不可不知的嵌入式工程師經(jīng)驗

本文將從技術(shù)和就業(yè)經(jīng)驗等角度為即將進(jìn)入嵌入式開(kāi)發(fā)的工程師們，詳細講述了嵌入式的概念，嵌入式開(kāi)發(fā)之間的異同以及應該如何做出選擇。以下都是前輩的一些經(jīng)驗之談，希望對大家有所幫助。

第一.工程師眼中的“嵌入式系統”

在工程師看來(lái)：著(zhù)重理解“嵌入”的概念，主要從三個(gè)方面上來(lái)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 要靠外部橋路來(lái)擴展實(shí)現，象串口之類(lèi)的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片實(shí)現。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(lèi)Intel Xscale架構下的IXP網(wǎng)絡(luò )處理器CPU內部集成PCI控制器(可配成支持4個(gè)PCI從設備或配成自身為CPI從設備);還集成3個(gè)NPE網(wǎng)絡(luò )處理器 引擎，其中兩個(gè)對應于兩個(gè)MAC地址， 可用于網(wǎng)關(guān)交換用，而另外一個(gè)NPE網(wǎng)絡(luò )處理器引擎支持DSL，只要外面再加個(gè)PHY芯片即可以實(shí)現DSL上網(wǎng)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(wǎng)口或Febre channel的光通道。IXP系列應該是目標基于A(yíng)RM體系統結構下由 intel進(jìn)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(shí)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(shí)，會(huì )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(dòng)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(shí)現了一個(gè)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(huà)側重于理解型的定義，書(shū)上的定義也有很多，但在這個(gè)領(lǐng)域范圍內，誰(shuí)都不敢說(shuō)自己的定義是十分確切的，包括那些專(zhuān)家學(xué)者們，因為畢竟嵌入式系統是計算機范疇下的一門(mén)綜合性學(xué)科。

二.嵌入式系統的分層及對口專(zhuān)業(yè)要求

嵌入式系統分為4層，硬件層、驅動(dòng)層、操作系統層和應用層。

1.硬件層：是整個(gè)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(yǔ)言來(lái)編程的話(huà)，從嵌入式系統的硬件層走起來(lái)相對容易，硬件 層也是驅動(dòng)層的基礎，一個(gè)優(yōu)秀的驅動(dòng)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(shí)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(dòng)化、機電一體、信息工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的人來(lái)搞。需要掌握的專(zhuān)業(yè)基礎知識，有：?jiǎn)纹瑱C原理及接口技術(shù)、微機原理及接口技術(shù)、C語(yǔ)言等。

2.驅動(dòng)層：這部分相對而言比較難。驅動(dòng)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(xiě)的驅動(dòng)程序在系統調用時(shí)，不會(huì )獨占操 作系統時(shí)間片，而導至其它任務(wù)不能動(dòng)行。若不懂操作系統內核架構和實(shí)時(shí)調度性、沒(méi)有良好的驅動(dòng)編寫(xiě)風(fēng)格、按大多數書(shū)上所說(shuō)添加的驅動(dòng)的方式，這樣可能連個(gè) 初級的驅動(dòng)工程師的水平都達不到，這樣所寫(xiě)的驅動(dòng)在應用調用時(shí)就如同windows下我們打開(kāi)一個(gè)程序運行后，再打開(kāi)一個(gè)程序時(shí)，要不就是中斷以前的程 序，要不就是等上一會(huì )才能運行后來(lái)打開(kāi)的程序。想做個(gè)好的驅動(dòng)人員沒(méi)有三、四年功底，操作系統內核不研究上幾遍，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(dòng)層比較適合于電子、通信、自動(dòng)化、機電一體、信息工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)尤其是計算機偏體系結構類(lèi)專(zhuān)業(yè)的人來(lái)搞。當然除硬件層所具備的基礎學(xué)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。

3.操作系統層：對于操作系統層而言目前可能只能說(shuō)是簡(jiǎn)單的移植，而很少有人來(lái)自已寫(xiě)操作系統，或者寫(xiě)出缺胳膊少腿的操作系統來(lái)，這部分工作大都由驅 動(dòng)工程師來(lái)完成。操作系統是負責系統任務(wù)的調試、磁盤(pán)和文件的管理，而嵌入式系統的實(shí)時(shí)性十分重要。據說(shuō)，XP操作系統是微軟投入300人用兩年時(shí)間才搞 定的，總時(shí)工時(shí)是600人/年;中科院軟件所自己的女?huà)zHopen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(lái)講沒(méi)有太大意義。

