大家好，我是張巧龍，今天分享一篇關(guān)于如何學(xué)習(xí)好嵌入式的文章。
身邊朋友問我如何學(xué)習(xí)嵌入式，在這個行業(yè)健康的發(fā)展。我一直未能做一個系統(tǒng)的回答。這里我想寫篇文章，徹底的回答這個問題。為了應(yīng)用高度定制軟件和硬件的計算機系統(tǒng)，滿足一系列的特定應(yīng)用需求。國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）對嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置”。從我個人的理解，到普遍的定義，再到IEEE的權(quán)威。可以看到，嵌入式系統(tǒng)首先是計算機系統(tǒng)。我們不能忽略這個問題。既然是計算機系統(tǒng)，那么學(xué)習(xí)嵌入式，計算機的基本理論知識我們要不要學(xué)習(xí)呢？比如說，編譯原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、離散數(shù)學(xué)、計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。個人認為，沒學(xué)走，就學(xué)跑是非常要不得的。很多人意識不到這點。加之國內(nèi)很多學(xué)校沒有培養(yǎng)嵌入式的專業(yè)，沒有相應(yīng)的人才輸出。很多學(xué)習(xí)嵌入式的人都是從電子類的專業(yè)，自動控制類的專業(yè)等等轉(zhuǎn)過來的。這個轉(zhuǎn)型也意味著理論上的巨大缺憾。如果要問，排序算法有幾種，恐怕只知道冒泡和希爾，不知道堆排序，快速排序，基數(shù)鏈?zhǔn)脚判蜻@些算法，更不知道還有內(nèi)部排序和外部排序之分。查找算法只知道個基本的2分查找。對于樹的查找算法一無所知。也許很多從業(yè)的程序員，不乏專業(yè)水平相當(dāng)優(yōu)秀的，認為這些并不重要。我只能說，你命好，做這種具體的工程大于理論的東西。實際上，如果從一個嵌入式的程序員成長為系統(tǒng)設(shè)計者，或者更高的技術(shù)職位，要從更深的層次看問題。理論起到了非常大的支撐作用。
比如說，設(shè)計一個普通的微波爐控制系統(tǒng)。說實話，這個代碼應(yīng)該是非常簡單的。但是，作為精細的設(shè)計者，不僅僅要考慮需求是否完成。還用從整個程序的空間雜度、時間雜度上去分析，并降低整個代碼的復(fù)雜度。從而進一步降低軟件結(jié)構(gòu)、算法實現(xiàn)對處理器的要求，達到對成本的節(jié)約。一般來說，成本不光光是BOM成本，還包括人力成本，運營成本，開發(fā)成本，維護成本等等。任何軟件系統(tǒng)都要測試，然而一份代碼要怎么才能比較好測試呢？這個問題并不好回答。我這里先賣個關(guān)子，回頭我在另外一篇文章里詳述。尤其是嵌入式代碼，測試方法雖然沿用了PC機的一些做法，但是仍然有許多工程限制。做起來難度頗高。馬克思說過，一切的節(jié)約可歸結(jié)為時間的節(jié)約。代碼結(jié)構(gòu)簡單，空間雜度小。那么也意味著更小的工程量，更短的測試時間，更穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。如果是個理論性稍微強點的產(chǎn)品，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)。地圖的路徑搜索算法。定位位置的搜索，以及地圖的分類加載優(yōu)化等等，都不是太容易就能做好的。更需要堅實的理論基礎(chǔ)。許多剛出學(xué)校的大學(xué)生朋友們，沒出校門就把相關(guān)的知識還給老師了。