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。嵌入式系统用在一些特定专用设备上,一般这种设备的硬件资源(如处理器、存储器等)十分有限,而且对成本很敏感,有时对实时响应要求很高等。
非常是随着消费电器的智能化,嵌入式系统更显重要。像我们平时常看到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3Player、数字单反(DC)、数字摄像机(DV)、U-Disk、机顶盒(SetTopBox)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天民航设备等等都是典型的嵌入式系统。
嵌入式系统是软硬结合的东西,搞嵌入式系统开发的人有两类。
一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人,她们主要是搞硬件设计,有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件,如BootLoader、BoardSupportPackage(像PC的BIOS一样,往下驱动硬件,往上支持操作系统),最中级的硬件驱动程序等。她们的优势是对硬件原理十分清楚,不足是她们更擅长定义各类硬件插口,但对复杂软件系统常常力不从心(比如嵌入式系统原理和复杂应用软件等)。
另一类是学软件、计算机专业出身的人,主要从事嵌入式系统和应用软件的开发。假如我们学软件的人对硬件原理和插口有较好的把握,我们完全也可写BSP和硬件驱动程序。嵌入式硬件设计完后,各类功能就全靠软件来实现了,嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式系统软件,这占了嵌入式系统的最主要工作(目前有好多公司将硬件设计包给了专门的硬件公司,稍复杂的硬件都交给日本或美国公司设计,国外的硬件设计力量很弱,好多嵌入式系统公司自己只负责开发软件,由于公司都晓得,嵌入式系统产品的差别很大程度在软件上,在软件方面是最有“花头“可做的),所以我们搞软件的人完全不用害怕我们在嵌入式系统市场上的用武之地,越是智能设备越是复杂系统,软件越起关键作用,但是这是目前的趋势。
从事嵌入式软件开发的用处是:
(1)目前国外外这方面的人都很稀缺。一方面,是由于这一领域入门门槛较高,除了要懂较底层软件(比如操作系统级、驱动程序级软件),对软件专业水平要求较高(嵌入式系统对软件设计的时间和空间效率要求较高),并且必须懂得硬件的工作原理,所以非专业IT人员很难切入这一领域;另一方面,是由于这一领域较新,目前发展太快,好多软硬件技术出现时间不长或正在出现(如ARM处理器、嵌入式系统、MPEG技术、无线通讯合同等),把握这种新技术的人其实很找。嵌入式人才稀缺,身家自然就高,越有经验价钱就越高。似乎嵌入式人才少见,根本诱因可能是大多数人无条件接触,这须要相应的嵌入式系统开发板和软件,另外须要有经验的人进行指导开发流程。
(2)与企业估算等应用软件不同,嵌入式领域人才的工作硬度一般低一些(但收入不低)。搞企业应用软件的IT企业,这个用户的系统搞完了,又得去搞下一个用户的,但是每位用户的需求和完成时间都得按顾客要求改变,常常疲于奔命,重复劳动。相比而言,搞嵌入式系统的公司,都有自己的产品计划,按自己的节奏行事。所开发的产品一般是通用的,不会因顾客的不同而更改。一个产品机型开发完了,常常有较长一段空闲时间(或只是对软件进行一些小修复),有时间进行充电和休整。另外,从事嵌入式系统软件的每位人工作范围相对窄小,所涉及的专业技术范围就是这些(ARM、RTOS、MPEG、802.11等),时间长了这种东西会越搞越有经验,卖卖老本linux嵌入式应用程序开发,几句指导也够让这些初入道者寻思半年的。若搞应用软件,可能下一个顾客要换成一个完全不同的软件开发平台,那就苦了。
