嵌入式要学习哪些内容？

Posted 2023-01-12 strongerHuang

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转自 | 嵌入式艺术

一

前言

不定期会看到读者问：

• 嵌入式要学习哪些内容？

• 有没有推荐的学习路线或资料？

• ······

本文就从下面几个方面给大家描述一下嵌入式学习路线：

• 嵌入式基础必备知识

• 51单片机

• STM32单片机

• 小而美的RTOS

• ARM+LINUX

在这个快节奏的时代，能静下心，耐住性子看看文章，实属不易。

二

嵌入式基础必备知识

老子曰：“合抱之木，生于毫末：九层之台，起于垒土；千里之行，始于足下”，根基的重要性不言而喻。

那么对于嵌入式这条路线而言，如何建立一个稳固的根基？

2.1、学习内容

• C语言基础

该部分，主要包括几个核心知识点：三大语法结构、常用的数据类型、函数、结构体、指针、文件操作等。

• 硬件基础知识

该部分，核心知识点在于：电路基础知识、数电模电基础知识、常用的电子元器件等。

• 数据结构

核心知识点：数组、队列、链表、堆栈、树、图、散列表等。

• 操作系统

核心知识点：进程管理、内存管理、文件管理、输入输出管理等。

• 计算机原理

核心知识点：数据表示和运算、存储系统、指令系统、总线系统、中央处理器、输入输出系统等。

2.2、学习建议

• 对于C语言基础学习，一定要重点熟练掌握，根基的牢固直接决定了我们的代码质量。

• 对于硬件基础学习，要适当了解，要能够看懂一些简单的电路结构，认识常用的电子元器件。

• 对于数据结构学习，前五个是必备学习的，可能在刚开始学习的时候，可能会感觉不到作用在哪里，但是随着接触到嵌入式底层设计以及算法设计的时候，才会恍然大悟。

• 对于操作系统学习，重点学习其思想，对相关知识点有一个大概的了解，后续接触到继续重点学习，这些无论是RTOS，还是Linux，都有涉及到的。

• 对于计算机原理学习，可以将其看作是嵌入式系统的各个模块的详解，会让你对嵌入式有一个整体的了解，每一个部分都值得深究。

2.3、学习资料

• C语言基础：推荐经典书籍《C语言程序设计》（第2版）谭浩强版本。

• 硬件基础：大学里面的《数电模电》书籍所涉及的知识即可。

• 数据结构：推荐经典书籍《数据结构》——严蔚敏版。

• 操作系统、计算机原理：我用的是《王道》的系列丛书，个人感觉不错。

计算机组成、数据结构、操作系统、数据库是嵌入式或者说计算机的入门必读书籍，并且也被列入高校教材内，是真正的基础知识。

以上，不一定是全部看完才能体验编程的乐趣，这个基础是一个循序渐进的过程，也不是一朝一夕就能完成的，可以先有一个大概，后续做项目时，哪里不懂补哪里！

这里涉及到一个重要的学习方法：项目导向的学习法。

三

嵌入式入门篇——51单片机

在上面的基础知识进行熟悉之后（C语言基础、计算机组成、硬件基础必备），我们准备叩开嵌入式世界的大门。

入门篇，依旧推荐51单片机，当然有人会说，直接上STM32岂不更好？

我的看法：建议新手还是以51单片机来入门，因为STM32体系架构比51大很多，对于新手刚开始可能会不太容易适应。

3.1、学习内容

该部分，主要在最小嵌入式系统中，实现各种有趣的实验。通过51单片机的学习，我们要做到：

• 软件类：

主要知识点有：认识单片机、熟悉逻辑运算、点亮一颗LED灯、按键检测、串口通信、定时器、中断等。

• 硬件类：

主要知识点有：电阻元器件了解，基本模块电路了解，时钟电路，尝试绘制51单片机原理图和PCB

3.2、学习建议

• 对于软件类，我们主要做到：认识单片机，熟悉单片机的GPIO的输入、输出操作，串口通信协议掌握等，这些部分都是任何一款嵌入式设备的必备技能。

• 对于硬件类：我们主要做到：能看懂电路图，熟悉一些简单模块的设计电路，了解Altium Designer的使用方法。

3.3、学习资料

51单片机：郭天祥的51单片机教程，经典著作，经久不衰，强烈推荐。

庄子说：“水之积也不厚，则其负大舟也无力。“

该部分，是嵌入式领域的基石，只有将基础打牢，才能负得起Linux泰坦号。

四

STM32进阶篇

STM32是C51的进阶版，拥有C51的基础知识，开发STM32会得心应手。

STM32的系统架构以及硬件设计相比于C51来说，都是上升了一个维度的，这也是为什么我推荐入门学习C51的原因。

以STM32F407平台为基础，去学习目前嵌入式主流的一些技术，探寻底层的原理，做到不同平台，都能够得心应手。

4.1、学习内容

• 基础练习

该部分，主要练习：点亮LED灯、GPIO的输入输出操作、中断操作、UART通信、IIC通信等

• 进阶练习

该部分，主要练习：DMA通信、SPI通信、CAN通信、LCD显示屏，ADC等

