嵌入式操作系統簡介

嵌入式操作系統（EmbeddedSystem）是指以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。舉例來說，大到油田的集散控制系統和工廠流水線，小到家用 VCD 機或手機，甚至組成普通 PC 終端設備的鍵盤、鼠標、硬盤、Modem 等均是由嵌入式處理器控制的。

嵌入式系統無疑是當前最熱門最有發展前途的 IT 應用領域之一。嵌入式系統用在一些特定專用設備上，通常這些設備的硬件資源（如處理器、存儲器等）非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應要求很高等。特別是隨著消費家電的智能化，嵌入式更顯重要。像我們平常常見到的手機、PDA、電子字典、可視電話、VCD/DVD/MP3Player、數字相機（DC）、數字攝像機（DV）、U-Disk、機頂盒（Set TopBox）、高清電視（HDTV）、游戲機、智能玩具、交換機、路由器、數控設備或儀表、汽車電子、家電控制系統、醫療儀器、航天航空設備等等都是典型的嵌入式系統。

為什么要學嵌入式軟件開發？好處是什么？

（1）目前國內外這方面的人都很稀缺。一方面，是因為這一領域入門門檻較高，不僅要懂較底層軟件（例如操作系統級、驅動程序級軟件），對軟件專業水平要求較高（嵌入式系統對軟件設計的時間和空間效率要求較高），而且必須懂得硬件的工作原理，所以非專業 IT 人員很難切入這一領域；另一方面，是因為這一領域較新，目前發展太快，很多軟硬件技術出現時間不長或正在出現（如 ARM 處理器、嵌入式操作系統、MPEG 技術、無線通信協議等），掌握這些新技術的人當然很找。嵌入式人才稀缺，身價自然就高，越有經驗價格就越高。其實嵌入式人才稀少，根本原因可能是大多數人無條件接觸，這需要相應的嵌入式開發板和軟件，另外需要有經驗的人進行指導開發流程。

（2）與企業計算等應用軟件不同，嵌入式領域人才的工作強度通常低一些（但收入不低）。搞企業應用軟件的 IT 企業，這個用戶的系統搞完了，又得去搞下一個用戶的，而且每個用戶的需求和完成時間都得按客戶要求改變，往往疲于奔命，重復勞動。相比而言，搞嵌入式系統的公司，都有自己的產品計劃，按自己的節奏行事。所開發的產品通常是通用的，不會因客戶的不同而修改。一個產品型號開發完了，往往有較長一段空閑時間（或只是對軟件進行一些小修補），有時間進行充電和休整。另外，從事嵌入式軟件的每個人工作范圍相對狹窄，所涉及的專業技術范圍就是那些（ARM、RTOS、MPEG、802.11 等），時間長了這些東西會越搞越有經驗，賣賣老本，幾句指導也夠讓那些初入道者琢磨半年的。若搞應用軟件，可能下一個客戶要換成一個完全不同的軟件開發平臺，那就苦了。

（3）哪天若想創業，搞自已的產品，那么嵌入式是一個不錯的主意，這可不像應用軟件那樣容易被盜版。土木學院有一個叫啟明星的公司開發出一個好象叫“工程 e”的掌上 PDA（南校區門口有廣告），施工技術人員用該 PDA 可當場進行土木概預算和其它土木計算，據說銷路特好。我認識的某大學老師，他開發的飯館用的點菜 PDA（WinCE 平臺，可無線連網和上網），據他說銷路不錯，飯館點點 PDA 讓客戶點菜，多顯派頭檔次。我記得 00 級 2+2 班當年有一組同學在學 Windows 程序設計課程時用 VC++設計了一個功能很強的點菜系統做為課程項目，當時真想建議他們將這個軟件做成 PDA，估計會有些銷路（上海火車站南廣場的 Macdonald 便使用很漂亮的 PDA 給用戶點食品，像摸像樣的）。這些 PDA 的硬件設計一般都是請其它公司給訂做（這叫“貼牌”：OEM），都是通用的硬件，我們只管設計軟件就變成自己的產品了。

八大入門的知識點

1、C 語言

嵌入式 Linux 工程師的學習需要具備一定的 C 語言基礎，C 語言是嵌入式領域最重要也是最主要的編程語言，通過大量編程實例重點理解 C 語言的基礎編程以及高級編程知識。包括：基本數據類型、數組、指針、結構體、鏈表、文件操作、隊列、棧等。

