信盈达教你谨防嵌入式系统的学习误区

由于微处理器与微控制器种类繁多，也可能由于不同公司、不同机构出于自身的利益，给出一些误导性宣传，特别是我国嵌入式微控制器制造技术的落后及其他相关情况，使得人们对微控制器的发展，在认识与理解上存在差异。导致一些初学者，进入了嵌入式系统的学习误区，浪费了宝贵的学习时间。下面分析初学者可能存在的几个误区。

 

如果说，学习嵌入式系统不是为了开发其应用产品，那就没有具体目标了，许多诸如学习方法问题也就不必谈了。实际上，这正是许多人想学，又不知从何开始学习的关键问题所在，不知道自己学习的具体目标。于是，看了一些培训广告，看了书店中书架上种类繁多的嵌入式系统的书籍，或上网以“嵌入式系统”为关键词进行查询，然后参加培训或看书，开始“学习起来”。对于有计算机阅历的人，往往选择一个嵌入式操作系统就开始学习了。不好听的比喻，有点象“瞎子摸大象”，只了解其一个侧面。这样如何能对嵌入式产品的开发过程有个全面了解呢?针对许多初学者选择“xxx嵌入式操作系统+xxx处理器”的嵌入式系统入门学习模式，我认为是不合适的。我的建议是：首先把嵌入式系统软件与硬件基础打好了，再根据实际需要，选择一种实时操作系统(RTOS)进行学习实践。要记住：RTOS是开发某些类嵌入式产品的辅助工具，是手段，不是目的。许多类嵌入式产品，并不需要RTOS。所以，一开始就学习RTOS，并不符合学习“由浅入深、循序渐进”的学习规律。

 

RTOS本身由于种类繁多，实际使用何种RTOS，一般需要工作单位确定。基础阶段主要学习RTOS的基本原理与在RTOS之上的软件开发方法，而不是学习如何设计RTOS。以开发实际嵌入式产品为目标的学习者，不要把过多的精力花在设计或移植RTOS上面。正如很多人使用Windows操作系统，而设计Windows操作系统只有Microsoft。许多人“研究”Linux，但不使用它，浪费时间了，人的精力是有限的，学习必须有所选择。

 

2.2 嵌入式系统学习误区2-硬件与软件的困惑

 

以MCU为核心的嵌入式技术的知识体系必须通过具体的MCU来体现、实践与训练。但是，选择任何型号的MCU，其芯片相关的知识只占知识体系的20%，80%是通用知识。但是80%的通用知识，必须通过具体实践才能进行，所以学习嵌入式技术要选择一个系列的MCU。但不论如何，系统含有硬件与软件两大部分，它们之间的关系如何?

 

有些学者，仅从电子角度认识嵌入式系统。认为“嵌入式系统=MCU硬件系统+小程序”。这些学者，大多学习背景是具有良好的电子技术基础知识。实际情况是，早期MCU内部RAM小、程序存储器外接，需要外扩各种I/O，没有象现在这样USB、嵌入式以太网等较复杂的接口，因此，程序占总设计量小于50%，使人们认为嵌入式系统(单片机)是“电子系统”，以硬件为主、程序为辅。但是，随着MCU制造技术的发展，不仅MCU内部RAM越来越大，Flash进入MCU内部改变了传统的嵌入式系统开发与调试方式，固件程序可以被更方便地调试与在线升级，许多情况与开发PC机程序方便程度相差无几，只不过开发环境与运行环境不是同一载体而已。这些情况使得嵌入式系统的软件硬件设计方法发生了根本变化。

 