(3)哪天倘若创业,搞自已的产品,这么嵌入式系统是一个不错的主意,这可不像应用软件那样容易被偷版。土木大学有一个叫启名星的公司开发出一个貌似叫“工程e”的掌上PDA(南分校旁边有广告)linux嵌入式应用程序开发,施工技术人员用该PDA可当场进行土木概预算和其它土木估算,听说销路特好。我认识的某学院老师,他开发的餐厅用的点菜PDA(WinCE平台,可无线连网和上网),据他说销路不错,餐厅点点PDA让顾客点菜,多显派头档次。我记得00级2+2班当初有一组朋友在学Windows程序设计课程时用VC++设计了一个功能很强的点菜系统做为课程项目,当时真想建议她们将这个软件弄成PDA,恐怕会有些销路(北京动车站南广场的Macdonald便使用很漂亮的PDA给用户点乳品,像摸像样的)。那些PDA的硬件设计通常都是请其它公司给订做(这叫“贴牌”:OEM),都是通用的硬件,我们只管设计软件就弄成自己的产品了。
从事嵌入式系统软件开发的缺点是:
(1)入门起点较高,所用到的技术常常都有一定难度,若软硬件基础不好,非常是操作系统级软件功力不深,则可能不适于此行。
(2)这方面的企业数目要远多于企业估算类企业。非常是从事嵌入式的小企业数目较多(小企业要搞自己的产品创业),著名大公司较少(搞嵌入式的大公司主要有Intel、Motorola、TI、Philip、Samsung、Sony、Futjtum、Bell-Alcatel、意法半导体、Microtek、研华、华为、中兴通讯、上广电等制造类企业)。那些企业的习惯思维方法是到电子、通信等偏硬专业找人。
(3)有少数公司常常要硕士以上的人搞嵌入式,主要是基于嵌入式系统的难度。但大多数公司也并无此要求,只要有经验即可。
朋友若学习嵌入式,其实应侧重于嵌入式软件,非常是嵌入式系统方面。对于搞嵌入式软件的人,最重要的技术似乎是(实际上好多公司的急聘广告上就是这样写的):
(1)把握主流嵌入式微处理器的结构与原理
(2)必须把握一个嵌入式系统
(3)必须熟悉嵌入式系统软件开发流程并起码做过一个嵌入式系统软件项目。
嵌入式软件方面最重要的课程包括:
门课代替了传统的“微机原理与插口”课程(目前国外已有少部份院校IT专业这样做了,由于讲x86微机原理与插口很难找到实际好处,只为教学而已)。我们说过,嵌入式是软硬件结合的技术,搞嵌入式软件的人应对ARM处理器工作原理和插口技术有充分了解,包括ARM的汇编指令系统。若不了解处理器原理,如何能控制硬件工作,如何能写出节约显存又运行高速的最优代码(嵌入式系统软件设计非常讲求时空效率),如何能写出驱动程序(驱动程序都是与硬件打交道的)?好多公司急聘嵌入式软件人员时都要求熟悉ARM处理器,将来若朋友到公司中从事嵌入式软件开发,公司就会给你一本该设备的硬件尺寸说明书(xxxSpecification),您必须能读懂其中的显存分布和端口使用等最基本的说明(如同x86汇编一样),否则如何设计软件。有些朋友认为嵌入式处理器课程较沉闷,这主要是硬件课程都较具象的缘由,等我们的嵌入式实验室10月份建好后,您做了一些实验后才会认为看得见摸得着。还有朋友对ARM汇编不感兴趣,以为嵌入式开发用C语言就足够了。虽然不应仅是将汇编语言当作一个程序设计语言,学汇编主要是为了把握处理器工作原理的。一个不熟悉汇编语言的人,如何能在该处理器写出最优的C语言代码。在嵌入式系统开发的一些关键部份,有时还必须写汇编,如Bootloader等(可能还包括BSP)。非常是在对速率有极高要求的场合(如DSP处理器的高速图象采集和图象解压缩),目前主要还要靠汇编撰程序(我看见过好多公司是这样做的)。当您在一个嵌入式公司工作时,在查看描述原理的指南时,可能好多都是用汇编描述的(我就遇见过),这是由于好多硬件设计人员只会写或则喜欢用汇编描述,此时您就必须读懂汇编程序,否则软硬件人员可能就难以交流。好多嵌入式职位急聘时都要求熟悉汇编。
(2)嵌入式操作系统类课程
不仅WinCE的实时性稍差外,大多数嵌入式系统的实时性都很强,所以也可称为实时操作系统RealTimeOperatingSystem.从事嵌入式的人起码须把握一个嵌入式系统(其实把握两个更好),这在嵌入式的所有技术中是最为关键的了。目前最重要的RTOS主要包括:
第一类、传统的精典RTOS:最主要的便是Vxworks操作系统,以及其Tornado开发平台。Vxworks因出现稍早,实时性很强(听说可在1ms内响应外部风波恳求),但是内核可极微(听说最小可8K),可靠性较高等,所以在北美,Vxworks抢占了嵌入式系统的多半疆山。非常是在通讯设备等实时性要求较高的系统中,几乎非Vxworks莫属。Vxworks的好多概念和技术都和Linux很类似,主要是C语言开发。像Bell-alcatel、Lucent、华为等通讯企业在开发产品时,Vxworks用得好多。但Vxworks因价钱很高,所以一些小公司或流产品中常常用不起。目前好多公司都在往嵌入式Linux转(华为、中兴以及UT目前正在这样转)。但无论怎样,Vxworks在一段长时间内仍是不可动摇的。与Vxworks类似的稍有名的实时操作系统还有pSOS、QNX、Nucleus等RTOS。