其實，我經(jīng)常問公司新來的同事，設(shè)計算法的思路是什么？這個是從計算機的角度去考慮一個問題的解決辦法。很多新人是計算機畢業(yè)的都無法完整的回答我的問題，失望之余，更想說的是：經(jīng)驗很重要！但是比經(jīng)驗更重要的是知識，比知識更重要的是方法。在理論的指導(dǎo)下去積累經(jīng)驗。減少從經(jīng)驗下獲取知識，減少體驗式學(xué)習(xí)這種狀態(tài)，養(yǎng)成系統(tǒng)的認識分析問題的方法，理論聯(lián)系實踐的方法，實踐檢驗真理的方法，經(jīng)驗必須能被理論解釋的方法。
所以，第一點建議，就是希望從事嵌入式的朋友能把計算機基礎(chǔ)課程全部系統(tǒng)的學(xué)習(xí)一遍。什么計算機系統(tǒng)不是“高度定制的軟硬件計算機系統(tǒng)”呢？PC機。不嚴謹?shù)恼f是這樣。嵌入式在工程上有非常多的特點，相對于PC系統(tǒng)說，如果把PC系統(tǒng)看成一個完全的標(biāo)準(zhǔn)的“大嵌入式系統(tǒng)”，我們用大鵬鳥來形容它。那么，像“蜂鳥”這樣的最小的小鳥，像“麻雀”這樣的常見系統(tǒng)。也就不難理解了。從技術(shù)上講，PC系統(tǒng)的知識量，難度都要比一般的嵌入式高出N個數(shù)量級。但由于PC系統(tǒng)在計算機歷史上發(fā)展得比較早。因而，其智力投入、完善性、應(yīng)用的廣泛性重要性是別的系統(tǒng)平臺無法比擬的。然而，正因為發(fā)展了這么久，其平臺的封裝性穩(wěn)定性是非常高的。操作系統(tǒng)級，支撐軟件級，應(yīng)用軟件級。特別是應(yīng)用軟件級，一些與平臺無關(guān)的軟件，基本上很少涉及操作系統(tǒng)的知識，以及一些內(nèi)部的原理。如瀏覽器里的Javascript開發(fā)，基本上不涉及操作系統(tǒng)的知識，只是受不同的瀏覽器的影響；又如Java，只涉及較少的系統(tǒng)平臺的知識；就算是C/C++語言，開發(fā)應(yīng)用程序，也就是一套API的應(yīng)用。涉及的操作系統(tǒng)的東西也只是冰山一角。由此可見，PC平臺的優(yōu)良封裝，極大的簡化了問題的復(fù)雜度，使開發(fā)者和應(yīng)用者能把主要精力放在自己的業(yè)務(wù)上，提高開發(fā)效率。嵌入式領(lǐng)域就沒有這么幸運了。其為應(yīng)用的高度定制，造成了以效率，應(yīng)用為優(yōu)先的特點。封裝層次太多必然對效率有所傷害。同時規(guī)模變大，測試變得復(fù)雜。開發(fā)周期變長。所以嵌入式的層次結(jié)構(gòu)相對于PC系統(tǒng)，邊界沒那么清晰，封裝考慮的問題沒有那么全面。完成同樣的一個工作，需要了解的內(nèi)容更多，才能做得更好。如果一定要拿嵌入式和PC系統(tǒng)比，個人覺得，PC系統(tǒng)的開發(fā)有時候比嵌入式系統(tǒng)還要難。由于封裝的比較完善，PC開發(fā)的門檻比較低，但是做好，做精通，做全面，比嵌入式難多了。嵌入式因為一開始就要了解相當(dāng)規(guī)模的東西，所以入門的門檻變得比較高。縱觀這些東西，其實PC系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)很大一部分都是重疊的。所以。第二點，我推薦大家讀(俞甲子 / 石凡 / 潘愛民)寫得《程序員的自我修養(yǎng)》。首先，嵌入式只是比PC開發(fā)要多了解些東西，本質(zhì)上來講并無區(qū)別，這些知識當(dāng)中有一半是與具體工程相關(guān)的東西。也就是說，照著流程做，并無太多的為什么，如果硬要問為什么，其實也就是一些工程上的需求。