嵌入式需要学什么？嵌入式需要学哪些课程和内容？

11 有哪些设备使用单片机或Linux

所有的电子产品，所用技术都可以认为要么是单片机，要么是Linux；GUI方面主要是QT/Android，它们都是运行于Linux之上的。我们说的单片机不使用 *** 作系统，但是使用单片机设备肯定远远超过Linux。很多人也是先学习单片机，从单片机进入电子工程师行业，日常生活中，有哪些产品使用单片机、Linux呢？下面举一些例子：

我们设计一个产品时，是使用单片机还是Linux，取决于成本：硬件成本、软件成本、维护成本、升级成本。而不应该根据个人偏好来选择：我喜欢单片机，所以就排斥使用Linux；我喜欢Linux，就排斥使用单片机。为了有更多的选择，我们需要既懂单片机，又懂Linux。

12 在硬件 *** 作上单片机和Linux是类似的

以点灯为例，
无论是单片机还是Linux，我们要做的事情都一样：

看原理图，确定引脚是哪一个，确定它输出什么电平才可以

看芯片手册，确定要怎么 *** 作寄存器

写程序

但是，怎么编写程序，单片机和Linux有很大不同。

13 在单片机中点灯、使用LCD

使用单片机开发程序时，我们一上来就写一个main函数，下面是一些简化的代码：

LED程序里面的init_led、led_on、led_off函数是你一个人写的，爱取什么名就取什么名，爱怎么写就怎么写。

LCD程序里的函数也是你写的，完全是自由发挥。

很多单片机项目不是很复杂，2、3个人从上到下统统搞定，里面的函数大多时间是直接去读写寄存器。

很多单片机项目严重依赖于硬件，换一个芯片后怎么办？重写一套代码呗。

在单片机程序里，没有应用程序、驱动程序的概念，很可能一个人包揽了硬件设计、模块调试(或称之为驱动)、功能开发(或称之为应用)的全部活。

14 在Linux中点灯、使用LCD

在Linux中，不允许应用开发人员直接去 *** 作硬件，比如你想点个灯，不好意思，你无法直接访问寄存器；你需要通过驱动程序来访问寄存器。

为什么？有几大原因：

Linux系统中运行着众多程序，必须保证质量差的程序无法破坏系统：假设你写的程序比较烂，那我不能让你去随便访问寄存器，把系统搞崩溃了怎么办？你本意是去点灯，但是你看错了寄存器，你把电源关了怎么办？所以这些 *** 作硬件的活，还是交给信得过的人来做吧：交给驱动工程师，他既懂硬件又懂软件。

保证程序的可移植性：编写应用程序时，大家都使用统一的函数，以后换一个芯片时，应用程序不用变；只需要根据这个接口提供驱动程序就可以了。

团队协作：使用Linux系统的项目一般比较大，术业有专攻，一个人不太可能从上到下都全部掌握。比如做人脸识别项目，有擅长做图像处理的，他可不管你要用多少种摄像头，有图像给他就可以。而多种摄像头的硬件 *** 作方法各有不同，这些交给驱动程序工程师。

所以，在Linux中应用程序和驱动程序是分开的。

以LED、LCD程序为例，简化的代码如下

也许你已经大概猜出来了，应用程序怎么调用驱动程序？通过标准的接口：

open：打开驱动程序。

read/write：读、写数据。

ioctl：传入各种参数，获得各种参数。

mmap：内存映射，比如映射之后，应用程序可以直接读写LCD的显存。

你看！从这些接口里，我们根本看不到寄存器的 *** 作。底层的程序驱动会根据这些调用，去设置寄存器、 *** 作硬件。

所以，我高大上的应用工程师，干嘛苦哈哈地去看原理图、看在片手册、读写寄存器，搞不好还要去调试硬件BUG。这些脏活、累活就交给驱动工程师吧。客户的需求千变万化，我996时间都不够用了。