4.應用層：相對來(lái)講較為容易。如果會(huì )在windows下如何進(jìn)行編程接口函數調用，到操作系統下只是編譯和開(kāi)發(fā)環(huán)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(zhuān)業(yè)算法的人來(lái)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(wǎng)絡(luò )編程和基于某此應用層面的協(xié)議應用開(kāi)發(fā)(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(xué)ARM，從硬件上講，一方面就是學(xué)習接口電路設計，另一方面就是學(xué)習匯編和C語(yǔ)言的板級編程。如果從軟件上講，就是要學(xué)習基于A(yíng)RM處理器的操作系 統層面的驅動(dòng)和移植了。這些對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)必須明確，要么從硬件著(zhù)手開(kāi)始學(xué)，要么從操作系統的熟悉到應用開(kāi)始學(xué)，但不管學(xué)什么，只要不是純的操作系統級以 上基于A(yíng)PI的應用層的編程，硬件的寄存器類(lèi)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(huì )的。因此針對于嵌入式系統的硬件層和驅動(dòng)層的人來(lái) 說(shuō)，ARM的接口電路設計、ARM的C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程及調試開(kāi)發(fā)環(huán)境還是需要掌握的。

對于初學(xué)者必然要把握住方向，自己的目標是什么，自己要在哪一層面上走。然后再著(zhù)手學(xué)習才比較好，與ARM相關(guān)的嵌入式系統的較為實(shí)際的兩個(gè)層面硬件層和驅動(dòng)層，不管學(xué)好了那一層都會(huì )很有前途的。

如果想從嵌入式系統的應用層面的走的話(huà)，可能與ARM及其它體系相去較遠，要著(zhù)重研究基嵌入式操作系統的環(huán)境應用與相應開(kāi)發(fā)工具鏈，比如WinCe操 作系統下的EVC應用開(kāi)發(fā) (與windows下的VC相類(lèi)似)，如果想再有突破就往某些音視頻類(lèi)的協(xié)議上靠，比如VOIP領(lǐng)域的基于SIP或H.323協(xié)議的應用層開(kāi)發(fā)，或是基于 嵌入式網(wǎng)絡(luò )數據庫的開(kāi)發(fā)等等。

對于初學(xué)者來(lái)講，要量力而行，不要認為驅動(dòng)層工資高就把它當成方向了，要結合自身特點(diǎn)，嵌入式系統四個(gè)層面上無(wú)論哪個(gè)層面上來(lái)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(gè)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，一方面充當主管人物的角色，兩個(gè)職位我一 個(gè)人干，但上班時(shí)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.如何選擇合適的開(kāi)發(fā)系統

很多ARM初學(xué)者都希望有一套自己能用的系統，但他們住住會(huì )產(chǎn)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(xué)者在此方面以此入門(mén)還應該理智，開(kāi)發(fā)系統的選擇最終要看自己往嵌入式系統的那個(gè)方向上走，是做驅動(dòng)開(kāi)發(fā)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(dòng)還是應用，那當然處理器性能越高越好了，但這個(gè)東西自學(xué)，有十分大的困難，不是幾個(gè)月或半年 或是一年二年能搞定的事。

在某種意義上請，ARM7與ARM9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(hù)來(lái)講可能覺(jué)查不到什么，只能是感覺(jué)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(lái)講，可以很容易將 Cache關(guān)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(lái)?；?1單片機的思想很容易能把他 搞懂，就當成個(gè)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(kāi)發(fā)工程師的困惑，從而不會(huì )被業(yè)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(yè)界更加缺少這方面的人才。