一些嵌入式應(yīng)用之間可能略有一些區(qū)別，可能有些區(qū)別還很大，但大致的流程還是相似的。有個比較好的PC開發(fā)功底，了解了這些流程，開發(fā)嵌入式應(yīng)該是沒什么特別的障礙的。其次，《程序員的自我修養(yǎng)》這本書是針對PC平臺的，書中的許多東西是PC平臺特有的，比如說動態(tài)加載等。但理解動態(tài)加載也會對Bootloader加載應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)有一個直觀的比較。由于并不是針對嵌入式平臺的(我沒發(fā)現(xiàn)有專門講嵌入式的書)，所以，很多東西需要自己在嵌入式中去體會。另外書中對一些嵌入式中比較在意的問題描述的并不夠詳細，比如說鏈接腳本還有ABI。PC平臺這些問題被很好的封裝起來了。所以，有些問題在嵌入式領(lǐng)域，還需要進一步深挖。這本書作為嵌入式入門的理解是非常合適的。
嵌入式在工程領(lǐng)域最大的問題是軟硬件同時成熟，出了問題容易踢皮球。這里就很容想到調(diào)試。嵌入式的問題定位較為復(fù)雜，尤其是牽涉到軟硬件的復(fù)雜問題。首先嵌入式的調(diào)試手段較為單一。相對于PC平臺，穩(wěn)定性和可靠性都要打折扣。這里不僅包括調(diào)試平臺的問題，也包括一些調(diào)試手段對代碼的影響，諸如改變代碼的運行時間，改變了代碼的動態(tài)行為(頻度，觸發(fā)時差等)。做嵌入式對系統(tǒng)更加要有個全面的認識。這里包括從設(shè)計方法思路，設(shè)計目標(biāo)要求，硬件的詳細設(shè)計和軟件的詳細設(shè)計。了解的越深刻對問題的定位越有幫助。這里就涉及到一個最大的問題，也就是剛出校門很多學(xué)生對自己的憧憬：要軟件硬件都通。這個目標(biāo)向大家坦白，我也憧憬過。當(dāng)我現(xiàn)在招聘學(xué)生的時候，甚至有些工作經(jīng)驗的人都說出這個目標(biāo)。這個目標(biāo)不是錯，只是計算機軟件和硬件這兩大塊都是非常廣袤的領(lǐng)域，說通，目標(biāo)的確有點點高了。如果你的專業(yè)是電子類的，可以把精力主要的放在硬件上，軟件只作為兼顧，學(xué)習(xí)一些C語言的基本知識，寫一些小型代碼，不宜把目標(biāo)放在全職編程上。如果是計算機專業(yè)的，我建議把主要精力放在軟件上，學(xué)會看懂原理圖，了解一些電路的大致功能就可以了。兩方面往深里面去都是無底洞。全通的話，的確要些大本事的。這里只是我的建議。理由也很簡單，人都是經(jīng)營自己的長處，規(guī)避自己的短處。曾經(jīng)有一個朋友問我嵌入式問題，想成為軟硬都通的人。想給自己的職業(yè)規(guī)劃一下，我大致的問他幾個軟件問題，比如說，算法的設(shè)計思路，排序算法的種類，搜索算法的種類，操作系統(tǒng)的本質(zhì)，互斥多線程等等基本問題，回答毫無頭緒。然而問起電路的知識，KCL，KVL，競爭冒險，運放的分析方法，信號與系統(tǒng)的基本知識，對答如流。這種人去主攻軟件，是資源的極大的浪費。等你軟件入門了，硬件方面的設(shè)計知識也忘得差不多了。然后面臨事業(yè)更上一層樓的壓力，軟件需要學(xué)習(xí)的東西比較多，基礎(chǔ)理論差，學(xué)什么都吃力。硬件方面缺乏調(diào)試和經(jīng)驗/的積累，也很難有所作為。若干年后只能做配角，精力的下降，事業(yè)上的失意，只能讓自己淪為屌絲。這里又提到項目經(jīng)理，技術(shù)總監(jiān)這樣的技術(shù)管理職位，不是說你技術(shù)好就可以做這個職位了。首先各個公司這兩種職位都是有所區(qū)別的，但一般來講都是偏向管理的。既然是管理，不能用別人管你的時候，你得到的體驗再去管別人，要學(xué)習(xí)管理理論。