長沙華清遠(yuǎn)見告訴你零基礎(chǔ)怎樣學(xué)習(xí)嵌入式?
長沙華清遠(yuǎn)見告訴你零基礎(chǔ)怎樣學(xué)習(xí)嵌入式?
大家眼中的嵌入式是什么呢?我們可能在大學(xué)焊過電路板、組裝過收音機(jī)、課程設(shè)計仿真過密碼鎖、計分器,學(xué)過匯編、了解C51,高大上點兒的畢業(yè)設(shè)計玩過傳感器,參加過競賽,做過一些智能機(jī)器人、智能家居、智能溫控大棚等項目,這難道就是嵌入式嗎?長沙華清遠(yuǎn)見告訴你零基礎(chǔ)怎樣學(xué)習(xí)嵌入式!
長沙華清遠(yuǎn)見教你如何零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)嵌入式
01 嵌入式人工智能要學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容?
十幾年前的嵌入式開發(fā)受限于硬件處理器的性能,無法實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯和功能,使得嵌入式產(chǎn)品功能單一。
現(xiàn)在嵌入式開發(fā)隨著處理器的成長要面對全新的挑戰(zhàn):計算性能和內(nèi)存永遠(yuǎn)不夠用、為了保障不丟幀要求高效的實時性、高級接口和協(xié)議棧的產(chǎn)生導(dǎo)致代碼的規(guī)模越來越大。
為了應(yīng)對這些新的挑戰(zhàn),各大企業(yè)對工程師有以下幾個方面的要求:編程能力、處理器架構(gòu)、操作系統(tǒng)、接口與驅(qū)動、Framework、應(yīng)用編程與調(diào)試、硬件知識。
1. 編程能力
嵌入式工程師大類上屬于軟件工程師的范疇,編程技能是基本功,DJI、小馬智行、NINEBOT、石頭科技、OPPO、小米、地平線這些公司都對C/C++要求熟練掌握的程度。
除此以外對解釋型語言要求為至少熟悉一種腳本語言。了解Linux系統(tǒng),會使用Makefile工程管理工具等。
可見,C和C++仍舊是嵌入式開發(fā)絕對主流的語言。底層軟件這么多年來,一直是C的天下,在可預(yù)見的將來,不會改變。
隨著系統(tǒng)復(fù)雜度越來越高,越來越多的應(yīng)用層軟件采用C++來編寫。Sehll主要用于制作工程管理工具,Python可以讓你和人工智能工程師愉快對話。
2. 處理器架構(gòu)
美團(tuán)、小馬智行、石頭科技、OPPO、VIVO都要求熟練掌握或者精通STM32單片機(jī)和ARM處理器架構(gòu),其它加分項有DSP、熟練使用ARM Cortex-A或M系列內(nèi)核的SOC。
這部分我們需要了解Cortex-M和Cortex-A系列處理器架構(gòu)。哈佛架構(gòu)、馮諾依曼架構(gòu)、多級流水線、是最簡單的問題。SIMD、MIMD、指令預(yù)取、亂序執(zhí)行這些概念也要搞懂。
3. 操作系統(tǒng)
大疆、美團(tuán)、小馬智行、小米、地平線都要求熟悉Linux下的多進(jìn)程多線程、網(wǎng)絡(luò)編程的開發(fā)和調(diào)試,內(nèi)存、功耗、性能優(yōu)化等。
無人駕駛和無人機(jī),這些對響應(yīng)速度要求高的行業(yè),對實時操作系統(tǒng)也有不同程度的要求。