我上懂软件、下懂硬件的驱动工程师，肯定不能把这么重要的活交给你去做了，把我的系统搞崩溃了怎么办。

开玩笑、开玩笑、开玩笑的，有应用工程师、驱动工程师的优劣之分，大家都是为了做出产品。现在有一个趋势，一个任务从上到下你都需要懂，这就是所谓的全栈工程师。

还是以LED为例，应用程序和驱动程序的协作如下图所示：

在Linux中，“一切皆文件”，要访问某个硬件，也是要打开文件、读写文件。应用程序要根据标准的文件接口：open/read/write/ioctl/mmap等来访问驱动程序。

既然如此，怎么写驱动程序呢？最简单的方法就是：APP要调用open来打开驱动程序，那驱动‘程序里就提供一个xxx_open函数来初始化硬件；APP要调用write来写数据，驱动程序里就提供一个xxx_write函数来接收数据并 *** 作硬件。

用xxx_open、xxx_write来构成一个驱动程序，这就是驱动框架。

怎么实现这些xxx_open、xxx_write函数？我们要做的事情跟单片机是类似的，一样要去看电路图、看芯片手册，然后在这些函数里读写寄存器：这称为硬件 *** 作。

所以，Linux驱动程序= 驱动框架 + 硬件 *** 作。

有单片机基础的人，对硬件 *** 作比较熟悉了，把重点放在驱动框架上就可以。

高能预警：驱动框架可不简单，对于LED来说是简单，但是还有更复杂的驱动程序，它要考虑“通用”，这很要命。

第2章 嵌入式Linux快速入门

这几天在群里跟学员聊天，有一位学员的学习方法很好：先观其广，再究其深。有时候要“不求甚解”，很多时候保持疑问先学下去，这些疑问就自然解决了。

比如课程中涉及汇编知识，如果你要彻底弄清楚，你需要去学习《ARM架构与编程》；当你学完这本书，你的同学搞不好已经可以上手工作了。

21 短期的目标是什么

我们先把学习目标定下来：快速了解嵌入式Linux开发的流程，知道要学什么，具备跟从业者交流的能力。

22 一个嵌入式Linux系统的组成

下面我们用类比和逻辑推导出嵌入式Linux系统的组成，没错，“推导”。
从上图可以知道：

组成：嵌入式Linux系统= bootloader + linux内核 + 根文件系统(里面含有APP)。

bootloader：它的目的是启动内核，去哪等读内核？读到哪里？去Flash等外设读内核，存到内存里去。所以需要有Flash里外设的驱动能力，为了调试方便还会有网络功能。所以，可以认为 booloader = 裸机集合，它就是一个复杂的单片机程序。

Linux内核：Linux内核的最主要目的是去启动APP，APP保存在哪里？保存在“根文件系统”里。“根文件系统”又保存在哪里？在Flash、SD卡等设备里，甚至可能在网络上。所以Linux内核要有这些Flash、SD卡里设备的驱动能力。

不仅如此，Linux内核还有进程调度能力、内存管理等功能。

所以：Linux内核 = 驱动集合 + 进程调度 + 内存管理等。

23 要学习bootloader吗

Bootloader有很多种，常用的叫u-boot。

在实际工作中，对于u-boot基本上是修修改改，甚至不改。但是u-boot本身是很复杂的，比如为了便于调试，它支持网络功能；有些内核是保存在FAT32分区里，于是它要能解析FAT32分区，读FAT32分区的文件。