諸如PMBOK，CMMI，好好看看行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀的工程實踐，好好看看項目目標(biāo)如何對齊。這些理論知識都是指導(dǎo)我們實踐的最有效的手段。不要寄希望自己是牛人中的牛人，可以發(fā)明新的理論。請大家看看歷史，每個行業(yè)都有個開山鼻祖，那時候水平還比較低，然后發(fā)展一段時間后有一個將這個行業(yè)壯大的牛人。這個并不僅僅是因為那個牛人牛，也有因為這個行業(yè)積累到一定的時間，可以出這樣的一個牛人將這個行業(yè)進一步壯大。這是事物發(fā)展的客觀規(guī)律，我們必須要尊重。但在中國，技術(shù)人是一類特殊的人群，他們因為技術(shù)而傲，對于不懂技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)，私下缺乏應(yīng)有的尊重和誠服。容易造成政令不通。項目經(jīng)理，總監(jiān)更應(yīng)有好的技術(shù)，以便得到下屬最大的認同。
所以這第三點，要綜合自己的專業(yè)情況，知識背景，合理的選擇自己的職業(yè)目標(biāo)。在嵌入式領(lǐng)域找到自己的發(fā)展空間。
學(xué)習(xí)嵌入式的方法多種多樣。但最好的辦法，還是求助于計算機，計算機是自己的第一老師，人都是第二位的。不要指望通過牛人，你就可以變成牛人。學(xué)習(xí)知識，實際上是自己對知識建立理解的過程，不要第一時間去聽大牛的講解。首先要有自己的理解，即使是錯的，我認錯。再通過大牛的講解進一步的學(xué)習(xí)，糾正調(diào)整自己，可以事半功倍。如果沒有自己的思考，自己也只是個鸚鵡學(xué)舌的人，缺乏創(chuàng)造力和獨立面對問題的能力。久而久之是非常可怕的。不要想通過幾個月培訓(xùn)機構(gòu)的學(xué)習(xí)，就能像屌絲吃了全能丸，拿到高薪。如果真是這樣，這世界里有時間有錢的人多了，他們?yōu)槭裁床荒芡ㄟ^這種辦法變得更有能力，拿到更高的收入？高薪背后意味著很多內(nèi)涵和外延，這些內(nèi)涵和外延不僅僅包括點點知識和技術(shù)，還有做事的態(tài)度方法，面對問題的堅韌……太多了。一句話，在自己想把自己變得更強，首先尋求的是能力的全方面的提升，不光光是點點技術(shù)。所以，面對這種問題一定要踏實。你要求的薪水高，公司對你的期望也高；每個公司都有特殊的東西，那不是一兩天就能學(xué)會的，也不是技術(shù)能替代的。自己把調(diào)子提得那么高，要么慘淡收場，要么勉強完成任務(wù)；要么驚艷四座。自己看著辦。想反，薪水提得不高不低，給自己一點點時間，企業(yè)對你的期望低，能做出點成績，反倒容易讓別人刮目相看，利于自己的長期發(fā)展。這里還是有許多學(xué)問的。自己的人生，一定要謹慎經(jīng)營。
學(xué)習(xí)嵌入式一定要勤奮，編程是一種體力+腦力的活。熟能生巧，這是常識。十萬行的編程量是基礎(chǔ)。再寫一些計算機圖形學(xué)方面的算法，以應(yīng)用軟件為目標(biāo)，把自己的編程量撐到十萬行。
這樣的強度能保證自己對所用的語言有一個非常的熟練程度，也能對計算機的算法設(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有個深刻的認識，同時對操作系統(tǒng)的API也能略微熟悉。若能堅持這種訓(xùn)練到達三十萬行。那么就會更加的優(yōu)秀。可為進一步的行業(yè)發(fā)展，打下堅實的基礎(chǔ)。
蘇聯(lián)的三進制電腦，為什么被二進制干掉了？
我是張巧龍，一名教電子的大學(xué)老師，歡迎關(guān)注！