第二类、Linux嵌入式系统:Linux的前途除作为服务器操作系统外,最成功的便是在嵌入式领域的应用,缘由其实是免费、开源、支持软件多、呼拥者众,这样嵌入式产品成本会低。Linux本身不是一个为嵌入式设计的操作系统,不是微内核的,但是实时性不强。目前应用在嵌入式领域的Linux系统主要有两类:一类是专为嵌入式设计的已被裁减过的Linux系统,最常用的是uClinux(不带MMU功能),目前占较大应用份额,可在ARM7上跑;另一类是跑在ARM9上的,通常是将Linux2.4.18内核移植在其上,可使用更多的Linux功能(其实uClinux更可跑在ARM9上)。好多人预测,嵌入式Linux预计将占嵌入式操作系统的50%以上份额,特别重要。缺点是熟悉Linux的人太少,开发难度稍大。另外,目前我们能发觉好多教材和好多学院都以ucOS/II为教学用实时操作系统,这主要是因为ucOS/II较简单,且开源,特别适宜入门者学习实时操作系统原理,但因为ucOS/II功能有限,实用用得较少linux ftp,所以我院不将其作为教学重点,要学习就应学直接实用的,例如uClinux就很实用。毕竟熟悉了Linux开发,除了在嵌入式领域有用,对开发Linux应用软件,对加深操作系统的认识也有帮助,堪称一举多得。据我所知,目前Intel、Philip都在大搞ARM+LINUX的嵌入式开发,Fujitum则是在自己的处理器上大搞Linux开发。目前在嵌入式Linux领域,以下几个方面的人非常难找,一是能将Linux移植到某个新机型的开发版上;二是能写Linux驱动程序的人;三是熟悉Linux内核裁减和优化的人。
图源网路
第三类、WindowsCE嵌入式系统:Microsoft也看准了嵌入式的巨大市场,MS永远是最厉害的,WinCE下来只有几年时间,但目前已抢占了很大市场份额,非常是在PDA、手机、显示仪表等界面要求较高或则要求快速开发的场合,WinCE目前已很流行(听说有一家卖工控机的公司板子卖得太好,因而来不及为顾客裁减WinCE)。WinCE目前主要为4.2版(.NET),开发平台主要为WinCEPlatformBuilder,有时也用EVC环境开发一些较下层的应用,对于急于完成,不想拿嵌入式Linux冒险的开发场合,WinCE是最合适了(找嵌入式Linux的人可没这么好找的),虽然公司不能像中学生学习那样试试看,保证开发成功更重要。按照不同的优缺,WinCE还有两个特殊版本,一个是MSPocketPC操作系统专用于PDA上(掌上笔记本),另一个是MSSmartPhone操作系统用于智能手机上(带PDA功能的手机),二者也都属于WinCE平台。在PDA和手机市场上,除WinCE外,知名的PDA嵌入式操作系统还有PalmOS(因出现很早,很有名)、Symbian等,但在WinCE的强劲冲击下,Palm和Symbian来日能够有多长?
总结关于嵌入式系统类课程,若您认为自己功力较深且能钻研下去,则可去学嵌入式Linux;若您认为自己VC++功力较好且想短平快地学嵌入式开发,WinCE是最好的选择。
(3)嵌入式系统开发的其它相关软件课程
搞嵌入式若能熟悉嵌入式应用的一些主要领域,这样的人更受企业欢迎。主要的相关领域包括:
A、数字图象压缩技术:这是嵌入式最重要最热门的应用领域之一,主要是应把握MPEG编解码算法和技术,如DVD、MP3、PDA、高精电视、机顶盒等都涉及MPEG高速解码问题。
B、通信合同及编程技术:这包括传统的TCP/IP合同和热门的无线通讯合同。首先,大多数嵌入式设备都要连入局域网或Internet,所以首先应把握TCP/IP合同及其编程,这是需首要把握的基本技术;其次,无线通讯是目前的大趋势,所以把握无线通讯合同及编程也是是很重要的。无结通讯合同包括无线局域网通讯合同802.11系列,Bluetooth,以及联通通讯(如GPRS、GSM、CDMA等)。
C、网络与信息安全技术:如加密技术,数字证书CA等。我院有这方面的必修课。
D、DSP技术:DSP是DigitalSignal