花那么多精力去学习u-boot，但是工作中基本用不到，这对初学者很不友善。

所以，对于初学者，我建议：理解u-boot的作用、会使用u-boot的命令，这就可以了。

如果你的工作就是修改、完善bootloader，那么再去研究它吧。

24 要学习Linux内核、要学习驱动程序吗

之前我们说过Linux内核 = 驱动集合 + 进程调度 + 内存管理等，如果要学习Linux内核，从驱动程序入手是一个好办法。

但是人人都要学习Linux内核、人人都要学习Linux驱动吗？显然不是。

作为初学者，懂几个简单的驱动程序，有利于工作交流；理解中断、进程、线程的概念，无论是对驱动开发、应用程序开发，都是很有好处的。

所以对于初学者，建议前期只学习这几个驱动：LED、按键、中断。

LED驱动程序：这是最简单的驱动程序。

按键驱动程序：它也比较简单，从它引入“中断”。

中断：从“中断”它可以引入：休眠-唤醒、进程/线程、POLL机制、异步通知等概念。这些概念无论是对驱动开发，还是对应用开发，都很重要。

所以，对于初学者，我建议必须学习这几个驱动：LED、按键、中断。

入门之后，如果你想从事内核开发、驱动开发，那么可以去钻研几个驱动程序(输入系统、I2C总线、SPI总线等)，掌握若干个大型驱动程序后，你对内核的套路就有所了解了，再去研究其他部分(比如进程管理、文件系统)时你会发现套路是如此通用。

摄像头(VL42)、声卡ALSA驱动是Linux中比较复杂的2类驱动，它们是很难的，如果工作与此相关再去研究。

25，要学习Linux应用程序吗？先学一些基础技能

要学，即使以后你只想研究内核，一些基本的应用开发编写能力也是需要的：

基本设备的访问，比如LCD、输入设备

进程、线程、进程通信、线程同步与互斥

休眠-唤醒、POLL机制、信号

网络编程

①②③部分的知识，跟驱动有密切的关系，它们是相辅相承的。

掌握了基本驱动开发能力、基本应用开发能力之后，在工作中你就可以跟别人友好沟通了，不至于一脸懵逼。

26，应用程序是怎么启动的？要了解一下根文件系统

你辛辛苦苦写出了应用程序，怎么把它放到板子上，让它开机就自动启动？

你写的程序，它依赖于哪些库，这些库放到板子上哪个目录？

怎么做一个可升级的系统？即使升级中途断电了，也要保证程序至少还可以运行老的版本？

这些都需要我们了解一下根文件系统。

先了解一下init进程：它要读取配置文件，根据配置文件启动各个APP。

了解了init进程，你就了解了根文件系统的组成，就可以随心所欲裁剪系统，为你的项目制作出最精简的系统。

第3章 学习方法

31 先不要打破砂锅问到底

嵌入式涉及的东西太多太杂了，如果心里没有主线，碰到什么都要去研究个透彻，最终反而忘记自己要学什么了。

嵌入式涉及硬件知识、软件知识，软件里涉及汇编、ARM架构、C语言、Makefile、Shell；又分为bootloader、内核、驱动、基本的APP、GUI。

比如我们会用到Makefile，了解它的基本规则，会用我们提供的Makefile就可以。

不需要深入研究那些make函数，因为在工作中都有现成的Makefile给你使用，不需要自己去编写一套Makefile。何必花上好几天去深入研究它呢？

比如我们会用到bootloader，难道又要花上几个月来深入研究u-boot吗？工作中基本不需要改u-boot，会用那几个命令就可以。

甚至有些学员先去买本shell的书来学习shell命令，何必？我们在视频中用到什么命令，你不懂时再去百度一下这些命令就可以了。

不要脱离初学者的主线：应用基础、驱动基础。有了这2个基础后，你想深入研究某部分时，再去花时间吧。

32 思路要清晰，不怕抄代码

视频里的代码，请你一定要自己去写一次、写多次。为什么我现在写驱动那么熟？我2009年在华清远见上课时，

每次上课我都要给学生写一次那些驱动，十几次下来闭着眼睛都知道内核的套路了。

记不住那些函数？我也记不住，我都是去参考同类的驱动程序，这又不是闭卷考试。

但是要理清楚思路，你写这个程序要完成什么功能、怎么实现这些功能？这个要弄清楚。

有了思路后再写代码，不知道怎么写？没关系，看看视频，看看示例，然后关闭视频看看能否自己写出来。

33 对自己的方向很了解，我只能带你到这里了

我的专长是 *** 作系统，是快速地带领大家掌握一些项目开发的基础知识。

如果你决定深入研究某方面时，我并不能带你多久。你要去看源码，去看这方面的专业书籍。

比如想深入钻研内核的内存管理时，它有页表映射(你需要阅读ARM架构的手册)、SLAB分配器、vmalloc/malloc实现、mmap实现、缺页中断、父进程子进程之间的页面管理等等，内容非常多。有时候连书籍都没有，你需要直接啃代码。

