1.嵌入式系统的简介

1.嵌入式系统的简介

1.1 课程规划与学习方法

嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一，但同时也是最难以掌

握的学科之一，很多踌躇满志的同学最终没能成为一名合格的嵌入式工程师，很大原因是

没有掌握科学，有效的学习方法，所以本章主要将从学习人群、待学知识点、学习顺序等

几个方面来阐述一套科学的嵌入式系统学习方法。

1.1.1 学习人群

从事嵌入式开发的工程师主要有两类。

l 电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，他们主要从事硬件设计，也开发一些与

硬件关系密切的底层软件，如BootLoader、Board Support Package(像PC的BIOS

一样，往下驱动硬件，往上支持操作系统），硬件驱动程序等。他们的优势是对硬件

原理非常清楚，不足是他们更擅长定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不从

心（例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件等）。

l 另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。

如果这部分人对硬件原理有较好的掌握，也可以从事BSP 和硬件驱动程序开发工作

1.1.2 待学知识点

嵌入式系统具有知识点多，要求的知识点广等特点，因此在开始学习之前，首先应该

明确应该学一些什么知识点，本小节将以嵌入式Linux为例，阐述其知识点。嵌入式Linux

的知识可以分为5大板块，如图1-1 所示。

以上5 大知识板块的知识点又可以具体细化为：

1．嵌入式处理器（以ARM 为例）

ARM 处理器工作模式

ARM 系统寄存器

ARM 寻址方式

ARM 汇编指令集

ARM 环境C 语言编程

ARM 中断与异常

ADS 集成开发环境

裸机程序开发(串口、LCD、时钟、LED、按键……)

2．Linux系统管理

Linux定制安装

Linux基本命令

samba、nfs、tftp、wireshark等工具使用

Shell编程

3．Linux系统管理

GCC、GDB、Makefile

文件、时间编程

多进程、多线程程序设计

进程间通讯

网络编程

QT图形化应用程序开发

Android 图形化应用程序开发

4．Linux系统管理

Linux内核配置与裁剪

Linux内核模块开发

根文件系统制作

进程子系统

内存子系统

Proc 文件系统

系统调用

内核定时器

内核异常分析

5．Linux系统管理

字符设备驱动程序

总线、设备、驱动模型

硬件访问技术

中断处理

Input 设备驱动

Platform驱动程序

PCI、USB 驱动程序

网卡驱动程序

触摸屏驱动程序

串口驱动程序

1.1.3 学习顺序

面对上一节所列出的众多知识点，采用什么样的顺序来学习至关重要，学习顺序得当，

事半功倍，学习顺序不当，则有可能导致学习者半途放弃，正确的学习顺序如图1-4 所示。

图1-2 嵌入式 Linux学习顺序

1.1.4 理论与实践

嵌入式属于应用型学科，强调理论与实践相结合，强调通过大量的实验与项目来加深

对知识的理解与掌握。因此在嵌入式学习的过程中，除了需要一套系统的理论知识学习大

纲外，更需要一套与之配套的实验大纲。

1.1.5 学习误区

很多同学在嵌入式学习的道路上最终放弃，很多时候是因为步入了嵌入式学习的误区，这

里我们列出了几项常见的误区：

误区 1：今天学学这，明天学学那，学习跟着感觉走。

正解：学习一定要按计划，由简入深，系统进行。

误区 2. 资料买了一大堆，自己都不知道看那本。

正解：初学阶段，资料做到少而精，坚持看。

误区 3. 只看资料与视频，就是不动手做。

正解：多做实验多思考，必修实验必须做。

1.1.6 学习方法总结

图1-3 嵌入式 Linux学习方法总结

对于初学的同学，如果不能自己制定知识点大纲和实验大纲，可以参考国嵌的嵌入式

课程大纲与实验大纲，制定完这两个大纲后，严格按照这两个大纲系统性学习。

1.2 嵌入式系统概述

1.2.1 什么是嵌入式系统

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、对功能、可靠

性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

它一般由以下几部分组成，如图1-4 所示:

1． 嵌入式微处理器

2. 外围硬件设备

3. 嵌入式操作系统

4. 特定的应用程序

图1-4 嵌入式系统构成

1．嵌入式微处理器：Omap 双核ARM 处理器

2．外围硬件设备：LCD、键盘、Wifi 无线网卡等

3．嵌入式操作系统：嵌入式Linux系统

4．特定的应用程序：Google earth 等

1.2.2 嵌入式系统特点

嵌入式系统与通用PC 系统相比，具有如下特点：

●专用性强。由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的，所以嵌入式系统的硬件和软

件，尤其是软件，都是为特定用户群来设计的，它通常都具有某种专用性的特点。

●实时性好。目前，嵌入式系统广泛应用于生产过程控制、数据采集、传输通信等场合，

主要用来对宿主对象进行控制，所以都对嵌入式系统有或多或少的实时性要求。例如，对

嵌入在武器装各中的嵌入式系统、在火箭中的嵌入式系统、一些工业控制装置中的控制系

统等应用中的实时性要求就极高。也正因为这种要求，在硬件上嵌人式系统极少使用存取

速度慢的磁盘等存储器，在软件上更是加以精心设计，从而可使嵌入式系统快速地响应外

部事件。当然，随着嵌入式系统应用的扩展，有些系统对实时性要求也并不是很高，例如

近年来发展速度比较快的手持式计算机、掌上电脑等。但总体来说，实时性是对嵌入式系统的普遍要求，是设计者和用户重点考虑的一个重要指标。

●可裁剪性好。从嵌人式系统专用性的特点来看，作为嵌入式系统的供应者，理应提供

各式各样的硬件和软件以各选用。但是，这样做势必会提高产品的成本。为了既不提高成

本，又满足专用性的需要，嵌入式系统的供应者必须采取相应措施使产品在通用和专用之

间进行某种平衡。目前的做法是，把嵌人式系统硬件和操作系统设计成可裁剪的，以便使

嵌入式系统开发入员根据实际应用需要来量体裁衣，去除冗余，从而使系统在满足应用要

求的前提下达到最精简的配置。

●可靠性高。由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及产品质量、人身设各安全、国

家机密等重大事务，加之有些嵌入式系统的宿主对象要工作在无人值守的场合，例如危险

性高的工业环境中、内嵌有嵌入式系统的仪器仪表中、在人际罕至的气象检测系统中以及

为侦察敌方行动的小型智能装置中等。所以与普通系统相比较，对嵌入式系统可靠性的要

求极高。

●功耗低。有很多嵌入式系统的宿主对象都是一些小型应用系统，例如移动电话、PDA、

MP3、飞机、舰船、数码相机等，这些设各不可能配各容量较大的电源，因此低功耗一直

是嵌入式系统最求的目标。当然也是为了降低系统的功耗，嵌入式系统中的软件一般不存

储于磁盘等载体中，而都固化在存储器芯片或单片系统的存储器之中。

1.3 嵌入式系统工程师角色描述

图 1-6 显示的是采用嵌入式Linux 作为操作系统的嵌入式产品，针对这样的产品，其

开发流程如图1-7。

1.3.1 嵌入式应用工程师工作内容与所需知识点

从图1-7 可以知道，嵌入式应用工程师主要从事与产品相关的嵌入式Linux 应用程序

开发，需要具备的技能主要有：

C/C++语言

嵌入式 Linux环境搭建

嵌入式 Linux调试技术

Linux文件编程技术

Linux多线程编程技术

Linux多进程编程技术

Linux进程间通讯技术

Linux网络编程技术

对于从事图形化应用程序的嵌入式工程师来说，还需具备下面两项的一项:

QT编程技术

Android 应用程序开发技术

1.3.2 嵌入式系统工程师工作内容与所需知识点

从图1-7 可以知道，嵌入式系统工程师主要嵌入式系统的移植，驱动程序开发等偏底层的

工作，需要具备的技能主要有：

至少精通一种嵌入式CPU，如ARM

至少精通一种Bootloader，如U-Boot

Linux字符设备驱动程序开发技术

Linux网卡驱动程序开发技能

串口驱动程序开发技术

USB 驱动程序开发技术

LCD 驱动程序开发技术

了解Linux进程管理子系统

了解Linux内存管理子系统

了解Linux内核启动流程