嵌入式學習深入理解 名人許雪松專訪
時間：2015-12-17 來源：未知
15歲開始接觸計算機編程，18歲學習C/C++編程，迄今已十多年有余，并參與大大小小幾十個項目的開發(fā)及維護。涉及工業(yè)自動化、嵌入式計算機以及逆變器等領域。尤其擅長RTOS，如uC/OS-II、RTEMS，翻譯RTEMS官方文檔近千頁，擅長測量電路和開關(guān)電源的設計，現(xiàn)在擔任公司團隊設計電池測試產(chǎn)品和大功率逆變器產(chǎn)品，看看這位資深人士的分享內(nèi)容。
在嵌入式學習過程中，對于非常熟悉Windows這樣的操作系統(tǒng)，但卻不一定熟悉嵌入式系統(tǒng)中常用的RTOS，嵌入式和事實系統(tǒng)是一種什么樣的?
嵌入式系統(tǒng)是為了特定應用高度定制的軟件硬件計算機系統(tǒng)。從廣義的去理解，只要被定制，都可以算作嵌入式系統(tǒng)。如今，在家用的x86系統(tǒng)上，跑一個類似VxWorks、RTEMS等操作系統(tǒng)，當成一個家庭網(wǎng)關(guān)都可算是嵌入式系統(tǒng)。有時候，同行認為真正的嵌入式系統(tǒng)硬件也必須按照應用去定制。操作系統(tǒng)就是個資源的管理器。管理計算機上的全部資源，如CPU的計算時間、內(nèi)存、IO等。實時操作系統(tǒng)簡單的說，計算結(jié)果不僅依賴于計算結(jié)果的正確性，還依賴于結(jié)果計算完成的時間。
嵌入式學習過程中，對于嵌入式系統(tǒng)實時性要求高，對于所有滿足一定的速度是否都可稱為實時系統(tǒng)?
很多廠家并不需要RTOS，前后臺也能滿足其需要，但他們還是用了RTOS。實時操作系統(tǒng)的高效是為嵌入式系統(tǒng)廣為接受的一個很重要的原因。高效有兩層意思，一是用任務可以封裝開發(fā)的邏輯，使應用層代碼邏輯更加完整，減小開發(fā)難度，代碼的復用程度會變高;二是，RTOS代碼都比較簡潔，算法的空間雜度和時間雜度都很小，能將MCU的絕大部分資源都留給應用層。反過來，大量的應用促使RTOS更加的可靠、更加的精煉，實時性也會更好。當然，如醫(yī)療電子、航天電子和工業(yè)控制本身，有許多計算是依賴于時間的，對實時性要求非常苛刻。
嵌入式編程相比PC編程，具有哪些復雜性?在嵌入式學習中應當如何開始和深入?
嵌入式開發(fā)大的挑戰(zhàn)是軟件硬件同時成熟，出了問題容易踢皮球，影響開發(fā)時間。然而，對于軟件開發(fā)者來說，大的問題莫過于軟件代碼的撰寫。PC平臺的封裝非常完善，應用也非常廣泛，沒有明顯的錯誤，極其穩(wěn)定。嵌入式平臺幾乎沒這樣的資源和封裝級別，且和一些寄存器相關(guān)。這些寄存器配置的順序，值都有嚴格的規(guī)定，嚴格按照datasheet的要求做。嵌入式代碼全新開發(fā)得太多，自身也有個成熟的過程，也存在著很多方面的問題。例如：代碼的應用層和底層耦合、應用層的使用不當和造成底層順序錯誤等等。嵌入式調(diào)試成本很高，調(diào)試手段相比PC也比較單一，對從業(yè)人員的要求更高，這都增加了嵌入式的復雜性。
對于嵌入式學習來講，在嵌入式開發(fā)中，對于硬件開發(fā)平臺來講，F(xiàn)PGA，ARM，DSP等等，哪個更好，對于初學者來講，想要學習ARM開發(fā)板，該如何去選購?
FPGA和MCU是嵌入式開發(fā)的兩個不同領域：前者硬件多、后者軟件多，應用的行業(yè)領域和背景知識差別很大。兩者相互不能完全替代。一般來說，F(xiàn)PGA相對于MCU的市場，較為小眾。至于DSP，它是以計算見長的一類MCU，并不適合跑調(diào)轉(zhuǎn)指令太多的事務代碼，會打斷流水線，優(yōu)勢體現(xiàn)不出來。所以，DSP的應用和一般的MCU用法略有不同，比較側(cè)重計算、優(yōu)化。
在嵌入式學習中，嵌入式開發(fā)的開發(fā)板是否一定要買?是否有比較好的硬件模擬器?
可以直接在x86上做。我買過開發(fā)板，但是買了之后，就放在屋子里睡覺，因為可以直接使用x86平臺做目標平臺。虛擬平臺差異很大。目前，x86是虛擬做得好的平臺，可以在x86上實現(xiàn)所有的驅(qū)動。ARM的平臺虛擬水平也要看具體型號。我曾今參加一個開源項目，將RTEMS移植到QEMU mini2440上，可惜QEMU mini2440 的虛擬器或多或少仍有點問題，但也可以解決大部分的問題。可對于學習操作系統(tǒng)的朋友，去解決虛擬平臺的問題，有些不靠譜。所以，真心想學習的，就把x86當作嵌入式平臺去寫代碼。畢竟，能比x86這種嵌入式還要復雜的系統(tǒng)，也是屈指可數(shù)的，其含金量毋庸置疑。
在嵌入式學習過程中，在這些常用的嵌入式系統(tǒng)中，如何來更好地選擇適合自己的系統(tǒng)?
uC/OS，F(xiàn)reeRTOS、rt-thread、VxWorks、ThreadX、RTEMS、ECOS。不下上百種。在這些系統(tǒng)中選擇自己的系統(tǒng)可不是件容易的事情。學習的朋友，我推薦uC/OS，有相關(guān)書籍，網(wǎng)上的資源也比較多。uC/OS僅僅是一個處理器時間的分配器，簡單、易學。學好了，觸類旁通，其他的也復雜不了多少。由于商業(yè)應用比較復雜，涉及工具鏈、商業(yè)授權(quán)、維護、可靠性、易用性等問題。商業(yè)應用的朋友我建議開源免費的就選擇發(fā)展時間比較長的系統(tǒng)，如RTEMS、ECOS這種系統(tǒng)，或者直接選擇有商業(yè)服務的系統(tǒng)。
嵌入式學習中，在眾多實際操作系統(tǒng)中，你為什么選擇RTEMS?現(xiàn)在還有開發(fā)用到RTEMS嗎?如果初學者想精通一門RTOS , 應該從RTEMS開始，這種辦法可行么?
RTEMS的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計非常精巧，是一個知識的寶庫。舉個例子，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里，雙向空鏈表插入第一個元素時與插入第二個元素操作很不一樣。在RTEMS里，用特殊的技巧使得不需要做這種判斷，直接插入就好。又如堆的管理、重復釋放申請的指針，不會產(chǎn)生任何問題。而在uC/OS里，這是致命的。雖然RTEMS是上個世紀80年代末開發(fā)的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的組織從今天的角度來看，仍然是非常先進的，是個含金量非常高的系統(tǒng)。
RTEMS的代碼量比Linux小，又比uC/OS這種系統(tǒng)大幾個數(shù)量級。其開發(fā)難度和應用難度相對較高。初學者若是有堅實的基礎，可以從RTEMS開始學習;基礎較差朋友，若有RTEMS的熟手帶，也是可以的。否則不建議這樣做，會挫傷學習的積極性，形成惡性循環(huán)。
