如何才算嵌入式工程師入門(mén)了？

嵌入式應(yīng)用工程師是一個(gè)軟硬件兼顧的職業(yè)。當(dāng)然，到了具體的工作崗位可能會(huì)有嵌入式硬件工程師和嵌入式軟件工程師之分等。不管怎么細(xì)分，只要是做嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的，你設(shè)計(jì)的軟件就要在硬件上跑，你不熟悉硬件平臺(tái)可以嗎？你設(shè)計(jì)的硬件，也要考慮軟件上面的事情，沒(méi)有一定軟件設(shè)計(jì)思維也是不行的。

對(duì)于一個(gè)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的入門(mén)者來(lái)說(shuō)，是沒(méi)有軟件和硬件的偏向之分的，至少我是這樣認(rèn)為。因?yàn)閷?duì)于基礎(chǔ)的技能，必要有一個(gè)全面的掌握，這樣你才能在嵌入式開(kāi)發(fā)的道路上走得更遠(yuǎn)，才能具備從入門(mén)走向優(yōu)秀的可能。

那么，如何才算是嵌入式工程師入門(mén)了呢？

我認(rèn)為，至少能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)和制作出一款嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，就算是很少很小的系統(tǒng)也可以。

那么，要完成一款嵌入式應(yīng)用小系統(tǒng)，你至少要做下面的一些工作：

1. 設(shè)計(jì)并確定系統(tǒng)的功能模塊，形成設(shè)計(jì)概要文檔。

2. 選擇嵌入式微處理器，確定系統(tǒng)的功能框圖。

3. 對(duì)主控芯片的引腳進(jìn)行定義，形成引腳功能分配表。

4. 根據(jù)功能框圖，對(duì)主要的元器件進(jìn)行選型。

5. 設(shè)計(jì)并確定各個(gè)功能模塊的電路原理圖。

6. 利用Protel等電路設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)電路原理圖。

7. 原理核查無(wú)誤，開(kāi)始設(shè)計(jì)PCB圖，并形成BOM表。

8. 選擇合適的廠商，委托其制作電路板，并購(gòu)買電子元器件。

9. 焊接電路板，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試，確保不短路、無(wú)虛焊等。

10. 編寫(xiě)程序，對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行測(cè)試，確定都能正常跑起來(lái)。

11. 編寫(xiě)和測(cè)試相應(yīng)的應(yīng)用程序。

12. 整理資料，形成開(kāi)發(fā)文檔，如有必要，還可以記錄自己的開(kāi)發(fā)心得。

也許有人要問(wèn)，入個(gè)門(mén)真的要這么復(fù)雜嗎？現(xiàn)在有很多培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，上來(lái)就學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)、項(xiàng)目應(yīng)用開(kāi)發(fā)，既高端又快速。我也不否認(rèn)，這也是一條嵌入式應(yīng)用快速成長(zhǎng)的途徑。如果你具備了上面描述的能力之后，再去接受培訓(xùn)，那不是更容易理解培訓(xùn)內(nèi)容，成長(zhǎng)的不是更快嗎？

《大學(xué)》里面有句話：“物有本末、事有終始，知所先后，則近道矣”。我始終認(rèn)為，對(duì)于一個(gè)初學(xué)者或者人門(mén)的人，必須有扎實(shí)的基礎(chǔ)，才能真正的從入門(mén)邁向優(yōu)秀。

【入門(mén)都需要學(xué)習(xí)哪些基礎(chǔ)技能呢？】

對(duì)于一個(gè)入門(mén)的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，再努力也不為過(guò)。我想要達(dá)到上面所描述的能力，成為一個(gè)真正嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的入門(mén)者，可能要掌握下面幾項(xiàng)基礎(chǔ)知識(shí)和必備技能，大家可以參考一下：

《1》理解三門(mén)基礎(chǔ)課程：電路分析、模擬電路和數(shù)字電路

嵌入式系統(tǒng)，上面都是電子元器件，都離不開(kāi)電流和電壓。在學(xué)習(xí)這些課程的時(shí)候，你可能覺(jué)得毫無(wú)用處。但當(dāng)你去設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，或者處理一個(gè)系統(tǒng)的硬件故障時(shí)，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)需要借助這些課程的知識(shí)了。