在這一部分我們需要掌握基本的操作系統(tǒng)知識,理論結(jié)合實際,熟悉一個RTOS,大多數(shù)的RTOS的復(fù)雜度遠(yuǎn)小于Linux。
Linux擁有完善的生態(tài),相較于RTOSLinux的C庫配置已經(jīng)很完善了。但是想要用好就有一定難度了,在這里需要了解內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、多核、中斷、鎖、消息隊列,性能分析等等內(nèi)容來應(yīng)對開發(fā)工程中幀率下降、系統(tǒng)秒級卡死、相機(jī)丟幀等異常。
4. 接口與驅(qū)動
許多初涉嵌入式行業(yè)的人會狹隘的認(rèn)為搞嵌入式就是寫驅(qū)動。
美團(tuán)無人配送、小馬智行、石頭科技對CAN、SPI、I2C、UART這些常見的低速接口都要求熟悉,其它的像LCD、Touch、Camera、USB、BT/WIFI/GPS、IMU這些進(jìn)入尋常百姓家的Sensor驅(qū)動開發(fā)經(jīng)驗是妥妥的加分項。
低速接口的驅(qū)動,在廠家提供的BSP中一般都有,只需要仔細(xì)看手冊,搞清各接口所需的工作模式并做適當(dāng)配置,該用中斷的時候用中斷,該用DMA的時候用DMA,即可。
5. Framework
中間件和協(xié)議棧的部分有一個特點,研發(fā)機(jī)器人的企業(yè)一般都會要求熟悉ROS,相機(jī)類的企業(yè)要求熟悉camera、codec、storage相關(guān)的pipeline。還有基本的協(xié)議棧也是必須了解和掌握的。
6. 應(yīng)用編程與調(diào)試
美團(tuán)無人配送、小馬智行、NINEBOT、小米都要求熟悉Linux或Unix系統(tǒng)編程,了解基本的編譯原理,需要掌握gdb、valgrind、strace、perf、coredump等調(diào)試手段,用好log系統(tǒng)。
只要掌握上面編程能力、操作系統(tǒng)、Framework這些內(nèi)功心法,調(diào)試工具不過是招數(shù)。
7. 硬件知識
科技企業(yè)大多要求了解一定的硬件知識,基礎(chǔ)硬件知識的掌握程度,達(dá)到可以看懂原理圖并對常見的元器件有一定了解,熟悉模電數(shù)電知識即可?;旧鲜请娮庸こ填悓W(xué)生,所學(xué)專業(yè)課的內(nèi)容。另外,要會使用示波器等測試儀器,會驅(qū)動常見的傳感器等。
02 零基礎(chǔ)如何入門?
嵌入式人工智能專業(yè)是綜合了計算機(jī)硬件技術(shù),計算機(jī)軟件技術(shù)以及電子電路技術(shù)、人工智能的一門綜合學(xué)科,所涉及的內(nèi)涵和知識非常廣泛。
1. C語言基礎(chǔ)
在開始學(xué)習(xí)嵌入式之前,首先要打好基礎(chǔ),其中最重要的是C語言基礎(chǔ),要至少達(dá)到能單獨編寫調(diào)試一個500行的小項目(大概是一個本地員工管理系統(tǒng)的代碼量),能夠了解C語言的基本語法規(guī)則,基本語句的使用,理解指針概念并能靈活使用各種指針。
在學(xué)習(xí)C語言的過程中,指針的概念比較難理解,但是如果對計算機(jī)組成原理有了解的話,地址和 指針,源碼和可執(zhí)行程序,軟件通過寄存器控制硬件這些概念都會變得很清晰。
那學(xué)習(xí)C語言使用什么環(huán)境?
