嵌入式系統(tǒng)知識系統(tǒng)講解

2.4 入門芯片選擇的困惑

嵌入式系統(tǒng)的大部分初學(xué)者需要選擇一個微控制器(MCU)進(jìn)行入門級學(xué)習(xí)，面對眾多廠家生產(chǎn)的微控制器系列，往往不知如何是好。

首先是關(guān)于位數(shù)問題，目前主要有8位、16位和32位MCU。不同位數(shù)的MCU各有應(yīng)用領(lǐng)域，這一點與通用微機有很大不同。例如做一個遙控器，不需要使 用32位MCU，否則MCU芯片價格就已經(jīng)超過遙控器價格需求。對于首次接觸嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)者，可以根據(jù)自己的知識基礎(chǔ)選擇入門芯片的位數(shù)。建議大多數(shù)初學(xué)者選擇8位MCU作為快速入門芯片，了解一些匯編與底層硬件知識，之后再選16位或32位芯片進(jìn)行學(xué)習(xí)實踐。

關(guān)于芯片選擇的另一個誤區(qū)是認(rèn)為有“主流芯片”存在，嵌入式系統(tǒng)也可以形成芯片壟斷。這完全是一種誤解，是套用通用計算機系統(tǒng)的思維模式，而忽視了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的多樣性。關(guān)于學(xué)習(xí)芯片選擇還有一個誤區(qū)，即誤認(rèn)為選擇工作頻率高的芯片進(jìn)行入門學(xué)習(xí)，更先進(jìn)。實際上，工作頻率高可能給初學(xué)者帶來不少困難。

實際嵌入式系統(tǒng)設(shè)計不是追求芯片位數(shù)、工作頻率、操作系統(tǒng)等因素，而是追求穩(wěn)定可靠、維護(hù)、升級、功耗、價格等指標(biāo)。初學(xué)者選擇入門芯片，是通過某 一：MCU作為藍(lán)本，獲得嵌入式系統(tǒng)知識體系的通用基礎(chǔ)。其基本原則是：入門時間較短、硬件成本較低，知識要素較多，學(xué)習(xí)難度較低。

3 基礎(chǔ)階段的學(xué)習(xí)建議

基于以上討論，下面對廣大渴望學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的學(xué)子提出幾點基礎(chǔ)階段的學(xué)習(xí)建議：

①嵌入式系統(tǒng)軟件硬件密切相關(guān)，一定要打好軟硬件基礎(chǔ)。其實，只要找到正確的方法，加上努力，任何理工科學(xué)生，甚至非理工科學(xué)生，都能學(xué)好嵌入式系統(tǒng)，可以看看朱有鵬的視頻。

②選擇一個芯片及硬件評估板(入門芯片最好簡單一點，例如8位MCU)、選擇一本好書(最好有規(guī)范的例子)、找一位好老師(最好是有經(jīng)驗且熱心的)。硬 件評估板的價格一定要在1000元以下，不要太貴，最好能有自己動手的空間。不花一分硬件錢想要學(xué)好嵌入式系統(tǒng)不實際，因為這是實踐性很強的學(xué)科。好書，可以讓人少走彎路，不被誤導(dǎo)。有教師指導(dǎo)，學(xué)習(xí)進(jìn)程會加快(人工智能學(xué)科里有個術(shù)語叫無教師指導(dǎo)學(xué)習(xí)模式與有教師指導(dǎo)學(xué)習(xí)模式，無教師指導(dǎo)學(xué)習(xí)模式比有教師指導(dǎo)學(xué)習(xí)模式復(fù)雜許多)。

③許多人怕硬件，其實嵌入式系統(tǒng)硬件比電子線路好學(xué)多了。只要深入理解：MCU的硬件最小系統(tǒng)，對I/O口、串行通信、鍵盤、LED、LCD、 SPI、 I2C、PWM、A/D(包括一些傳感器)、D/A等逐個實驗理解，逐步實踐，再通過動手做一個實際的小系統(tǒng)，底層硬件基礎(chǔ)就有了。各個硬件模塊驅(qū)動程序的編寫是嵌入式系統(tǒng)的必備基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的初期，這個過程是必須的。