而嵌入式系統不管硬件設計還是軟件驅動(dòng)方面都是十分注重接口這部分的，選擇平臺還要考察一個(gè)處理器的外部資源，你接觸外部資源越多，越熟悉他們那你以 后就業(yè)成功的機率就越高，這就是招聘時(shí)所說(shuō)的有無(wú)“相關(guān)技能”，因為一個(gè)人不可能在短短幾年內把所有的處理器都接觸一遍，而招聘單位所用的處理器就可能是 我們完全沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的，就拿臺灣數十家小公司(市價(jià)幾千萬(wàn))的公司生產(chǎn)的ARM類(lèi)處理器，也很好用，但這些東西通用性太差，用這些處理器的公司就只能招有相 關(guān)工作經(jīng)驗的人了，那什么是相關(guān)工作經(jīng)驗，在硬件上講的是外圍接口設計，在軟件上講是操作系統方面相關(guān)接口驅動(dòng)及應用開(kāi)發(fā)經(jīng)驗。我從業(yè)近十年，2000年 ARM出現，我一開(kāi)始做ARM7，然后直接跑到了Xscale(這個(gè)板本在A(yíng)RM10-11之間)，一做就是五年，招人面試都不下數百人，在這些方面還是 深有體會(huì )的。

我個(gè)人認為三星的S3C44b0對初學(xué)者來(lái)說(shuō)比較合適，為什么這么說(shuō)哪?因為接口資源比較豐富，技術(shù)成熟，資料較多，應該十分適合于初學(xué)者。有問(wèn)題可 能很容易找人幫且解決，因為大多數人都很熟悉，就如同51類(lèi)的單片機，有N多位專(zhuān)家級的人物可以給你幫忙，相關(guān)問(wèn)題得以很快解答，所然業(yè)界認為這款ARM 都用得爛了，但對于初學(xué)者來(lái)，就卻是件好事。

總的來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)系統的選擇，要看自己的未來(lái)從來(lái)目標方向、要看開(kāi)發(fā)板接口資源、還要看業(yè)界的通用性。

五.如何看待培訓

首先說(shuō)說(shuō)我自己，我目前從業(yè)近十年，與國內嵌入式系統行業(yè)共同起步，一直站在嵌入式系統行業(yè)前沿：設計過(guò)多款高端嵌入式系統平臺產(chǎn)品并為眾多公司提供 過(guò)解決方案;離職前為從事VOIP的美資公司設計IP-PBX;歷任項目經(jīng)理、項目主管、技術(shù)總監、部門(mén)經(jīng)理;積累眾多人脈，并集多年經(jīng)驗所得;考慮到學(xué) 生就業(yè)與公司招人的不相匹配，公司想招人招不到，而學(xué)生和剛畢業(yè)的工程師想找份工作也不太容易，于此力創(chuàng )知天行科技有限公司，開(kāi)展嵌入式系統教育培訓。

因一線(xiàn)的科研人員和一線(xiàn)的教師不相接觸，導致國內嵌入式人才缺乏。國外高校的技術(shù)超前于業(yè)界公司，而國內情況是業(yè)界公司方面的嵌入式系統技術(shù)要遠遠領(lǐng) 先于高校。為架構業(yè)界與高校溝通的橋梁，把先進(jìn)技能帶給高校學(xué)子，為學(xué)生在就業(yè)競爭中打造一張王牌，并為業(yè)界工程師快速提升實(shí)現自我創(chuàng )造機遇，我就這樣辭 去了外企年薪20多萬(wàn)的職位，做嵌入式系統方面的培訓了。

對于培訓來(lái)講，是花錢(qián)來(lái)買(mǎi)時(shí)間，很多工程師都喜歡自己學(xué)，認為培訓不值，這也是有可能的。純?yōu)橘嶅X(qián)的培訓當然不會(huì )太有價(jià)值，但對于實(shí)力型的培訓他們可 能就虧大了。有這樣一筆帳不知他們算過(guò)沒(méi)有，如果一個(gè)一周的培訓，能帶給他們自學(xué)兩年后才能掌握的知識，在培訓完后他們用三個(gè)月到半年時(shí)間消化培訓內容， 這樣他會(huì )省約至少一年半的時(shí)間來(lái)學(xué)其它的或重新站在另一個(gè)高度上工作，那么他將最遲一年后會(huì )拿到他兩年后水平所對應的工資，就是在工資與水平對應的關(guān)系上 比同批人縮短一年，每月按最少1千計，再減去培訓費用至少多10萬(wàn)，同時(shí)也省了一年時(shí)間，不管是休閑也好，再繼續提高也好，總之是跑到了隊伍的前面了。

另一層面上講，對于新人的培訓相當于他們?yōu)樽约禾崆百I(mǎi)了份失業(yè)保險，有師傅會(huì )帶領(lǐng)他們入道，我今年暑假時(shí)班里最年輕的一個(gè)學(xué)生是大二的，今年才上大三，這學(xué)期才剛學(xué)單片機，但現在A(yíng)RM方面的編程工作已經(jīng)搞得有聲有色了，再過(guò)一年多畢業(yè)，他還會(huì )失業(yè)嗎?

