嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門、最有發(fā)展前途的IT應用領域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設備上，通常這些設備的硬件資源(如處理器、存儲器等)非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應要求很高。特別是隨著消費家電的智能化，嵌入式更顯重要。比如手機、PDA
　　嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門、最有發(fā)展前途的IT應用領域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設備上，通常這些設備的硬件資源(如處理器、存儲器等)非常有限，并且對成本很敏感，有時對實時響應要求很高。特別是隨著消費家電的智能化，嵌入式更顯重要。比如手機、PDA、電子字典、可視電話、VCD/DVD/MP3播放器、數碼相機(DC)、數碼攝像機(DV)、U-Disk、機頂盒(Set Top Box)、高清電視(HDTV)、游戲機、智能玩具、交換機、路由器、數控設備或儀表、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航天航空設備等等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。

　　嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結合的產物，因此，從事嵌入式開發(fā)的人有兩類。

　　一類是學電子工程、通信工程等偏硬件專業(yè)的，他們主要是搞硬件設計，有時要開發(fā)一些與硬件關系最密切的最底層軟件，如BootLoader、Board Support Package(像PC的BIOS一樣，往下驅動硬件，往上支持操作系統(tǒng))、最初級的硬件驅動程序等。他們的優(yōu)勢是對硬件原理非常清楚，更擅長定義各種硬件接口，但對復雜軟件系統(tǒng)往往力不從心(例如嵌入式操作系統(tǒng)原理和復雜應用軟件等)。

　　另一類是學軟件、計算機專業(yè)的，主要從事嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件的開發(fā)。如果學軟件的人對硬件原理和接口有較好的掌握，他們完全也能寫B(tài)SP和硬件驅動程序。嵌入式硬件設計完后，各種功能就全靠軟件來實現了。嵌入式設備的增值很大程度上取決于嵌入式軟件，這占了嵌入式系統(tǒng)的最主要工作。目前國內很多嵌入式系統(tǒng)公司都將稍復雜的硬件設計外包給我國臺灣或國外公司設計，自己只負責開發(fā)軟件，因為嵌入式產品的差異很大程度在軟件上。因為越是智能設備，越是復雜系統(tǒng)，軟件起的作用越關鍵，這是趨勢。

　　因此，未來嵌入式開發(fā)人員的知識結構應該包括：

　　1.嵌入式微處理器結構與應用

　　這是嵌入式硬件基礎課程，以取代傳統(tǒng)的“微機原理與接口”課程(目前國內已有少部分高校IT專業(yè)這樣做了，因為講x86微機原理與接口很難找到實際用處，只為教學而已)。嵌入式是軟硬件結合的技術，搞嵌入式軟件的人應充分了解ARM處理器工作原理和接口技術，包括ARM的匯編指令系統(tǒng)。若不了解處理器原理，怎么能控制硬件工作?怎么能寫出節(jié)省內存又運行高速的最優(yōu)代碼(嵌入式軟件設計特別講究時空效率)?怎么能寫出驅動程序(驅動程序都是與硬件打交道的)?很多公司招聘嵌入式軟件人員時都要求熟悉ARM處理器。將來想從事嵌入式軟件開發(fā)，公司都會給你一本該設備的硬件規(guī)格說明書，你必須能看懂其中的內存分布和端口使用等最基本的說明(就像x86匯編一樣)，否則怎么設計軟件?

　　有些學員覺得嵌入式處理器課程較枯燥，這主要是硬件課程都較抽象的原因，必須在嵌入式實驗室做了一些實驗后才會覺得它看得見摸得著。還有的人對ARM匯編不感興趣，以為嵌入式開發(fā)用C語言就足夠了。其實不應僅將匯編語言當成一個程序設計語言，學匯編主要是為了掌握處理器工作原理。一個不熟悉匯編語言的人，怎么能為該處理器寫出最優(yōu)的C語言代碼呢?在嵌入式開發(fā)的一些關鍵部分，有時還必須寫匯編，如Bootloader等(可能還包括BSP)。特別是在對速度有極高要求的場合(如DSP處理器的高速圖像采集和圖像解壓縮)，目前主要還要靠匯編程序。當你在一個嵌入式公司工作，查看描述原理的手冊時，可能很多都是用匯編描述的，這是因為很多硬件設計人員只會寫或者喜歡用匯編描述，此時您就必須看懂匯編程序，否則軟硬件人員可能就無法交流。