④至于嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS，一定不要一開始就學(xué)，這樣會走很多彎路，也會使你對嵌入式系統(tǒng)感到畏懼。等你軟件硬件基礎(chǔ)打好了，再學(xué)習(xí)就感到容易理解。實際上，許多嵌入式應(yīng)用并不需要操作系統(tǒng)。也可以根據(jù)實際項目需要，再學(xué)習(xí)特定的RTOS。不要被一些嵌入式實時操作系統(tǒng)培訓(xùn)班的宣傳所誤導(dǎo)，而忽視實際嵌入式系統(tǒng)軟硬件基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。

⑤要避免片面地單純從“電子”或“計算機軟件”角度認(rèn)識嵌入式系統(tǒng)。前面說過，嵌入式系統(tǒng)是軟件與硬件的綜合體。因此，要逐步從MCU的最小系統(tǒng)開始， 一點一點理解硬件原理及底層硬件驅(qū)動編程方法。要通過規(guī)范的例子，理解軟件工程封裝、可復(fù)用等思想。通過規(guī)范編程，積累底層構(gòu)件(component)，也就是一個一個模塊;但是要封裝得比較好，可復(fù)用。

⑥注重實驗與實踐。這里說的實驗主要指通過重復(fù)來驗證他人的工作，目的是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，這個過程一定要經(jīng)歷。實踐是自己設(shè)計，有具體的“產(chǎn)品”目標(biāo)。如果花500元左右，自己做一個具有一定功能的小產(chǎn)品，且能穩(wěn)定運行1年以上，就可以說接近入門了。

⑦關(guān)于入門芯片的選擇。不要選太復(fù)雜的微控制器作為入門芯片，不能超越學(xué)習(xí)過程。不要一下子學(xué)習(xí)幾種芯片?？梢酝ㄟ^一個芯片入門，并具有一個實踐經(jīng)驗后，根據(jù)實際需要選擇芯片開發(fā)實際產(chǎn)品。注意，不要把微處理器(MPU與微控制器(MCU)概念相混淆，微處理器只是微控制器的內(nèi)核。

⑧關(guān)于嵌入式操作系統(tǒng)的選擇?？梢缘鹊骄哂幸欢▽嵺`基礎(chǔ)后，選擇一個簡單、容易理解原理的嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。不要一開始就學(xué)習(xí)幾種操作系統(tǒng)，理解了基本原理，實踐中確有實際需要再學(xué)習(xí)也不遲。人總是要不斷學(xué)習(xí)的。

⑨關(guān)于匯編語言與C語言的取舍。隨著：MCU對C編譯的優(yōu)化支持，對于匯編語言可以只了解幾個必要的語句，而直接使用C語言編程。但必須通過第一個程序理解芯片初始化過程、中斷機制、程序存儲情況等，區(qū)別于PC機程序的內(nèi)容。另外，為了測試的需要，最好掌握一門PC機編程語言。

⑩要明確自己的學(xué)習(xí)目的，并注意學(xué)習(xí)方法。要明確學(xué)習(xí)目的是打基礎(chǔ)，還是為了適應(yīng)工作需要而進(jìn)行的短訓(xùn)。學(xué)習(xí)方法方面，要g學(xué)根據(jù)習(xí)目的選擇合適的學(xué)習(xí)途徑，注意理論學(xué)習(xí)與實踐、通用知識與芯片相關(guān)知識、硬件知識與軟件知識的平衡，要在理解軟件工程基本原理基礎(chǔ)上理解硬件構(gòu)件與軟件構(gòu)件等基本概念。

當(dāng)然，以上只是基礎(chǔ)階段的學(xué)習(xí)建議。要成為良好的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師，還需要在實際項目中鍛煉，并不斷學(xué)習(xí)與積累經(jīng)驗。