• 高阶练习

该部分，主要学习：STM32时钟架构、总线架构、电源管理、代码框架、SDIO通信、USB通信等。

4.2、学习建议

• 对于基础练习，主要目的是为了方便让我们从C51到STM32环境的过渡。

• 对于进阶练习，主要练习一些通信类相关的协议，可以结合一些传感器进行开发。

• 对于高阶练习，主要目的是为了熟悉单片机的设计架构，编程的框架，以及一些更复杂的通信技术。

另外，STM32会有寄存器和库函数两个版本，建议交叉学习，理解会更加深刻。

4.3、学习资料

STM32单片机：推荐正点原子、野火的STM32F103或者STM32F407系列。

两家的学习资料都非常丰富，既有详细的文档说明，也有完整的学习视频教程，非常适合新手入门学习。

俗话说：“有道无术，术尚可求，有术无道，止于术”。要明白道和术的区别，不要本末倒置。

五

小而美的RTOS

RTOS，实时操作系统，可以理解为STM32与Linux之间的桥梁，由于其实现思想大都取之于Linux，所以也称之为精简版的Linux。

我们常用的有实时操作系统有：UCOS，VxWork，FreeRtos，近些年RT-Thread也异军突起。

学习这些简单的嵌入式系统，一来能够帮助我们为学习Linux操作系统打下基础，二来也能够扩宽我们的职业道路。

前面也说过了，无论是UCOS、FreeRtos、Rt-thread，其内部的设计思想大同小异，下面主要以Ucos为例。

5.1、学习内容

• 实时系统学习

该部分，主要学习：移植Ucos系统、多任务管理、调度算法、消息队列、信号量互斥量、事件、内存管理等。

5.2、学习建议

• 对于实时系统学习，除了上述的那些核心知识点外，还要结合2.1 基础必备知识的操作系统书籍加深理解。

5.3、学习资料

RTOS的学习：依旧推荐正点原子，野火，因为这些实时操作系统开发，可以基于STM32开发板，同时也有非常详细的文档和视频教学。

六

ARM+Linux篇

学习完RTOS后，基本嵌入式所涉及的技术已经掌握一半了，你也可以独立完成一些小的项目，也可以找到一个不错的工作，但是一定不要自我满足，有机会一定要接触Linux。

还是那句话：ARM+Linux，也是最为复杂的东西，如果你不去接触Linux，你永远不知道嵌入式的魅力。

Linux开发又分为驱动开发，内核开发，应用开发，每一个方向都需要几年甚至几十年的积累。

作为初学者，我们要做的就是宏观了解，扩大我们的知识面，然后去选择自己感兴趣的方面。

6.1、学习内容

• Linux基础篇

该部分主要学习：Linux常用命令、VIM学习、Linux的Shell编程、Gcc编译、Makefile等。

• 驱动篇

该部分主要学习：内核模块编译原理、字符设备驱动框架、平台设备驱动、设备树、Pinctrl子系统、I2C子系统、中断子系统、块设备驱动框架、Bootloader等

• 内核篇

该部分主要学习：系统调用、存储管理、进程管理、内存管理、文件管理等。

• 应用篇

该部分主要学习：QT编程、TCP/IP协议、HTTP协议等。

6.2、学习建议

• 对于基础学习，刚接触到Linux，一般比较难上手，与之前的单片机完全不同，需要一个熟悉环境的过程。

• 对于驱动学习，重要在于明白“如何在Linux环境下编写驱动程序”，驱动的底层原理还是那样，加了一层层的框架，需要我们去熟悉。

• 对于内核学习，上述也是系统的几大核心特色，重点在于"如何使Linux性能最优"

• 对于应用学习，上述的几个方面也是基础，重点还在于开发什么应用，去学习哪方面的知识，没有定论。

对于Linux，有句老话“学习Linux，3年才算入门，5年才勉强算Linux工程师，对于不太熟悉的领域，博主也不敢妄加断言。”

6.3、学习资料

• 对于基础学习，推荐《鸟哥的Linux私房菜》，《Unix环境高级编程》等入门书籍。

• 对于驱动开发，推荐《Linux设备驱动开发详解》，Linux内核源码详解等。

• 对于内核学习，推荐《Linux Shell脚本攻略》、《深入理解Linux内核》等。

• 对于应用开发，推荐《嵌入式Linux应用开发完全手册》、《Unix网络编程》等。

• 另外，推荐正点原子，野火，韦东山三个Linux开发教程，韦老师的课程好评居多，但还是看哪个更适合自己。

七

总结

全文整体的学习路线：嵌入式基础学习 -> 51单片机 -> STM32单片机 -> RTOS篇 -> ARM+Linux

每一个部分，也都从学习内容，学习建议，学习资料三个方面来展开，层层深入，步步指引。

文章既是我的学习历程，又结合了一些大佬的学习分享，不断调整总结出来的，如有异同，欢迎留言讨论。

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