淺析如何學習基于ARM平臺的嵌入式系統

一、嵌入式系統的概念

著重理解“嵌入”的概念

主要從三個方面上來理解。

1、從硬件上，將基于CPU的處圍器件，整合到CPU芯片內部，比如早期基于X86體系結構下的計算機，CPU只是有運算器和累加器的功能，一切芯片要造外部橋路來擴展實現，象串口之類的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片實現，而目前的這種串口控制器芯片早已集成到CPU內部，還有PC機有顯卡，而多數嵌入式處理器都帶有LCD控制器，但其種意義上就相當于顯卡。比較高端的ARM類Intel Xscale架構下的IXP網絡處理器CPU內部集成PCI控制器（可配成支持4個PCI從設備或配成自身為CPI從設備）；還集成3個NPE網絡處理器引擎，其中兩個對應于兩個MAC地址， 可用于網關交換用，而另外一個NPE網絡處理器引擎支持DSL，只要外面再加個PHY芯片即可以實現DSL上網功能。IXP系列最高主頻可以達到 1.8G，支持2G內存，1G×10或10G×1的以太網口或Febre channel的光通道。IXP系列應該是目標基于ARM體系統結構下由 intel進行整合后成Xscale內核的最高的處理器了。

2、從軟件上前，就是在定制操作系統內核里將應用一并選入，編譯后將內核下載到ROM中。而在定制操作系統內核時所選擇的應用程序組 件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內核定制時，會有相應選擇，其中就是wordpad,PDF,MediaPlay等等選擇，如果我們選擇 了，在CE啟動后，就可以在界面中找到這些東西，如果是以前PC上將的windows操作系統，多半的東西都需要我們得新再裝。

3、把軟件內核或應用文件系統等東西燒到嵌入式系統硬件平臺中的ROM中就實現了一個真正的“嵌入”。

以上的定義是我在6、7年前給嵌入式系統下自話側重于理解型的定義，書上的定義也有很多，但在這個領域范圍內，誰都不敢說自己的定義是十分確切的，包括那些專家學者們，歷為畢竟嵌入式系統是計算機范疇下的一門綜合性學科

二、嵌入式系統的分層與專業的分類。

嵌入式系統分為４層，硬件層、驅動層、操作系統層和應用層。

1、硬件層，是整個嵌入式系統的根本，如果現在單片機及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語言來編程的話，從嵌入式系統的硬件層走起來相對容易，硬件層也是驅動層的基礎，一個優秀的驅動工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設計的，同時還要對操作系統內核及其調度性相當的熟悉的。但硬件平臺是基礎，增值還要靠軟件。

硬件層比較適合于，電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類專業的人來搞，需要掌握的專業基礎知識有，單片機原理及接口技術、微機原理及接口技術、C語言。

2、 驅動層，這部分比較難，驅動工程師不僅要能看懂電路圖還要能對操作系統內核十分的精通，以便其所寫的驅動程序在系統調用時，不會獨占操作系統時間片，而導 至其它任務不能動行，不懂操作系統內核架構和實時調度性，沒有良好的驅動編寫風格，按大多數書上所說添加的驅動的方式，很多人都能做到，但可能連個初級的 驅動工程師的水平都達不到，這樣所寫的驅動在應用調用時就如同windows下我們打開一個程序運行后，再打開一個程序時，要不就是中斷以前的程序，要不 就是等上一會才能運行后來打開的程序。想做個好的驅動人員沒有三、四年功底，操作系統內核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統四層中可 是最高的。

驅動層比較適合于電子、通信、自動化、機電一體、信息工程類專業尤其是計算機偏體系結構類專業的人來搞，除硬件層所具備的基礎學科外，還要對數據結構與算法、操作系統原理、編譯原理都要十分精通了解。

3、操作系統層，對于操作系統層目前可能只能說是簡單的移植，而很少有人來自已寫操作系統，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統來，這部分工作大都由驅動工程師來完成。操作系統是負責系統任務的調試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統的實時性十分重要。據說，XP操作系統是微軟投入300人用兩年時間才搞定的，總時工時是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統估計也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對來講沒有太大意義。

