嵌入式学习全攻略:从方法到逻辑的详细路线图

发表时间: 2022-09-26 08:52

人们常说:“人生就是一场游戏,我们要做的就是打怪、升级、通关”。对于学习嵌入式来说,其过程也是如此。




前言


最近看到APP上给我推送了很多类似的回答,借此机会,也想着重新审视一下自己的学习历程,以及结合自身和大牛,分享一些学习经验,希望能对大家有所启发和帮助。


本文的主要目的:

  • 提供一张嵌入式学习路线地图
  • 提供不同阶段的学习建议
  • 推荐不同阶段的学习资料


3000余字,耗时1周,建议收藏;码字不易,如有帮助,慷慨三连。


本文将嵌入式学习路线分为几个方面:

  • 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。



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。


嵌入式物联网需要学的东西真的非常多,千万不要学错了路线和内容,导致工资要不上去!

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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,初学者可以先有一个大概,后续做项目时,哪里不懂再补哪里!


这里涉及到一个重要的学习方法:项目导向的学习法



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。



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


  • 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


  • 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。



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。



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


  • 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。



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。


本文既是我的学习历程,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,大家可以留言讨论。


原文链接:
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转载自:嵌入式微处理器

原文链接:从方法到逻辑,超详细的嵌入式学习路线图!

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