首選方案,Windows安裝虛擬機(jī),虛擬機(jī)運行Linux操作系統(tǒng),編輯器選擇vim,命令行運行g(shù)cc編譯器編譯環(huán)境。
為什么要用Linux操作系統(tǒng)呢
從上文中的各大企業(yè)對研發(fā)工程師的要求可以看出,Linux操作系統(tǒng)在嵌入式行業(yè)中的地位是任何操作系統(tǒng)不可比擬的。許多公司為了保護(hù)自己的代碼產(chǎn)權(quán),開發(fā)用的主機(jī)直接運行Linux操作系統(tǒng),并在命令行終端來控制主機(jī)。
出于未來工作中盡快適應(yīng)這種開發(fā)環(huán)境,所以可以在入門的時候就直接體驗和見識酷炫的Linux操作系統(tǒng)。
但是入門階段并不需要刻意背過Linux的各種使用命令、Linux各種服務(wù)器的配置,還原備份各種操 作等,只要會基本文件相關(guān)的命令,會使用vim編輯器和gcc編輯器即可。
大約一周的時間即可熟悉Linux系統(tǒng),你會體會到Linux和Windows系統(tǒng)的不同,擺脫對圖形化界面的依賴。
當(dāng)學(xué)會了C語言編程后,你需要掌握操作系統(tǒng)相關(guān)的知識,多線程多進(jìn)程編程、網(wǎng)絡(luò)編程。通過實踐學(xué)習(xí)一些接口函數(shù)完成一些小項目比如銀行家算法、網(wǎng)絡(luò)聊天室等。對操作系統(tǒng)的知識有一個初步的感性認(rèn)識。
2. MCU和CPU
以上的所有編程學(xué)習(xí)都是在單一的環(huán)境下進(jìn)行的。即開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境都是一樣的都在Ubuntu下進(jìn)行。難道嵌入式開發(fā)就是如此嗎,說好的軟硬件可裁剪呢?
別急,緊接著我們就需要加入MCU和CPU的學(xué)習(xí),要學(xué)習(xí)ARM是什么,不同系列的MCU開發(fā)方式不同,ARM Cortex™-A 系列應(yīng)用型處理器,可向托管豐富OS平臺和用戶應(yīng)用程序的設(shè)備提供全方位的解決方案,從超低成本手機(jī)、智能手機(jī)、移動計算平臺、數(shù)字電視和機(jī)頂盒到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、打印機(jī)和服務(wù)器解決方案,是作為學(xué)習(xí)嵌入式的合適的素材。
現(xiàn)在嵌入式的學(xué)習(xí)資源豐富,選擇合適的Cortex™-A 系列的開發(fā)板后,根據(jù)裸板開發(fā)、系統(tǒng)移植、驅(qū)動開發(fā)這樣的順序?qū)W習(xí)。
裸板開發(fā)的學(xué)習(xí)主要是感受一下如何通過編程實現(xiàn)控制硬件。系統(tǒng)移植中我們會發(fā)現(xiàn)搭載Linux操作系統(tǒng)的板子功力大增,交叉編譯工具鏈的出現(xiàn)使得我們對架構(gòu)兩個字有了更深入的認(rèn)識。
剛剛還在懷念在Ubuntu下編寫C代碼運指如飛的感覺,現(xiàn)在可以繼續(xù)編寫Linux風(fēng)格的C代碼了。
3. 驅(qū)動開發(fā)
前面裸板開發(fā)和驅(qū)動移植的學(xué)習(xí)目的是面對接下來的驅(qū)動大魔頭,學(xué)習(xí)驅(qū)動開發(fā)我們需要有一個空杯心態(tài),需要有主動理解Linux內(nèi)核設(shè)計理念的意識(但是不要鉆牛角尖),時刻把握Linux下一切皆文件的宗旨和分層的思想。
當(dāng)我們在這一階段點亮開發(fā)板上的一盞明燈,恭喜你,一只腳踏進(jìn)嵌入式開發(fā)的大門了。
4. C++和Qt
體會了最基本的驅(qū)動開發(fā)后,嵌入式學(xué)習(xí)還未結(jié)束,但是之后的學(xué)習(xí)我們有了一些選擇的主動權(quán),當(dāng)我們看到一些有意思的嵌入式小項目,我們可以理解它的實現(xiàn)思
而最好的學(xué)習(xí)方法是自己實踐完成一些小項目,你也許不滿足之前所學(xué),為什么不能把黑乎乎的命令行終端優(yōu)化成精美的液晶屏顯示,C++和Qt的學(xué)習(xí)就在所難免了。
5. Python人工智能
那么,如果你已經(jīng)可以實現(xiàn)一個小型的嵌入式項目了,但是如果大火的人工智能技術(shù)可以加入到這個小項目中,想必一定非??犰?,我們可以把呆板的用戶界面輸入改成圖像識別或者人臉識別。
6. STM32
一個產(chǎn)品級的項目考慮的不僅僅是功能的實現(xiàn),還要考慮功耗、成本。
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