(diào)試和經(jīng)驗/的積累,也很難有所作為。若干年后只能做配角,精力的下降,事業(yè)上的失意,只能讓自己淪為屌絲。
這里又提到項目經(jīng)理,技術總監(jiān)這樣的技術管理職位,不是說你技術好就可以做這個職位了。首先各個公司這兩種職位都是有所區(qū)別的,但一般來講都是偏向管理的。既然是管理,不能用別人管你的時候,你得到的體驗再去管別人,要學習管理理論。
諸如PMBOK,CMMI,好好看看行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的工程實踐,好好看看項目目標如何對齊。這些理論知識都是指導我們實踐的最有效的手段。不要寄希望自己是牛人中的牛人,可以發(fā)明新的理論。
請大家看看歷史,每個行業(yè)都有個開山鼻祖,那時候水平還比較低,然后發(fā)展一段時間后有一個將這個行業(yè)壯大的牛人。這個并不僅僅是因為那個牛人牛,也有因為這個行業(yè)積累到一定的時間,可以出這樣的一個牛人將這個行業(yè)進一步壯大。這是事物發(fā)展的客觀規(guī)律,我們必須要尊重。
但在中國,技術人是一類特殊的人群,他們因為技術而傲,對于不懂技術的領導,私下缺乏應有的尊重和誠服。容易造成政令不通。項目經(jīng)理,總監(jiān)更應有好的技術,以便得到下屬最大的認同。

所以這第三點,要綜合自己的專業(yè)情況,知識背景,合理的選擇自己的職業(yè)目標。在嵌入式領域找到自己的發(fā)展空間。


04



學習嵌入式的方法多種多樣。但最好的辦法,還是求助于計算機,計算機是自己的第一老師,人都是第二位的。不要指望通過牛人,你就可以變成牛人。
學習知識,實際上是自己對知識建立理解的過程,不要第一時間去聽大牛的講解。
首先要有自己的理解,即使是錯的,我認錯。再通過大牛的講解進一步的學習,糾正調(diào)整自己,可以事半功倍。如果沒有自己的思考,自己也只是個鸚鵡學舌的人,缺乏創(chuàng)造力和獨立面對問題的能力。久而久之是非??膳碌?。
不要想通過幾個月培訓機構的學習,就能像屌絲吃了全能丸,拿到高薪。如果真是這樣,這世界里有時間有錢的人多了,他們?yōu)槭裁床荒芡ㄟ^這種辦法變得更有能力,拿到更高的收入?高薪背后意味著很多內(nèi)涵和外延,這些內(nèi)涵和外延不僅僅包括點點知識和技術,還有做事的態(tài)度方法,面對問題的堅韌……太多了。
一句話,在自己想把自己變得更強,首先尋求的是能力的全方面的提升,不光光是點點技術。所以,面對這種問題一定要踏實。
你要求的薪水高,公司對你的期望也高;每個公司都有特殊的東西,那不是一兩天就能學會的,也不是技術能替代的。
自己把調(diào)子提得那么高,要么慘淡收場,要么勉強完成任務;要么驚艷四座。自己看著辦。
想反,薪水提得不高不低,給自己一點點時間,企業(yè)對你的期望低,能做出點成績,反倒容易讓別人刮目相看,利于自己的長期發(fā)展。這里還是有許多學問的。自己的人生,一定要謹慎經(jīng)營。

學習嵌入式一定要勤奮,編程是一種體力 腦力的活。熟能生巧,這是常識。十萬行的編程量是基礎。
寫一些復雜的算法,如A*,樹等等算法;再寫一些計算機圖形學方面的算法,以應用軟件為目標,把自己的編程量撐到十萬行。
這樣的強度能保證自己對所用的語言有一個非常的熟練程度,也能對計算機的算法設計和數(shù)據(jù)結構有個深刻的認識,同時對操作系統(tǒng)的API也能略微熟悉。若能堅持這種訓練到達三十萬行。那么就會更加的優(yōu)秀??蔀檫M一步的行業(yè)發(fā)展,打下堅實的基礎。

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