　　目前嵌入式處理器常見的有ARM、PowerPC、MIPS、Motorola 68K、ColdFire(冷火)等，但ARM占據了絕對主流位置(手機幾乎都是使用ARM處理器)。ARM是一個只賣知識產權的公司，目前獲得購買了ARM CPU核授權許可的大公司很多，包括英特爾、三星、貝爾-阿爾卡特、摩托羅拉、飛利浦等，它們都在ARM CPU核的基礎上進行了一些外圍擴展，形成自己的處理器(如SamsungS3C2410、Motorola i.MXL9328等處理器都是采用ARM 9內核，指令一級是相同的)。而眾多中小公司又購買了這些處理器，設計了各種各樣的開發(fā)板，如華恒等國內很多著名嵌入式公司都生產基于Samsung S3C2410的開發(fā)板，供最終用戶使用或供教學實驗。

　　英特爾早期生產低端ARM(Strong ARM，相當于ARM 7)，現在轉向生產高端ARM(即Intel Xscale處理器，相當于ARM 10，主要用在高端PDA上，如惠普和戴爾生產的PDA都采用Intel Xscale)。目前應用最多的是ARM 7和ARM 9兩類處理器。ARM 7較便宜，可運行uclinux(是一個不支持高級內存管理功能的嵌入式Linux系統(tǒng))、Vxworks、ucOS/II等實時操作系統(tǒng)，但因處理器不帶內存管理單元MMU(無內存分頁和地址映射機制，不能使用虛擬內存)，所以不能運行WinCE，另外通用Linux中的某些內存管理功能也不能用在ARM 7上。ARM 9是一個帶MMU功能的高端處理器，可運行WinCE或通用Linux的大多數功能。現在一般高校正在建設的嵌入式實驗室大多包括ARM 7系統(tǒng)(采用Samsung S3C44b0x開發(fā)板，主要用于嵌入式處理器結構、嵌入式Linux課程實驗)和ARM 9系統(tǒng)(采用Samsung S3C2410x開發(fā)板，主要用于WinCE課程建設)，每套實驗板都配了高速仿真器。

　　2.嵌入式操作系統(tǒng)

　　除了WinCE的實時性稍差外，大多數嵌入式操作系統(tǒng)的實時性都很強，所以也被稱為實時操作系統(tǒng)(Real TimeOperating System，簡稱RTOS)。從事嵌入式的人必須至少掌握一種嵌入式操作系統(tǒng)(當然掌握兩種更好)，這在嵌入式的所有技術中是最為關鍵的。目前最重要的RTOS主要包括：

　　傳統(tǒng)的經典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系統(tǒng)，以及Tornado開發(fā)平臺。Vxworks因出現稍早，實時性很強(可在1ms內響應外部事件請求)，并且內核可極微(最小8K)，可靠性較高，所以在北美，Vxworks占據了嵌入式系統(tǒng)的半壁江山。特別是在通信設備等實時性要求較高的系統(tǒng)中，RTOS幾乎非Vxworks莫屬。Vxworks的很多概念和技術都和Linux很類似，主要是C語言開發(fā)。貝爾-阿爾卡特、朗訊、華為等通信企業(yè)在開發(fā)產品時，大都會選用Vxworks。但因為Vxworks價格很高，所以一些小公司或小產品往往用不起它。目前很多公司都在往嵌入式Linux轉(比如華為)。但無論如何，Vxworks的地位在很長一段時間內仍是不可動搖的。與Vxworks類似的稍有名的RTOS還有pSOS、QNX、Nucleus等。