Process数字讯号处理的意思,DSP处理器通过硬件实现数字讯号处理算法,如高速数据采集、压缩、解压缩、通信等。数字讯号处理是电子、通信等硬件专业的课程,对于搞软件的人若能了解一下最好。目前DSP人才较缺。假如有讯号与系统、数字讯号处理等课程基础,对于学习MPEG编解码原理会有很大帮助。
(4)嵌入式系统开发的相关硬件基础
对于软件工程专业的中学生,从事嵌入式系统软件开发,像数字电路、计算机组成原理、嵌入式微处理器结构等硬件课程是较重要的。另外,汇编语言、C/C++、数据结构和算法、特别是操作系统等软件基础课也是非常重要的。主要目地是能读懂硬件工作原理,但重点应是在嵌入式软件,非常操作系统级软件。
研究生里有些是学电子、通信类专业过来的,有较好的模拟电路和单片机基础,学嵌入式十分合适。嵌入式本身就是从单片机发展过来的,只是单片机不带OS,而如今好多嵌入式应用越来越复杂,因而不得不引入嵌入式操作系统。另外,为追求更高速的讯号处理速率,如今在一些速率要求较高的场合,有不少公司是将一些DSP算法,如MPEG压缩解压缩算法等用硬件来实现,这就涉及到HDL数字电路设计技术及其FPGA/IP核实现技术,这方面的人目前市场上也很缺。
正题
另外,能写驱动程序的人目前是十分短缺的(驱动程序也可归于嵌入式系统范畴),包括桌面Windows中的DDK开发环境和WDM驱动程序。公司每时每刻都要推出新产品,每一个新产品下来了,要能被操作系统所使用,是必须写驱动程序的。写驱动程序就必须把握操作系统(如Windows或Linux)的内部工作原理,还涉及到少量硬件知识,难度较大,所以这方面的人很难找。想成为大神的朋友,也可从驱动程序方面获得突破。
我可说一下自己的经历,五年前我曾短暂地在一家公司写过WinCE驱动程序(正是由于晓得这方面的人短缺,所以才要做这方面的事),虽然那曾经未曾做过驱动程序,应聘那种职位时正是看准了公司是很难急聘到这方面的人,既然都找不到人,驱动还得有人做,这正是可能有机会切入这一领域的大好机会。笔试时大讲自己写过多少万行汇编程序,对计算机工作原理怎样清楚,简历中又写着我曾阅读完两本关于WindowsDriverModel的两本中文原版书,写过几个大型的驱动程序练习程序(虽然根本没写过,我们的朋友将来千万不要像我这样,早练就些过硬工夫,就不至于沦落到我这等地步,就不用像我那样去“欺骗”公司了,我这是一个典型的背面教材),竟然一切都PASS(其实最重要的是面试和笔试问题还说得过去),这只能说明这一领域找人的困难程度。公司本就未指望找到搞过驱动的人,找个有相关基础的人即使不错了。做了之后,发觉也并不是如何难的。虽然搞驱动程序的工作是很舒服的,搞完一个版本都会空一段时间,只有等公司新的芯片推出或新的OS出现后,才须要再去开发新一版驱动,那时有将近一个月时间空闲着在等WinCE.NETBeta版推出,打算将驱动程序升级到CE.NET上,现今在软件大学工作整日忙,无限追忆那段慵懒岁月。
很巧合,近来本人无意中再度感受到了嵌入式系统的诱人之处。上周我那用了3年的手机总算不能WORK了。这次更新linux系统下载,除要求有手机常见功能外,最好有MP3功能(现今好多德语听力都有MP3文件),最好有汉英辞典,最好能够读WORD文档。最后选了个满足以上条件的最实惠的手机DOPOD515(斩了我2.2K,但想想这也算自己对嵌入式事业的支持,这样便也想开了),算得上最低档的智能手机了。回去一查,手机的about显示,本手机Processor是ARM,其OS是MSSmartphone(即WinCE.NET4.2),那么巧合,简直可做为学习嵌入式系统课程的产品案例了(等我们的WinCE课程开得有声有色后,希望能从谷歌研究院搞些Smartphone来开发开发)。有OS的手机果然了得,金山词霸、WORD、EXCEL、REGEDIT等竟然都有smartphone版的,PC上的MP3、DOC等竟然在download时都可被手动转换成smartphone格式,真是爽。完全可用WindowsCE自己开发一些须要的程序download到自己的手机上。现今市面销售PDA智能手机火热,MS总是财源滚滚。但我已发觉国产的ARM+LINUX手机出现在市面上,价钱只1.2K。
要么走ARM+WinCE,要么走ARM+LINUX,要么走ARM+VXWORKS。每位搞嵌入式系统的人都可选一条路,条条山路通罗马。