在讀書(shū)的時(shí)候，我最討厭這三門(mén)課，而且當(dāng)時(shí)覺(jué)得都是理論，毫無(wú)實(shí)際用處。特別是電路分析，相當(dāng)?shù)某橄?。?duì)于這三門(mén)課，我并不認(rèn)為在開(kāi)始就要把它們讀透，當(dāng)然你有這個(gè)毅力和能力最好不過(guò)。對(duì)于初學(xué)者，我倒覺(jué)得可以采用迭代學(xué)習(xí)的方法。

在初學(xué)的時(shí)候，最起碼要把基本的東西弄懂。相對(duì)來(lái)說(shuō)，電路分析要求沒(méi)有太多，懂得簡(jiǎn)單的電路分析方法就夠了。模電和數(shù)電要求會(huì)多一些，最起碼半導(dǎo)體、三極管、典型的運(yùn)放電路、振蕩電路、濾波電路、電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字編碼電路等等這些常用的電路要掌握。不然，你在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，就是無(wú)米之炊了。

在將來(lái)設(shè)計(jì)和處理問(wèn)題的時(shí)候，如有需要，就回頭找資料，翻書(shū)本，既可以吸收學(xué)習(xí)新的知識(shí)，又可能加深鞏固舊的內(nèi)容。如此反復(fù)以往，在不久的將來(lái)，一定能都透徹理解這些課程，而且會(huì)有新的理解和深刻的認(rèn)識(shí)。ADI公司的工程師寫(xiě)了一本書(shū)《嵌入式系統(tǒng)中模擬設(shè)計(jì)》，我認(rèn)為不錯(cuò)，有興趣的不妨看看。

《2》掌握常用的元器件的選用方法與其典型的電路應(yīng)用

俗語(yǔ)講：巧婦難為無(wú)米之炊。一個(gè)理論知識(shí)豐富的工程師，如果對(duì)元器件的原理和應(yīng)用不熟悉，是很難設(shè)計(jì)出好的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的。這就猶如一個(gè)好的醫(yī)生，能夠正確分析病理，找到病癥，可以不懂藥物，開(kāi)不出藥方，一樣治不好病。

這個(gè)能力如何才能具備呢？

只能靠平時(shí)不斷積累，而且是貫穿整個(gè)嵌入式開(kāi)發(fā)生涯，我想別無(wú)他法了。

在這個(gè)地方，我有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)可以和大家分享：養(yǎng)成做開(kāi)發(fā)筆記的習(xí)慣。

拿一個(gè)好的筆記本，無(wú)論是學(xué)習(xí)還是開(kāi)發(fā)過(guò)程中，遇到新的元器件應(yīng)用，就將其記錄在本子上。這個(gè)記錄至少包括：元器件的引腳圖，封裝圖，重要的電氣特性，結(jié)構(gòu)原理，應(yīng)用電路，如果涉及接口編程的，要把核心的程序記錄下來(lái)，最好還能將你的開(kāi)發(fā)體會(huì)記錄下來(lái)，或者將別人的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)也可記錄下來(lái)。

倘若能夠一直堅(jiān)持下去，這個(gè)筆記本就會(huì)成為你的一個(gè)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)寶典。日后在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，需要什么元器件，翻一下筆記本，就什么都有了，總比你去翻數(shù)據(jù)手冊(cè)強(qiáng)，要知道一本數(shù)據(jù)手冊(cè)可有好幾百頁(yè)的。

《3》熟練掌握一款電路設(shè)計(jì)軟件以及電路設(shè)計(jì)原則

嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)首選要通過(guò)硬件表現(xiàn)出來(lái)，有了硬件平臺(tái)才能在上面編寫(xiě)代碼，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。要制作硬件平臺(tái)，首選要設(shè)計(jì)硬件電路。這就要求你能熟練使用電路設(shè)計(jì)軟件，以及懂得一些軟件設(shè)計(jì)的規(guī)則。

目前常用的電路設(shè)計(jì)軟件有不少，不過(guò)常用的也就是Protel，也有很多公司用Designer，不過(guò)兩者很接近，會(huì)用其中一款，掌握另外一款很容易。對(duì)于工具軟件，只要多用就會(huì)熟練的了?，F(xiàn)在網(wǎng)上教程很多，很容易學(xué)習(xí)的。我在網(wǎng)上有一個(gè)文章《物聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)實(shí)訓(xùn)-攻略手冊(cè)（2016版）》，不過(guò)講的是Protel99軟件的使用。這是一個(gè)99年的軟件工具，你可不要小看它，短小精悍，現(xiàn)在還有不少公司的工程師在使用能。初學(xué)者就應(yīng)該從簡(jiǎn)單和經(jīng)典的入手。