　　嵌入式Linux操作系統(tǒng)：Linux除可以作為服務器操作系統(tǒng)外，最成功的便是在嵌入式領域的應用，原因當然是免費、開源、支持軟件多、擁護者眾。這樣嵌入式產品成本會很低。Linux本身不是一個為嵌入式設計的操作系統(tǒng)，它不是微內核的，并且實時性不強。目前應用在嵌入式領域的Linux系統(tǒng)主要有兩類：一類是專為嵌入式設計的已被裁減過的Linux系統(tǒng)，最常用的是uClinux(不帶MMU功能)，它占據了較大的應用份額，可在ARM7上運行;另一類是運行在ARM 9上的，一般是將Linux 2.4.18內核移植在其上，可使用更多的Linux功能(當然uClinux更能在ARM 9上跑)。很多人預測，嵌入式Linux將占嵌入式操作系統(tǒng)的50%以上份額。缺點是熟悉Linux的人太少，開發(fā)難度稍大。另外，目前我們發(fā)現很多教材以及很多大學都以ucOS/II為教學用實時操作系統(tǒng)，這主要是由于ucOS/II較簡單，且開源，非常適合入門者學習實時操作系統(tǒng)原理。但由于ucOS/II功能有限，實用性略為遜色。熟悉了Linux開發(fā)，不僅在嵌入式領域有用，對開發(fā)Linux應用軟件，對加深操作系統(tǒng)的認識也有幫助，可謂一舉多得。據悉，目前英特爾、飛利浦都在搞ARM+Linux的嵌入式開發(fā)，富士通則是在自己的處理器上進行Linux開發(fā)。

　　目前在嵌入式Linux領域，三類人才很稀缺：能將Linux移植到某個新型號的開發(fā)版上的人、能寫Linux驅動程序的人，以及熟悉Linux內核裁減和優(yōu)化的。

　　Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)：微軟也看準了嵌入式的巨大市場，WinCE出來只有幾年時間，但目前已占據了很大市場份額，特別是在PDA、手機、顯示儀表等界面要求較高或者要求快速開發(fā)的場合。WinCE目前主要為4.2版(.net)，開發(fā)平臺主要為WinCE Platform Builder，有時也用EVC環(huán)境開發(fā)一些較上層的應用。由于WinCE開發(fā)都是在大家熟悉的VC++環(huán)境下，所以對學過Windows程序設計的人來說都不會有太大難度，這也是WinCE容易被人們接受的原因——熟悉開發(fā)環(huán)境、微軟的強大技術支持、開發(fā)難度遠低于嵌入式Linux。對于急于完成開發(fā)、不想拿嵌入式Linux冒險的開發(fā)場合，WinCE是最合適了。

　　根據不同的側重點，WinCE還有兩個特殊版本，一個是MS PocketPC操作系統(tǒng)，它專用于PDA(掌上電腦)上，另一個是MS SmartPhone操作系統(tǒng)，用于智能手機上(帶PDA功能的手機)。兩者也都屬于WinCE平臺。在PDA和手機市場上，除WinCE外，著名的PDA嵌入式操作系統(tǒng)還有Palm OS、Symbian等。在WinCE的強勁沖擊下，Palm和Symbian還能有多大生命力?有些高校開設專門的“Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)”課程，主要是基于以下原因：本身已開設了Windows程序設計課程，同學學過VC++后再學WinCE，非常方便自然，通過學習WinCE同樣也可了解嵌入式軟件的一般開發(fā)過程。很顯然，嵌入式Linux永遠不可能替代WinCE，而且將來誰能占據更大份額，還很難講。畢竟很多人更愿意接受MS的平臺，就像各國政府都在大力推廣Linux應用，而且已持續(xù)很長時間，但如今真正在PC機上使用Linux的用戶并沒有占太大的比例。目前，在嵌入式平臺上，Linux是叫得最響的操作系統(tǒng)，但其實還是WinCE實際應用得更多。