再者通過(guò)培訓，你可以知道很多業(yè)界不為常人所知的事，同時(shí)也為自己找了個(gè)師傅。就比如說(shuō)，兩個(gè)工程師分別用S3C2410和PXA255來(lái)做手持設 備，同樣兩人都工作四年，再出去找工作，兩人工資可能最多可相差一倍，為什么?這就是業(yè)界不為常人所知的規則。2410屬于民品，被業(yè)界用爛了，做產(chǎn)品時(shí) 成本特敏感，當然也對人才成本敏感了。PXA255是intel的東西，一個(gè)255 CPU能買(mǎi)三個(gè)2410，一直被業(yè)界定義為貴族產(chǎn)品，用的公司都是大公司或為軍方服務(wù)的公司，不會(huì )在乎成本，只要把東西做好，一切都好說(shuō)，但這方面做的人 也少啊，因為開(kāi)發(fā)系統貴啊。

對于說(shuō)為自已找了個(gè)好師傅， 我想是這樣的。因為同級工程師間存在著(zhù)某此潛在的競爭關(guān)系，有很多人不愿意把自己知道的東西教給別人，這意味著(zhù)他將要失業(yè)，就是所說(shuō)的教會(huì )徒弟，餓死師 傅，但對于我們這些人就不存在這樣的關(guān)系了。我是在嵌入式系統平臺設計上走到了一定程序度，目前在國內這塊的技術(shù)上已經(jīng)是自己很難再突破自己，因此很多東 西我對大家都是OPEN的，就比如說(shuō)下面那部分關(guān)于接口設計中所提到的時(shí)序接口東西，我要是不講，卻使是高級硬件工程師我想也幾乎只有10%的人能知道 吧。

六.成為高級嵌入式系統硬件工程師要具備的技能

對于硬件來(lái)講有幾個(gè)方向，就單純信號來(lái)分為數字和模擬。模擬比較難搞，一般需要很長(cháng)的經(jīng)驗積累，單單一個(gè)阻值或容值的精度不夠就可能使信號偏差很大。 因此年輕人搞的較少，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，出現了模擬電路數字化。比如手機的Modem射頻模塊，都采用成熟的套片，而當年國際上只有兩家公司有此技術(shù)，自我 感覺(jué)模擬功能不太強的人，不太適合搞這個(gè)，如果真能搞定到手機的射頻模塊，只要達到一般程度可能月薪都在15K以上。

另一類(lèi)就是數字部分了，在大方向上又可分為51/ARM的單片機類(lèi)，DSP類(lèi)，FPGA類(lèi)。國內FPGA的工程師大多是在IC設計公司從事IP核的前 端驗證，這部分不搞到門(mén)級，前途不太明朗，即使做個(gè)IC前端驗證工程師，也要搞上幾年才能勝任。 DSP硬件接口比較定型，如果不向驅動(dòng)或是算法上靠攏，前途也不會(huì )太大。而ARM單片機類(lèi)的內容就較多，業(yè)界產(chǎn)品占用量大，應用人群廣，因此就業(yè)空間極 大。而硬件設計最體現水平和水準的就是接口設計這塊，這是各個(gè)高級硬件工程師相互PK，判定水平高低的依據。而接口設計這塊最關(guān)鍵的是看時(shí)序，而不是簡(jiǎn)單 的連接，比如PXA255處理器I2C要求速度在100Kbps，如果把一個(gè)I2C外圍器件，最高還達不到100kbps的與它相接，必然要導致設計的失 敗。這樣的情況有很多，比如51單片機可以在總線(xiàn)接 LCD，但為什么這種LCD就不能掛在A(yíng)RM的總線(xiàn)上，還有ARM7總線(xiàn)上可以外接個(gè)Winband的SD卡控制器，但為什么這種控制器接不到ARM9或 是Xscale處理器上，這些都是問(wèn)題。因此接口并不是一種簡(jiǎn)單的連接，要看時(shí)序，要看參數。