對(duì)于電路設(shè)計(jì)原則，網(wǎng)上有很多文章，也有不少書(shū)籍。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，不會(huì)涉及高速和高頻的電路，在布局走線和地線設(shè)計(jì)上沒(méi)有太多的講究，只要合理、美觀就可以了，當(dāng)然線不能太細(xì)，線寬也不能太窄，起碼要符合制版公司的生產(chǎn)要求。這也是一個(gè)積累的過(guò)程，隨著你學(xué)習(xí)的深入，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的豐富，這部分知識(shí)也就悄悄的多起來(lái)了。

電路板設(shè)計(jì)出來(lái)了，還要親自發(fā)出去生產(chǎn)一下，通過(guò)這個(gè)過(guò)程，你會(huì)了解到生產(chǎn)電路板的一些工藝要求，以及體會(huì)一個(gè)設(shè)計(jì)者如何與生產(chǎn)者溝通。在這個(gè)過(guò)程中，你知道了選擇多厚的板，為什么要開(kāi)鋼網(wǎng)，什么叫郵票孔，怎么樣拼板，要不要飛針測(cè)試，面積大的電路板原來(lái)還有菲林費(fèi)。。。。。。。

《3》必須精通C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和典型的設(shè)計(jì)思路

如果你不去做系統(tǒng)移植的工作，C語(yǔ)言基本可以滿足你對(duì)硬件系統(tǒng)的所有編程要求。C語(yǔ)言是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一個(gè)工具，對(duì)工具使用的熟練程度，直接影響系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)程度。所以，我認(rèn)為必須要精通C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，而不是會(huì)或者掌握。嵌入式C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)還是有一些不同的地方，這個(gè)大家需要體會(huì)一下。在標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言應(yīng)用中，宏定義、條件編譯、頭文件這些知識(shí)點(diǎn)并不被重視，但在嵌入式系統(tǒng)中卻確隨處可見(jiàn)。在嵌入式開(kāi)發(fā)中，很多時(shí)候要對(duì)寄存器進(jìn)行操作，所以在指針?lè)矫娴膽?yīng)用也會(huì)很多。如果是數(shù)據(jù)采集或者物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，可以涉及到到大數(shù)組的處理，而在進(jìn)行協(xié)議解析的時(shí)候，又要在大數(shù)組中，對(duì)很多小字段進(jìn)行處理，對(duì)于RAM區(qū)不足的處理器，你還不能夠定義小數(shù)組來(lái)處理小字段，只能運(yùn)用指針設(shè)計(jì)算法。

對(duì)于簡(jiǎn)單的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，我們可自己從頭到尾自己編寫(xiě)一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用程序，而對(duì)于復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，就需要移植一個(gè)操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行任務(wù)管理了。對(duì)于嵌入式初學(xué)者來(lái)說(shuō)，能達(dá)到前者水平就可以了。要自己獨(dú)立編寫(xiě)一個(gè)合理的應(yīng)用程序也不是一個(gè)簡(jiǎn)單的事情。目前這方面的資料和書(shū)籍有很多，我三兩句也講不清楚，不妨推薦兩本書(shū)給大家參考一下：

1.安德魯。凱尼格的《C陷阱與缺陷》

2.周航慈的《基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)技術(shù)（第2版）》

《4》理解51單片機(jī)的原理結(jié)構(gòu)并進(jìn)行編程訓(xùn)練

對(duì)于這一點(diǎn)有不少人會(huì)提出質(zhì)疑，也有人認(rèn)為沒(méi)有必要，這是在浪費(fèi)時(shí)間，這說(shuō)的有一定道理。但對(duì)于初學(xué)者，我認(rèn)為還是要從最簡(jiǎn)單、最經(jīng)典的入手。首先，51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但是極具代表性，很多嵌入式微處理器都由51內(nèi)核演變過(guò)來(lái)；其二，關(guān)于51單片機(jī)的學(xué)習(xí)資料很多也很容易獲得，學(xué)習(xí)成本很低；其三，當(dāng)前不少SOC片上系統(tǒng)都是采用51內(nèi)核作為處理部分，不見(jiàn)得過(guò)時(shí)。