　　總之，在選擇使用哪類嵌入式操作系統(tǒng)的問題上，你要根據自己的能力和期望來具體情況具體分析。若你覺得自己功底較深且能鉆研下去，則可去學嵌入式Linux;若你覺得自己VC++功底較好，且希望短平快地學習嵌入式開發(fā)，則WinCE是最好的選擇。

　　3.嵌入式開發(fā)的其他相關軟件技術

　　搞嵌入式若能熟悉嵌入式應用的一些主要領域，這樣的人更受企業(yè)歡迎。主要的相關領域包括：

　　數字圖像壓縮技術：這是嵌入式最重要、最熱門的應用領域之一，主要應掌握MPEG編解碼算法和技術，如DVD、MP3、PDA、高精電視、機頂盒等都涉及MPEG高速解碼問題。

　　通信協(xié)議及編程技術：這包括傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議和熱門的無線通信協(xié)議。首先，大多數嵌入式設備都要連入局域網或Internet，所以必須要掌握TCP/IP協(xié)議及其編程，這些都是基本技術;其次，無線通信是目前的大趨勢，所以掌握無線通信協(xié)議及編程也很重要。無線通信協(xié)議包括無線局域網通信協(xié)議802.11系列、Bluetooth(藍牙)，以及移動通信(如GPRS、GSM、CDMA等)。

　　網絡與信息安全技術：如加密技術、數字證書CA等。

　　DSP技術：DSP(Digital Signal Process數字信號處理)處理器通過硬件實現數字信號處理算法，如高速數據采集、壓縮、解壓縮、通信等。數字信號處理是電子、通信等硬件專業(yè)的課程，搞軟件的人若能了解一些相關知識就更好了。目前DSP人才較為缺乏。如果你具有信號與系統(tǒng)、數字信號處理等課程的基礎，則對于學習MPEG編解碼原理有很大幫助。

　　4.嵌入式開發(fā)的相關硬件基礎

　　對于軟件工程專業(yè)的人來說，從事嵌入式軟件開發(fā)，數字電路、計算機組成原理、嵌入式微處理器結構等硬件課程都是非常重要的。另外，匯編語言、C/C++、數據結構和算法，特別是操作系統(tǒng)等軟件基礎課也十分重要。學習這些內容的主要目的是為了能看懂硬件工作原理，所以重點還是應放在嵌入式軟件，特別是操作系統(tǒng)級軟件上。

　　如果是電子、通信類專業(yè)的人，有較好的模擬電路和單片機基礎，則學習嵌入式非常合適。嵌入式本身就是從單片機發(fā)展過來的，只是單片機不帶OS，而現在很多嵌入式應用越來越復雜，以至不得不引入嵌入式操作系統(tǒng)。另外，為追求更高速的信號處理速度，現在在一些速度要求較高的場合，有不少公司是將一些DSP算法，如MPEG壓縮解壓縮算法等用硬件來實現，這就涉及到HDL數字電路設計技術及其FPGA/IP核實現技術。

　　嵌入式的迷人之處在智能手機上得到了充分體現。比如，兼具MP3、英漢詞典、可閱讀Word文檔等功能的最低檔的智能手機，其處理器是ARM，OS是MS Smartphone(即WinCE.NET 4.2)，簡直可作為學習嵌入式課程的產品案例了。有OS的手機果然了得，金山詞霸、Word、Excel、Regedit等居然都有Smartphone版的，PC上的MP3、Doc等文件居然在下載時都可被自動轉換成Smartphone格式。完全可用WinCE開發(fā)的一些程序將文件下載到自己的手機上。如今，PDA智能手機越來越火爆，而國產的ARM+Linux手機價格也僅為1200元左右。

　　總之，學習嵌入式研發(fā)設計，要么走ARM+WinCE的路，要么走ARM+Linux的路，要么走ARM+VXWORKS的路。每個從事嵌入式系統(tǒng)的人都可選擇其中的一條路，條條大路通羅馬。

總結

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