2、Linux 基礎

Linux 操作系統的概念、安裝方法，詳細了解 Linux 下的目錄結構、基本命令、編輯器 VI ，編譯器 GCC，調試器 GDB 和 Make 項目管理工具， Shell Makefile 腳本編寫等知識，嵌入式開發環境的搭建。

3、Linux 系統編程

重點學習標準 I/O 庫，Linux 多任務編程中的多進程和多線程，以及進程間通信（pipe、FIFO、消息隊列、共享內存、signal、信號量等），同步與互斥對共享資源訪問控制等重要知識，主要提升對 Linux 應用開發的理解和代碼調試的能力。

4、Linux 網絡編程

計算機網絡在嵌入式 Linux 系統應用開發過程中使用非常廣泛，通過 Linux 網絡發展、TCP/IP 協議、socket 編程、TCP 網絡編程、UDP 網絡編程、Web 編程開發等方面入手，全面了解 Linux 網絡應用程序開發。重點學習網絡編程相關 API，熟練掌握 TCP 協議服務器的編程方法和并發服務器的實現，了解 HTTP 協議及其實現方法，熟悉 UDP 廣播、多播的原理及編程方法，掌握混合 C/S 架構網絡通信系統的設計，熟悉 HTML，Javascript 等 Web 編程技術及實現方法。

5、數據結構與算法

數據結構及算法在嵌入式底層驅動、通信協議、及各種引擎開發中會得到大量應用，對其掌握的好壞直接影響程序的效率、簡潔及健壯性。此階段的學習要重點理解數據結構與算法的基礎內容，包括順序表、鏈表、隊列、棧、樹、圖、哈希表、各種查找排序算法等應用及其 C 語言實現過程。

6、C++ 、QT

C++是 Linux 應用開發主要語言之一，本階段重點掌握面向對象編程的基本思想以及 C++的重要內容。圖形界面編程是嵌入式開發中非常重要的一個環節。由于 QT 具有跨平臺、面向對象、豐富 API、支持 2D/3D 渲染、支持 XML、多國語等強大功能，在嵌入式領域的 GUI 開發中得到了廣范的應用，在本階段通過基于 QT 圖形庫的學習使學員可以熟練編寫 GUI 程序，并移植 QT 應用程序到 Cortex-A8 平臺。包括 IDE 使用、QT 部件及布局管理器、信息與槽機制的應用、鼠標、鍵盤及繪圖事件處理及文件處理的應用。

7、Cortex A8 、Linux 平臺開發

通過基于 ARM Cortex-A8 處理 s5pv210 了解芯片手冊的基本閱讀技巧，掌握 s5pv210 系統資源、時鐘控制器、電源管理、異常中斷控制器、nand flash 控制器等模塊，為底層平臺搭建做好準備。Linux 平臺包括內核裁減、內核移植、交叉編譯、GNU 工具使用、內核調試、Bootloader 介紹、制作與原理分析、根文件系統制作以及向內核中添加自己的模塊，并在 s5pv210 實驗平臺上運行自己制作的 Linux 系統，集成部署 Linux 系統整個流程。同時了解 Android 操作系統開發流程。Android 系統是基于 Linux 平臺的開源操作系統，該平臺由操作系統、中間件、用戶界面和應用軟件組成，是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件，目前它的應用不再局限于移動終端，還包括數據電視、機頂盒、PDA 等消費類電子產品。

8、驅動開發

驅動程序設計是嵌入式 Linux 開發工作中重要的一部分，也是比較困難的一部分。本階段的學習要熟悉 Linux 的內核機制、驅動程序與用戶級應用程序的接口，掌握系統對設備的并發操作。熟悉所開發硬件的工作原理，具備 ARM 硬件接口的基礎知識，熟悉 ARM Cortex-A8 處理器 s5pv210 各資源、掌握 Linux 設備驅動原理框架，熟悉工程中常見 Linux 高級字符設備、塊設備、網絡設備、USB 設備等驅動開發，在工作中能獨立勝任底層驅動開發。

十大課本上學不到的妙招

1、離開舒適圈
雖然當了多年的工程師、但自認是系統與軟件技術“通才”的 DSP 與嵌入式軟件開發顧問公司 Jetperch 創辦人 MattLiberty 建議，不斷更新并提升原本擅長的技術雖然很重要，但嵌入式工程師若能擴展自己的知識領域會更有益。走出舒適圈，挑戰自我、去學習原本不熟悉的東西，包括工程以外的知識，例如與客戶、同事之間的互動，將會收獲良多。