當(dāng)前不管是簡(jiǎn)單的8微處理器還是32為ARM處理器，都是一種“內(nèi)核+外設(shè)”的結(jié)構(gòu)，其中的差異是內(nèi)核的性能高低和外設(shè)的復(fù)雜程度。當(dāng)然，51單片機(jī)也是“內(nèi)核+外設(shè)”的結(jié)構(gòu)，只不過(guò)性能低，外設(shè)少而已。雖然在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)很少了，但作為學(xué)習(xí)平臺(tái)，特別是入門(mén)學(xué)習(xí)那是相當(dāng)合適的。我相信當(dāng)前很多高校都還在用51單片機(jī)作為主流的教學(xué)平臺(tái)呢。

51單片機(jī)雖小，但五臟俱全。4個(gè)8位的I/O端口，其中P3口作為復(fù)用端口；2個(gè)外部中斷輸入，2個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，1個(gè)串行接口。內(nèi)部有5路中斷，由IE寄存器進(jìn)行使能選擇，由IP寄存器進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)定?？雌饋?lái)與現(xiàn)有主流的處理器結(jié)構(gòu)好像相差不大，只是少了一些外設(shè)，中斷處理好像有些差別等等。

就我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，熟悉51單片機(jī)的原理和應(yīng)用之后，再去接觸當(dāng)前的主流單片機(jī)或32位的ARM處理器（沒(méi)有上操作系統(tǒng)的32為處理器只不過(guò)是款復(fù)雜的單片機(jī)），是相當(dāng)容易上手的。當(dāng)然，你不從51單片機(jī)入手，直接找一個(gè)主流的8位單片機(jī)入門(mén)學(xué)習(xí)也是可以的?，F(xiàn)在很多微處理器提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境都很智能了，可以輔助你生成一些程序框架。就開(kāi)發(fā)者而言，能夠加快你開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。然而，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，由于集成開(kāi)發(fā)環(huán)境輔助做了一些工作，封裝了部分的代碼，反而不利于對(duì)知識(shí)的理解和學(xué)習(xí)。

《5》掌握一款主控微處理器的開(kāi)發(fā)并掌握常用接口模塊的設(shè)計(jì)

上面說(shuō)的51單片機(jī)學(xué)習(xí)只是讓你能更好的入門(mén)而已。在實(shí)際的應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，用到51單片機(jī)的場(chǎng)合并不多，所以，還得掌握一款主流微處理器的開(kāi)發(fā)。由于有了前面單片機(jī)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，再去掌握一款新的微處理器會(huì)很容易。在這個(gè)部分，主要的精力不再是微處理器本身的學(xué)習(xí)，而是借助這個(gè)微處理器去進(jìn)行一個(gè)經(jīng)典應(yīng)用和常用接口模塊的學(xué)習(xí)。

如果說(shuō)元器件電路模塊是硬件資源的積累，那么，常用接口模塊驅(qū)動(dòng)程序則是軟件資源的積累。

將來(lái)在你的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可能用到很多新的芯片和元器件，只要它的接口是SPI接口、IIC接口、設(shè)置串口等你熟悉的接口，那么對(duì)于你來(lái)說(shuō)，它就是一個(gè)舊芯片和元器件。因?yàn)槲⑻幚砥髅鎸?duì)的不是芯片，而是接口。對(duì)外設(shè)芯片的操作本質(zhì)上就是通過(guò)數(shù)據(jù)接口設(shè)置外設(shè)芯片的寄存器而已。不管是多么先進(jìn)或多么新穎的外設(shè)芯片，只要用的典型接口，那么通過(guò)接口驅(qū)動(dòng)程序建立數(shù)據(jù)通道，按照數(shù)據(jù)手冊(cè)對(duì)寄存器進(jìn)行操作，很快就可以應(yīng)用自如了。

