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嵌入式是什么意思?嵌入式开发如何入门? 时间:2020-11-10      来源:华清远见

嵌入式系统由硬件和软件组成.是能够独立进行运作的器件。其软件内容只包括软件运行环境及其操作系统。硬件内容包括信号处理器、存储器、通信模块等在内的多方面的内容。相比于一般的计算机处理系统而言,嵌入式系统存在较大的差异性, 它不能实现大容量的存储功能,因为没有与之相匹配的大容量介质,大部分采用的存储介质有E-PROM、EEPROM DENG等, 软件部分以API编程接口作为开发平台的核心。

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以应用为中心:强调嵌入式系统的目标是满足用户的特定需求。就绝大多数完整的嵌入式系统而言,用户打开电源即可直接享用其功能,无需二次开发或仅需少量配置操作。

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专用性:嵌入式系统的应用场合大多对可靠性、实时性有较高要求,这就决定了服务于特定应用的专用系统是嵌入式系统的主流模式,它并不强调系统的通用性和可扩展。这种专用性通常也导致嵌入式系统是一个软硬件紧密集成的最终系统,因为这样才能更有效地提高整个系统的可靠性并降低成本,并使之具有更好的用户体验。

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以现代计算机技术为核心:嵌入式系统的最基本支撑技术,大致上包括集成电路设计技术、系统结构技术、传感与检测技术、嵌入式操作系统和实时操作系统技术、资源受限系统的高可靠软件开发技术、系统形式化规范与验证技术、通信技术、低功耗技术、特定应用领域的数据分析、信号处理和控制优化技术等,它们围绕计算机基本原理,集成进特定的专用设备就形成了一个嵌入式系统。

软硬件可裁剪:嵌入式系统针对的应用场景如此之多,并带来差异性极大的设计指标要求(功能性能、可靠性、成本、功耗),以至于现实上很难有一套方案满足所有的系统要求,因此根据需求的不同,灵活裁剪软硬件、组建符合要求的最终系统是嵌入式技术发展的必然技术路线。

嵌入式计算机的真正发展是在微处理器问世之后。1971年11月,算术运算器和控制器电路成功的被集成在一起,推出了第一款微处理器,其后各厂家陆续推出了8位、16位微处理器。以这些微处理器为核心所构成的系统广泛地应用于仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等领域。微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场,计算机厂家开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品,再由用户根据自己的需要选择一套适合的CPU板、存储器板及各式I/O插件板,从而构成专用的嵌入式计算机系统,并将其嵌入自己的系统设备中。

20世纪80年代,随着微电子工艺水平的提高,集成电路制造商开始把嵌入式计算机应用中所需要的微处理器、I/O接口、A/D转换器、D/A转换器、串行接口,以及RAM、ROM等部件全部集成到一个VLSI中,从而制造出面向I/O设计的微控制器,即俗称的单片机。单片机成为嵌入式计算机中异军突起的一支新秀。20世纪90年代,在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下,嵌入式系统进一步快速发展。面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功耗的方向发展。21世纪是一个网络盛行的时代,将嵌入式系统应用到各类网络中是其发展的重要方向。

嵌入式系统的发展大致经历了以下三个阶段:

第一阶段:嵌入技术的早期阶段。嵌入式系统以功能简单的专用计算机或单片机为核心的可编程控制器形式存在,具有监测、伺服、设备指示等功能。这种系统大部分应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中。

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第二阶段:以高端嵌入式CPU和嵌入式操作系统为标志。这--阶段系统的主要特点是计算机硬件出现了高可靠、低功耗的嵌入式CPU,如ARM、PowerPC等,且支持操作系统,支持复杂应用程序的开发和运行。

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第三阶段:以芯片技术和Internet技术为标志。微电子技术发展迅速,SOC(片上系统)使嵌入式系统越来越小,功能却越来越强。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着Internet的发展及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切,嵌入式技术正在进入快速发展和广泛应用的时期。

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嵌入式开发如何入门呢?

1、C语言的学习

C语言是嵌入式软件开发人员必须熟练掌握的编程语言。作为C语言的初学者重点掌握基本数据类型、复合数据类型、流程控制、数组、指针、函数这几方面的基本知识。本人建议通过观看视频教学的方式进行学习,这样既快速又通俗易懂,当然前提是必须找到优质的教学视频资源。此外,可以配合入门书籍谭浩强的《C语言程序设计》进行学习。如果想深入的学习可以参考美国人写的人民邮电出版社出版的《C Primer Plus》。

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2、C语言的磨炼

掌握了基本的C语言语法以后并不代表我们就学会了C语言,关键是如何灵活的去运用。我们可以练习编写C语言学习书籍的课后习题或者在网站上搜索C语言笔试题库进行练习。也可以百度寻找经典的C语言编程案例进行学习。总之,就是将C语言运用的越熟练越好。至于开发环境可以选择VC++ 6.0 或者linux。

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3、硬件电路基础

嵌入式软件工程师还必须懂一些硬件电路的基本知识。当然,对于刚入门的软件开发人员没必要非常精通电路技术,熟悉基本的电子元器件的功能即可。例如,电阻、电容、电感的作用以及符号,三极管、MOS管导通截止的条件,微处理器、晶振的基本概念等。至于,以上这些基本知识我们可以通过童诗白的第四版《模拟电子技术基础》和网上查阅的资料进行学习。

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4、看懂原理图

作为嵌入式软件开发人员我们经常会和硬件打交道,我们的程序最终会被烧录到微处理器内部运行。所以,我们必须要会看硬件原理图,看懂之后才知道如何写程序。首先,我们要知道嵌入式硬件最小系统的组成部分,包括电源电路、晶振、微处理器、复位电路。然后以微处理器为中心向四周查看,主要看我们可以操纵的外设资源。以上知识的学习我们不妨经常浏览一下某些知名IT网站其他人上传的经典原理图。

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5、基本外设知识

嵌入式程序很大一部分工作都是在控制外部设备或者与外部设备进行通信。例如,LED灯、数码管、RS232、AD/DA、I2C总线、SPI总线等。以上基本外设的知识完全可以通过百度百科或者网站大牛们写的博客进行学习。这样比查阅相关书籍学习的要快而且深入。此时,基本了解各个外设的概念、原理即可。至于深入的掌握还需进行实战开发。

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6、开发板实战

以上基本都是理论知识的学习,要想真正的理解并且深刻的掌握。必须通过实战开发来更加深入的学习。我们可以买一个51系列的开发板或者高级一点的STM32开发板进行实战演练。根据开发板提供的教学视频或者自己摸索实践将开发板自带的常用外设全部调试一遍。至于,针对51开发板、STM32开发板的嵌入式开发环境我们可以采用KEIL4_MDK进行开发。

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7、项目整合

有了以上的基础理论知识和简单的实战经验,我们还需要通过完整的项目来整合自己的技能和熟悉项目的开发过程。我们可以利用开发板自带的资源来开发万年历、遥控开关、计算器等小项目。或者采购一些比较有意思的项目套件进行开发,例如智能小车、遥控飞机等。通过以上步骤的练习,如果你能顺利的坚持下来,我想你已经进入嵌入式软件开发的大门了。

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