4、應用層，相對來講較為容易的，如果會在windows下如何進行編程接口函數調用，到操作系統下只是編譯和開發環 境有相應的變化而已。如果涉及Jave方面的編程也是如此的。嵌入式系統中涉及算法的由專業算法的人來處理的，不必歸結到嵌入式系統范疇內。但如果涉及嵌 入式系統下面嵌入式數據庫、基于嵌入式系統的網絡編程和基于某此應用層面的協議應用開發（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復雜， 并且有難度了。

三、目標與定位

先有目標，再去定位。

學 ARM，從硬件上講，一方面就是學習接口電路設計，另一方面就是學習匯編和C語言的板級編程。如果從軟件上講，就是要學習基于ARM處理器的操作系統層面 的驅動、移植了。這些對于初學都來說必須明確,要么從硬件著手開始學，要么從操作系統的熟悉到應用開始學，但不管學什么，只要不是純的操作系統級以上基于 API的應用層的編程，硬件的寄存器類的東西還是要能看懂的，基于板級的匯編和C編程還是要會的。因此針對于嵌入式系統的硬件層和驅動程的人，ARM的接 口電路設計、ARM的C語言和匯編語言編程及調試開發環境還是需要掌握的。

因此對于初學者必然要把握住方向，自己的目標是什么，自己要在那一層面上走。然后再著手學習較好，與ARM相關的嵌入式系統的較為實際的兩個層面硬件層和驅動層，不管學好了那一層都會很有前途的。

如果想從嵌入式系統的應用層面的走的話，可能與ARM及其它體系相去較遠，要著重研究基嵌入式操作系統的環境應用與相應開發工具鏈，比如WinCe操作系統下的EVC應用開發（與windows下的VC相類似），如果想再有突破就往某些音視頻類的協議上靠，比如VOIP領域的基于SIP或H.323協議的應用層開發，或是基于嵌入式網絡數據庫的開發等等。

對 于初學者來講，要量力而行，不要認為驅動層工資高就把它當成方向了，要結合自身特點，嵌入式系統四個層面上那個層面上來講都是有高人存在，當然高人也對應 的高工資，我是做硬件層的，以前每月工資中個人所得稅要被扣上近3千大元，當然我一方面充當工程師的角色，一方面充當主管及人物的角色，兩個職位我一個人 干，但上班時間就那些。硬件這方面上可能與我PK的人很少了，才讓我拿到那么多的工資。

四、開發系統選擇。

很多ARM初學者都希望有一套自己能用的系統，但他們住住會產生一種錯誤認識就是認為處理器版本越高、性能越高越好，就象很多人認為ARM9與ARM7好， 我想對于初學者在此方面以此入門還應該理智，開發系統的選擇最終要看自己往嵌入式系統的那個方向上走，是做驅動開發還是應用，還是做嵌入式系統硬件層設計 與板級測試。如果想從操作系統層面或應用層面上走，不管是驅動還是應用，那當然處理器性能越高越好了，但這個東西自學，有十分大的困難，不是幾個月或半年 或是一年二年能搞定的事。

在某種意義上請，ARM7與9的差別就是在某些功能指令集上豐富了些，主頻提高一些而已，就比如286和386。對于用戶來講可能覺查不到什么，只能是感覺速度有些快而已。

ARM7比較適合于那些想從硬件層面上走的人，因為ARM7系列處理器內部帶MMU的很少，而且比較好控制，就比如S3C44B0來講，可以很容易將 Cache關了，而且內部接口寄存器很容易看明白，各種接口對于用硬件程序控制或AXD單步命令行指令都可以控制起來，基于51單片機的思想很容易能把他 搞懂，就當成個32位的單片機，從而消除很多51工程師想轉為嵌入式系統硬件ARM開發工程師的困惑，從而不會被業界某此不是真正懂嵌入式爛公司帶到操作 系統層面上去，讓他們望而失畏，讓業界更加缺少這方面的人才。