嵌入式系统知识系统讲解

1 嵌入式系统的知识体系

嵌入式系统的应用范围可以大概分为两大类：电子系统的智能化（工业 控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等），计算机应用的延伸（MP3、手机、通信、网络、计算机外围设备等）。从这些可以看出， 要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入/输出外围电路、人机接口设计。软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计。行业知识需要通过协作、交流与总结获得。

概括地说，学习以MCU为核心的嵌入式系统，需要以下软硬件基础知识与实践训练：

①硬件最小系统（电源、晶振、复位、写入调试接口）;

②通用I/O（开关量输入/输出，涉及各种二值量检测与控制）;

③模/数转换（各种传感器信号的采集与处理，如红外、温度、光敏、超声波、方向等）;

④数/模转换（对模拟量设备利用数字进行控制）;

⑤通信（串行通信接口SCI、串行外设接口SPI、集成电路互联总线I2C、CAN、USB、嵌入式以太网、ZigBee技术等）;

⑥显示（LED、LCD等）;

⑦控制（控制各种设备，包括PWM等控制技术）;

⑧数据处理（图形、图像、语音、视频等的处理或识别）;

⑨各种具体应用。

万变不离其宗，任何应用都可以归入这几类。而应用中的硬件设计、软件设计、测试等都必须遵循嵌入式软件工程的方法、原理与基本原则。所以，嵌入式软件工程也是嵌入式系统知识体系的有机组成部分，只不过它融于具体项目的开发过程之中。

以上涉及硬件基础、软件基础及相关领域知识。计算机语言、操作系统、开发环境等均是达到这些目的的工具。有些初学者，容易把工具的使用与所要达到的真正目的相混淆。例如，有的学习者学了很长时间的嵌入式操作系统移植，而不实际开发嵌入式系统产品，到最后连一个嵌入式系统的小产品也做不好，偏离了学习目标，甚至放弃嵌入式系统领域。这就是进入了嵌入式系统学习误区，下面对此作一些分析。

2 嵌入式系统的学习误区

关于嵌入式系统的学习方法，因学习经历、学习环境、学习目的、已有的知识基础等不同，可能在学习顺序、内容选择、实践方式等方面有所不同。但是，应该明确哪些是必备的基础知识，哪些应该先学，哪些应该后学;哪些必须通过实践才能获得;哪些是与具体芯片无关的通用知识，哪些是与具体芯片或开发环境相关的知识。

由于微处理器与微控制器种类繁多，也可能由于不同公司、机构出于自身的利益，给出一些误导性宣传，特别是我国嵌入式微控制器制造技术落后，使得人们对微控制器的发展，在认识与理解上存在差异，导致一些初学者进入嵌入式系统的学习误区，浪费了宝贵的学习时间。下面分析可能存在的几个误 区。

2.1 操作系统的困惑

如果说，学习嵌入式系统不是为了开发其应用产品，那就没有具体目标，那学习方法这样的问题也就不必说了。实际上，这正是许多人想学，又不知从何开始学习的关键问题所在，不知道自己学习的具体目标。于是，看了一些培训广告，看了书店中种类繁多的嵌入式系统书籍，或上网以"嵌入式系统"为关键词进行查询，就参加培训或看书，开始"学习起来"。对于有计算机阅历的人，往往选择一个嵌入式操作系统就开始学习了。这有点像"瞎子摸大象"，只了解其一个侧面。这样如何能对嵌入式产品的开发过程有全面了解呢？针对许多初学者选择"XXX嵌入式操作系统+XXX处理器"的嵌入式系统入门学习模式，认为是不合适的。建议是：首先把嵌入式系统软件与硬件基础打好了，再根据实际需要，选择一种实时操作系统（RTOS）进行学习实践。要记住：RTOS是开发某些类嵌入式产品的辅助工具，是手段，不是目的;许多类嵌入式产品，并不需要RTOS。所以，一开始就学习RTOS，并不符合"由浅入深、循序渐进"的学习规律。

RTOS本身由于种类繁多，实际使用何种RTOS，一般需要由工作单位确定。基础阶段主要学习RTOS的基本原理与RTOS上的软件开发方法，而不是学习如何设计RTOS。以开发实际嵌入式产品为目标的学习者，不要把过多的精力花在设计或移植RTOS上面。正如很多人使用Windows操作系统，而设计Windows操作系统的只有Microsoft。许多人"研究"Linux，但不使用它，浪费了时间。人的精力是有限的，学习必须有所选择。

2.2 硬件与软件的困惑

以MCU为核心的嵌入式技术的知识体系必须通过具体的MCU来体现、实践。但是，选择任何型号的MCU，其芯片相关的知识只占知识体系的20%左右，80%左右是通用的软件硬件及相关知