所以說(shuō)，熟練的掌握各種接口的編程和常用模塊的設(shè)計(jì)，是多么的關(guān)鍵。

《6》掌握一些常用工具的使用并具備一定的焊接能力

掌握一些常用的軟硬件工具，是調(diào)試必備的技能。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，不要急著去研究頻譜分析儀、數(shù)字毫伏表這些高端的工具，只需要掌握普通常用的工具就足夠了。硬件上面，萬(wàn)用表和示波器是必須要掌握的，能用數(shù)字電源和信號(hào)發(fā)生器那是最好的了。對(duì)于一些特殊的工具，等你做到相應(yīng)的應(yīng)用的時(shí)候再去使用都不晚，當(dāng)你要設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的熱電偶數(shù)據(jù)采集器，你才會(huì)使用到熱電偶校準(zhǔn)器。除了硬件工具之外，我們還得掌握一些常用的軟件工具，最典型的就是“串口助手”了，如果你要做以太網(wǎng)方面的應(yīng)用，你還得會(huì)使用以太網(wǎng)抓包工具，抓取網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

另外，你還需要具備一定的焊接能力，至少能焊接0.65mm間距的SSOP封裝的芯片?，F(xiàn)在也有不少芯片采用QFN封裝的，看起來(lái)很難焊，實(shí)際上掌握了要點(diǎn)，手工焊接也是很快的。不用說(shuō)對(duì)于初學(xué)者，就是是在小企業(yè)的嵌入式工程師來(lái)說(shuō)，可能都沒(méi)有專門(mén)的焊接人員配備給你，所以，很多時(shí)候都得自己焊接元器件，最起碼在進(jìn)行硬件調(diào)試的時(shí)候，要拆下來(lái)，焊接上去的時(shí)候，你總不能等別人幫忙，或者老是去麻煩別人呀。

《7》自己親自設(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)習(xí)板并進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)

我覺(jué)得這是每一個(gè)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)入門(mén)者的成人禮。當(dāng)你能夠按照上面所描述的步驟完整這個(gè)過(guò)程的時(shí)候，說(shuō)明你已經(jīng)正真的踏進(jìn)了嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的門(mén)檻。然而，完成嵌入式工程師入門(mén)僅僅是一個(gè)事業(yè)的開(kāi)端，后面還需不斷進(jìn)取，在入門(mén)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植、驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)、實(shí)際項(xiàng)目的磨練，小步快跑，迭代升級(jí)，才能向一個(gè)真正優(yōu)秀嵌入式工程師邁進(jìn)。

【小結(jié)及其他】

嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)涉及的知識(shí)點(diǎn)很多，初次接觸往往感到無(wú)從下手。沒(méi)錯(cuò)，與一些高級(jí)編程語(yǔ)言“易懂難精”的情況相比，嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的入門(mén)是比較難的，但是，隨著知識(shí)的積累和經(jīng)驗(yàn)的豐富，后面的路會(huì)越走越寬，越走越順。廣大的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)入門(mén)者應(yīng)該充滿信心。我一直都認(rèn)為嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)就像一場(chǎng)馬拉松，必須一步一個(gè)腳印，積蓄能量，逐步進(jìn)階，才能越走越遠(yuǎn)的。

有一些朋友會(huì)參加知名培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的嵌入式課程，一開(kāi)始就在功能復(fù)雜的開(kāi)發(fā)平臺(tái)上學(xué)習(xí)移植操作系統(tǒng)，編寫(xiě)底層驅(qū)動(dòng)程序，切入大型嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)等等，起步很快，學(xué)習(xí)的內(nèi)容也很潮，做得實(shí)驗(yàn)也很高端，當(dāng)然在他們之中，有很多人是相當(dāng)出色，工作也會(huì)非常優(yōu)秀。然而，他們的起點(diǎn)很高，效果可能也很好，但是，我始終認(rèn)為還是要有一些扎實(shí)的基礎(chǔ)作為支撐的。如果在一場(chǎng)馬拉松中沒(méi)有足夠的能量?jī)?chǔ)備，一旦跑得太快，后面可能會(huì)跑得不遠(yuǎn)。

時(shí)代不斷進(jìn)步，科技不斷發(fā)展。嵌入式應(yīng)用工程師也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，密切關(guān)注行業(yè)動(dòng)向，偶爾要去參加一下芯片廠商舉辦的產(chǎn)品發(fā)布會(huì)或講座，更新知識(shí)，認(rèn)識(shí)同行；每年去看看一些大型的電子展會(huì)，開(kāi)拓思維，開(kāi)開(kāi)眼界。
編輯：hfy