一個(gè)優(yōu)秀的硬件工程師應該能夠在沒(méi)有參考方案的前提下設計出一個(gè)在成本和性能上更加優(yōu)秀的產(chǎn)品，靠現有的方案，也要進(jìn)行適當的可行性裁剪，但不是胡亂的 來(lái)，我遇到一個(gè)工程師把方案中的5V變1.8V的DC芯片，直接更換成LDO，有時(shí)就會(huì )把CPU燒上幾個(gè)。前幾天還有人希望我幫忙把他們以前基于 PXA255平臺的手持GPS設備做下程序優(yōu)化，我問(wèn)了一下情況，地 圖是存在SD卡中的，而SD卡與PXA255的MMC控制器間采用的SPI接口，因此導致地圖讀取速度十分的慢，這種情況是設計中嚴重的缺陷，而不是程序 的問(wèn)題。因此我提了幾條建議，讓他們更新試下再說(shuō)。

因此想成為一個(gè)優(yōu)秀的工程師，需要對系統整體性的把握和對已有電路的理解，換句話(huà)說(shuō)，給你一套電路圖你終究能看明白多少，看不明白80%以上的話(huà)，說(shuō)明你 離優(yōu)秀的工程師還差得遠哪。其次是電路的調試能力和審圖能力，但最最基本的能力還是原理圖設計、PCB繪制、邏輯設計這塊。這是指的硬件設計工程師，從上 面的硬件設計工程師中還可以分出ECAD工程師，就是專(zhuān)業(yè)的畫(huà)PCB板的工程師，和EMC設計工程師，幫 人家解決EMC的問(wèn)題。硬件工程師再往上就是板級測試工程師，就是C語(yǔ)功底很好的硬件工程師，在電路板調試過(guò)程中能通過(guò)自已編寫(xiě)的測試程序對硬件功能進(jìn)行 驗證。然后再交給基于操作系統級的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)人員。

總之，硬件的內容很多很雜，硬件那方面練成了都會(huì )成為一個(gè)高手，我時(shí)常會(huì )給人家做下方案評估，很多高級硬件工程師設計的東西，經(jīng)常被我一句話(huà)否定。因此工程師做到我這種地步，也會(huì )得罪些人，但硬件的確會(huì )有很多不為人知的東西，讓很多高級硬件工程師也摸不到頭腦。

那么高級硬件件工程師技術(shù)技能都要具備那些東西哪，首先要掌握EDA設計的輔助工具類(lèi)如Protel OR CADPowper PCBMaplux2ISE、VDHL語(yǔ)言，要能用到這些工具畫(huà)圖畫(huà)板做邏輯設計，再有就是接口設計審圖能力，再者就是調試能力，如果能走到總體方案設計 這塊，那就基本上快成為資深工程師了。

深入了解各種器件特性，選擇最合適的處理器、外圍器件、操作系統和軟件庫，盡可能地優(yōu)化軟件設計，最貼切地滿(mǎn)足應用需求，以獲得最好的系統性?xún)r(jià)比，是嵌入式系統設計開(kāi)發(fā)的精髓。

硬件是要靠經(jīng)驗，也要靠積累的，十年磨一劍，百年磨一針。 把一個(gè)月前想寫(xiě)的東西，今天終于用一上午的進(jìn)間整理完了，希望對喜愛(ài)嵌入式系統開(kāi)發(fā)以及渴望進(jìn)入嵌入式開(kāi)發(fā)行列的工程師和學(xué)生們有所幫助。

最后提醒大家：追求技術(shù)不是人生的唯一目的,切不可把它當成喜悅的唯一源泉,平時(shí)身邊有很多美好的事物都值得用心去珍惜.呵呵,我已經(jīng)在擔心自己的智 力是否會(huì )在30歲到來(lái)之前枯竭了.好好珍惜短暫的大學(xué)生活,好好珍惜自己的青春,不要整天呆在實(shí)驗室,左手鍵盤(pán)右手烙鐵的……