有些学者，仅从软件开发角度认识嵌入式系统，甚至有的仅从嵌入式操作系统认识嵌入式系统。这些学者，大多具有良好的计算机软件开发基础知识，认为硬件是生产厂商的事，没有认识到，嵌入式系统产品的软件与硬件均是需要开发者设计的。我常常接到一些关于嵌入式产品稳定性的咨询电话，发现大多数是由于软件开发者对底层硬件的基本原理不理解造成的。特别是，有些功能软件开发者，过分依赖于底层硬件的驱动软件设计完美，自己对底层驱动原理知之甚少。实际上，一些功能软件开发者，名义上再做嵌入式软件，实际上，仅仅使用嵌入式编辑、编译环境而已，本质与开发通用PC机软件没有两样。而底层硬件驱动软件的开发，若不全面考虑高层功能软件对底层硬件的可能调用，也会使得封装或参数设计得不合理或不完备，导致高层功能软件的调用困难。从这段描述可以看出，若把一个嵌入式系统的开发孤立地分为硬件设计、底层硬件驱动软件设计、高层功能软件设计，一旦出现了问题，就可能难以定位。实际上，嵌入式系统设计是一个软件、硬件协同设计工程，不能象通用计算机那样，软件、硬件完全分开来看，要在一个大的框架内协调工作。 面对学习嵌入式系统以软件为主还是以硬件为主，或是如何选择切入点，如何在软件与硬件之间取得一些平衡。对于这个困惑的建议是：要想成为一名真正的嵌入式系统设计师，在初学阶段，必须重视打好嵌入式系统的硬件与软件基础。以下是从事嵌入式系统设计二十多年的一个美国学者John Catsoulis 在《Designing Embedded Hardware》一书中关于这个问题的总结：嵌入式系统与硬件紧密相关，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件，同样没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。

 

嵌入式系统产品种类繁多，应用领域各异。在2.1小节中，我们把嵌入式系统的应用范围粗略分为电子系统的智能化与计算机应用的延伸两大类，从初学者角度，可能有分别从这两个角度片面认识嵌入式系统的问题。因此，一些从电子系统智能化角度认识嵌入式系统的学习者，可能会忽视编程结构、编程规范、软件工程的要求、操作系统等知识的积累。另一些从计算机应用的延伸角度认识嵌入式系统的学习者，可能会把通用计算机学习过程中的概念与方法生搬硬套到嵌入式系统的实践中，忽视嵌入式系统与通用计算机的差异。

 

实际上，在嵌入式系统学习与实践的初始阶段，应该充分了解嵌入式系统的特点，根据自身的已有知识结构，制定适合自身情况的学习计划。目标应该是打好嵌入式系统的硬件与软件基础，通过实践，为成为良好的嵌入式系统设计师建立起基本知识结构。学习过程，可以通过具体应用系统为实践载体，但不能拘泥于具体系统，应该有一定的抽象与归纳。例如，有的初学者开发一个实际控制系统，没有使用实时操作系统，但不要认为实时操作系统不需要学习。又例如，有的初学者以一个带有实时操作系统的样例为蓝本进行学习，但不要认为，任何嵌入式系统都需要使用实时操作系统，甚至把一个十分简明的实际系统加上一个不必要的实时操作系统。因此，片面认识嵌入式系统，可能导致学习困惑。应该根据实际项目需要，锻炼自己分析实际问题、解决问题的能力。这是一个比较长期的学习与实践过程，不能期望通过短期培训完成整体知识体系的建立，应该重视自身实践，全面地理解嵌入式系统的知识体系。

 

嵌入式系统的大部分初学者需要选择一个微控制器(MCU)进行入门级学习，面对众多厂家生产的微控制器系列，不知如何是好。

 

首先是关于位数问题，目前主要有8位、16位、32位，面对嵌入式系统应用的多样性，不同位数的MCU各有应用领域，这一点与通用微机有很大不同。你做一个遥控器，不需要使用一个32位MCU，可能一个MCU芯片价格已经超过遥控器价格需求。对于首次接触嵌入式系统的学习者，可以根据自己的知识基础选择入门芯片的位数。建议大多数初学者，可以选择一个8位MCU作为快速入门芯片，了解一些汇编与底层硬件知识，之后再选一个16位或32位芯片进行学习实践。

 

关于芯片选择的另一个误区，认为有“主流芯片”存在，嵌入式系统也可以形成芯片垄断。这完全是一种误解，是套用通用计算机系统的思维模式，而忽视了嵌入式系统应用的多样性。

 

关于学习芯片选择还有一个误区，是系统的工作频率。误认为选择工作频率高的芯片进行入门学习，表示更先进。实际上，工作频率高可能给初学者带来学习过程中的不少困难。

 

实际嵌入式系统设计不是追求芯片位数、工作频率、操作系统等因素，而是追求稳定可靠、维护、升级、功耗、价格等指标。而初学者选择入门芯片，是通过某一MCU作为蓝本获得嵌入式系统知识体系的通用基础，其基本原则是：入门时间较快、硬件成本较少，知识要素较多，学习难度较低。

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