当你想从事某个行业时，就需要深入研究行业相关的知识。

比如CAN总线，它可以写成一本书：CAN协议、CAN报文、Socket CAN、车身网络拓扑结构，CAN应用报文，CAN网络管理报文，CAN诊断报文。

想做物联网网关，需要深入研究MQTT，MQTT协议相对简单，但是MQTT英文原版协议有130多页，中文版有近100页，是一本小书了。

每个行业都有自己的业务逻辑，在掌握基本的编程能力之一，你需要结合具体的业务去深入学习。

嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术

经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统

嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展

如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理

这个例子形象的描述了嵌入式系统在物联网行业应用中的位置与作用

物联网工程师需要学习一下几个方面:

1、物联网产业与技术导论：全面了解物联网之RFID、M2M、传感网、两化融合等技术与应用。

2、C语言程序设计：物联网涉及底层编程，C语言为必修课，同时需要了解OSGi，OPC，Silverlight等技术标准。

3、单片机原理及应用：物联网的底层单片机及其相关应用技术，包括控制、多媒体等。

4、Java程序设计：物联网应用层，服务器端集成技术，开放Java培训技术也是必修课，同时需要了解Eclipse,SWT,Flash,HTML5等技术使用。

5、物联网工程概论：全面了解物联网基本知识、技术体系以及相关理论，对物联网的关键技术，如EPC和RFID技术、传感器技术、无线传感器网络技术、M2M技术等。同时应对与物联网密切相关的云计算、智能技术、安全技术也进行论述。

6、无线传感网络概论：学习各种无线RF通讯技术与标准，Zigbee,蓝牙，WiFi，GPRS,CDMA，3G,4G,5G等等。

7、TCP/IP网络与协议：TCP/IP以及OSI网络分层协议标准是所有有线和无线网络协议的基础，Socket编程技术也是基础技能。

8、嵌入式系统技术：嵌入式系统是物联网感知层和通讯层重要技术。

9、传感器技术概论：物联网专业学生需要对传感器技术与发展，尤其是在应用中如何选用有所了解，但不一定需要了解传感器的设计与生产，对相关的材料科学，生物技术等有深入了解。

10、RFID技术概论：RFID作为物联网主要技术之一，需要了解。

11、工业信息化及现场总线技术：工业信息化也是物联网主要应用领域，需要了解。

物联网软件、标准、与中间件技术：物联网产业发展的关键在于应用，软件是灵魂，中间件是产业化的基石，需要学习和了解。

一、学习路径

万丈高楼平地起，不管多优秀的工程师都是从小白开始的。一条清晰合理的学习路线能帮助小白们高效率的完成基础知识的储备工作，注意这里是知识的储备过程，而经验是从实践中得到的。学习路径是多种多样的，不同能力和不同基础的人有不太相同的路径，这里分享我自己的学习路径，供大家参考。

1了解计算机原理， *** 作系统基础知识。了解硬盘，内存和CPU的关系，程序是如何加载到内存运行的，了解 *** 作系统进程切换和时间片的概念。

2学习C语言，掌握编译器基本知识，能编写简单的程序。学习硬件相关知识。

3购买洞洞板或者面包板，配合stm32等单片机核心板及相应教材，实践IO *** 作，中断，定时器，ADC,UART通信，IIC通信，SPI通信，CAN通信等基本功能。在此过程中不断巩固提升C语言编程水平。

