淺談嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的方法、技巧

開頭的話

嵌入式開發(fā)是一個(gè)比較苦、容易背鍋、可能仍然需要996而且拿錢較少，但也有些許樂趣的活，我一直稱之為跳坑里了。如果你在里面深耕，那終究會(huì)成為大佬，軟硬結(jié)合的高手；如果你剛?cè)肟?，我可能勸你轉(zhuǎn)，但是可能你自己還有點(diǎn)舍不得。

總之，確定了在這一行，靠的就是思維與技巧結(jié)合，注重實(shí)踐方法，方能在其中有一席之地。

從裸機(jī)思維開始

嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)面向應(yīng)用高度裁減的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式軟硬件也可以這樣定義

• 軟件：人們借助某種語言，“嘗試”固化下來的，自己的思維

  
  

• 硬件：業(yè)已固化下來的邏輯，可以穩(wěn)定的提供確定的服務(wù)和功能

  
  

軟件的本質(zhì)是設(shè)計(jì)人員的思維，因而程序設(shè)計(jì)人員最重要的是自己根據(jù)任務(wù)的需求想通所有的邏輯，并借助一定的語言作為工具，把自己的思維"固化"下來，而硬件，本質(zhì)上一個(gè)固化下來的邏輯。

這個(gè)是行業(yè)內(nèi)在心底里約定俗成已經(jīng)默默在做的事情，嵌入式系統(tǒng)、模塊化編程、狀態(tài)機(jī)、層次框架等等，都是在其中摸索探究。

注重方法

思維的設(shè)計(jì)有很多輔助工具，如大家熟知的流程圖、UML圖、數(shù)據(jù)流圖等等。然而，具體代碼往往并不是一個(gè)好的輔助工具。

進(jìn)行思維設(shè)計(jì)的開發(fā)人員，叫做Programmer，也就是所謂的碼農(nóng)，而要做一個(gè)好的碼農(nóng)，真的需要注意方法，比如狀態(tài)機(jī)編程，怎么理解狀態(tài)？如何才算一個(gè)狀態(tài)。

我們看到圖中，我們用圓圈來表示一個(gè)狀態(tài)，圖中最左的箭頭表示從別的什么地方“躍遷”到了當(dāng)前狀態(tài)；下方的箭頭表示從當(dāng)前狀態(tài)離開；右上角從當(dāng)前狀態(tài)“扇出”后又“返回到”當(dāng)前狀態(tài)。這里需要很多轉(zhuǎn)變，而好的架構(gòu)很關(guān)鍵。

在之前我分享過很多狀態(tài)機(jī)的知識(shí)，可以說萬物皆可狀態(tài)機(jī)，而嵌入式軟件開發(fā)時(shí)總繞不開與實(shí)時(shí)性（Real Time）相關(guān)的話題，大部分人對(duì)實(shí)時(shí)性的認(rèn)知過程通常會(huì)分以下幾個(gè)階段：。

• v1：“實(shí)時(shí)性” = “越快越好”

  
  

• Lv2：“實(shí)時(shí)性” = RTOS，認(rèn)為選一個(gè)好的RTOS，或者會(huì)用RTOS就可以保證實(shí)時(shí)性；

  
  

• Lv3：“實(shí)時(shí)性” = 任務(wù)拆分；

  
  

• Lv4：開始思考實(shí)時(shí)性模型的特點(diǎn)；

  
  

• Lv5：到了這個(gè)階段，不僅腦洞大開、戰(zhàn)斗力驚人

  
  

總而言之需要深入理解，才能在注重方法的前提下，成為一個(gè)高級(jí)碼農(nóng)。

注重技巧

為大家庖丁解牛、由淺入深，就要不懼怕優(yōu)化，不要把編譯器的行為看作是玄學(xué)，深入底層，才能把編譯器、內(nèi)存、寄存器、語言本質(zhì)理解的透徹。

比如位域和volatile，前者用于將指定類型的整形變量按照我們的意愿切分；后者用于告訴編譯器不允許對(duì)被修飾的變量做優(yōu)化。如果我們對(duì)編譯器的優(yōu)化等級(jí)忽略的話，很難定義到bug，或者當(dāng)我們對(duì)內(nèi)存塊理解的不深入不透徹，關(guān)于內(nèi)存的七七八八就會(huì)莫名其妙的找上門來。

volatile在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍非常廣泛，假設(shè)某32位外設(shè)寄存器的地址為XXXXX_IO_REG_BASE_ADDRESS，則對(duì)應(yīng)的寄存器可以定義為如下的形式：

#defineXXXXX_IO_REG   ( *((volatile uint32_t*)XXXX_IO_REG_BASE_ADDRESS) )
而應(yīng)用中很多針對(duì)外設(shè)寄存器的連續(xù)操作都可以通過優(yōu)化來大幅度提高效率，在保證程序邏輯正確的情況下，應(yīng)該盡可能減少volatile的使用，或者是限制其使用的范圍，那么你知道為什么嗎？

這就是編譯器、語言本身、變量的一些特別之處，搞定這些底層原理知識(shí)，必定讓我們打開語言的大門。

最后的話

嵌入式開發(fā)所涉及到的思維訓(xùn)練、C語言以及編譯器相關(guān)的關(guān)鍵知識(shí)、裸機(jī)環(huán)境下的開發(fā)者模型等等，可以幫助我們深入理解底層原理知識(shí)，以不變應(yīng)萬變，最終對(duì)知識(shí)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)完整和全面的覆蓋。