2、學習利用搜索引擎
當了多年工程師、自認是“看得懂系統架構的軟件人”的 PTRGroup 首席科學家 MichaelAnderson 認為，不要閉門造車，要善用開放源碼世界的信息，很多常見的設計問題其實透過因特網就能找到同領域菁英貢獻的程序代碼;嵌入式工程師們要走出自己的小世界擁抱社群，與同領域的其他工程師們相互交流、互相幫助，而這也是開放源碼世界的精神。

3、學習那些讓因特網實現的技術
具備多年嵌入式工程師經驗的獨立產品設計與顧問公司 AuriumTechnologies 總經理 KenWada 認為，多數嵌入式領域工程師都知道如何撰寫 C 或 C++語言程序，但有時候這樣的技能是不夠的;他建議嵌入式工程師學習因特網有關的技術，對職業生涯發展會有加分效果，例如他目前負責的幾個開發案，都是在嵌入式系統中嵌入虛擬（virtual）的 XML，好讓一些小型連網設備能具備“即插即用”的運作模式。

4、熟悉實時操作系統（RTOS）
在工程人才招募機構 RandstadTechnologies 負責嵌入式產業領域的解決方案經理 HenryWintz 表示，目前產業界對于熟悉 RTOS 的工程師需求很高，也愿意提供更高的薪資水平;因此他鼓勵沒有接觸過 RTOS 的嵌入式工程師從一些較小型的系統著手，累積相關技術經驗。此外他也發現產業界對嵌入式 Linux 人才有不少需求，主要是因為這種操作系統具備較大的設計彈性。

5、了解最新的處理器
有超過多年嵌入式軟件工程師經驗的 Embedded.fm 工程師 EleciaWhite 表示，除了要深入了解 C 或 C++等基本程序語言，有時也要認識一些熱門的新程序語言以因應特殊設計需求，但更重要的是了解最新的處理器技術;處理器才是嵌入式系統的本質。因為我們的系統資源有限，我們需要了解可用的資源有哪些。

6、培養多元化技能與系統觀
擔任近多年工程師、具備許多不同領域技術經驗的技術顧問公司 Rebelbot 顧問 JenCostillo 建議，原本從事較小型系統架構（例如 MCU）開發的工程師，可以開始去熟悉更大的系統（例如 Linux 驅動程序），反之亦然。嘗試著去開發手機應用程序、或者是學習后端服務器的相關技術，能讓你開啟完全不同的觀點;他并建議工程師去熟悉開放性硬件，現在市面上有不少現成的開發板，能讓工程師專注于學習獨特算法的開發。

7、要能熟悉開放源碼軟件
擁有多年工程師經驗的 FreescaleSemiconductor 數字網絡全球軟件開發部門總監 RobOshana 表示，客戶往往會要求在系統中整合一大堆軟件，因此所有的嵌入式工程師需要熟悉各種軟件;他建議工程師避免只專長單一領域，因為那可能會阻礙你的成長。對嵌入式工程師來說，確保自己對軟硬件技術都很了解，是非常寶貴的價值。

8、建立系統級的工程思維
自詡為高信賴度嵌入式系統專家、擔任了多年工程師的 E2V 電子系統總工程師 AdamTaylor 認為，嵌入式工程師擁有系統導向的思維是很重要的，有不少開發案遇到問題，就是因為沒有在開發初期充分考慮基準、驗證策略以及兼容性驗證計劃等項目;此外每個嵌入式工程師都應該具備優良的項目管理技巧，力求準時完成負責的項目。具備能明智因應技術與項目風險的能力，對職業生涯發展會很有幫助。

9、學習無線連結技術
自認是低階嵌入式工程師、有多年工作經驗的 iRobot 資深首席軟件工程師 ChrisSvec 建議，嵌入式工程師需要在接下來 1~3 年學習無線連結技術，特別是 Wi-Fi 與藍牙低功耗（BLE）;因為現在的嵌入式設備（至少各種消費性電子都是）與使用者智能手機連結的主要（或唯一）方式，就是透過這些無線技術，雖然 Wi-Fi 與 BLE 不一定會是嵌入式系統的標準配備，但熟悉這些技術對嵌入式工程師來說會很實用。

10、要能明確表達自己的想法與意見透過文字或繪圖
Micrum 總裁 JeanLaBrosse 認為，無論是哪一種工程師，都需要能有效表達自己的想法與意見;往往有些菜鳥工程師無法清晰表達自己的想法，因為抓不到重點，而最好的解決方法是練習將之圖形化，例如畫出流程圖。這聽起來好像有點過時，但有時利用各種圖框組合來整理自己的思緒、表達想法會是很有用的，例如 iPad 的 iThoughts 應用程序。

審核編輯 黃昊宇