4掌握了某一种单片机的基本编程和控制后，可以进军嵌入式 *** 作系统的学习。在此期间可以继续使用STM32核心板，加购LCD串口液晶显示屏，不需要买带字库的显示屏，简单实用的串口显示屏就可以。然后可以从FreeRTOS开始学习，这个 *** 作系统代码少，概念清晰，易于学习 *** 作系统的原理，也易于移植，基本上可以参考官网以及网络上的资料顺利的将 *** 作系统移植到STM32核心板。通过FreeRTOS，可以学习嵌入式 *** 作系统的基本原理，并可以编写LCD驱动程序来感受硬件驱动程序的概念。

5学习嵌入式Linux *** 作系统，购买ARM9或以上版本的主控的开发板，要求开发板上至少有串口和网口。学习板级支持包的开发，交叉编译，GDB调试，UBOOT移植，内核移植，根文件系统制作，设备树，驱动程序编写，网络编程相关知识。

6学习物联网相关模块的使用，可以购买ESP32核心板进行wifi，蓝牙的模块控制学习，购买其他模块实现其他小项目的练习。

通过上面的一番闭关修炼，你已经学习了嵌入式开发的主要知识架构，接下来就要多做小项目，多练习排错，才能不断积累经验。

二、学习方法

1先整再零：

对于一个实例项目，先从整体出发，保证调通，能正常运行，出现预期结果。遇到模糊的问题先跳过，整体有了一定认识后再对个别细节进行深入了解，但不能跳过深入了解细节的环节。

2边学边练：

开发是一类实践性很强的技能，嵌入式开发要与硬件打交道，就需要更多的动手 *** 作和观察。

学习某一方向的嵌入式开发知识时，需要给自己的学习进行必要的“投资”，购买面包板、洞洞板、万用表、调温烙铁套装、各种器件、芯片，以至开发板。以上材料不需要一次性都买齐，可以按照当前学习的内容分阶段购买，经济条件有限的同学也不用担心，以上材料的开销除开发板之外都不贵，可网络购买。对于开发板，可以买学长学姐的二手板卡，能过测试就证明板卡是OK的。

有了学习材料，就要学以致用，例如今天学习了三极管做开关，就可以自己动手画画电路图，然后在洞洞板上实践一下，通过实际 *** 作，加深印象的同时，也能验证自己的设计方案。

3勤于思考和提问，网络如此发达，提问的能力和技巧我就不再赘述了。

三、技能提升建议

如果你进入的是一家规模较小的公司，那么你可能有机会接触各类技术。这是绝佳的锻炼机会，要注意不要特别深入某一方向而不关注其他技术，要知道大牛需要的是多方位的技能。

大公司的话，往往分工比较细致而明确，那就需要在完成自己工作的同时多关注项目组中其他同事遇到的问题，能协助解决最好，不能解决的要关注解决的情况和方法，多蹭经验。帮助别人的同时就是在帮助自己提高，多花时间处理实际问题是难得的经验。

不管在哪种场合工作，一定注意经验的积累，好记不如带墨，要用文字将经验记录下来，将遇到的问题详细描述清楚，没事的时候翻看一下，工作时间长了，你会发现这是一笔难得的财富。

限于篇幅，这里就不再多讲技术的细节了，希望各位读者在技术成长的过程当中都能有自己清晰的学习路径，安排好自己的学习计划，稳扎稳打！

自考物联网工程课程有：中国近现代史纲要、马克思主义基本原理概论、英语(二)、数据通信与网络、智能数据处理(实践)、智能数据处理、物联网工程导论、嵌入式系统设计(实践)、嵌入式系统设计、物联网系统综合设计(实践)、传感器原理及应用(实践)、传感器原理及应用、无线传感网技术(实践)、无线传感网技术、无线通信技术、射频识别技术与应用、射频识别技术与应用(实践)、单片机原理及应用(实践)、单片机原理及应用、物联网控制原理与技术、物联网应用技术与设计、计算机软件基础(一)(实践)、计算机软件基础(一)、职业生涯规划与管理、现代管理学、多媒体技术、中国文化概论、物联网工程毕业论文。
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