保姆式自學嵌入式的終極法典，看完還說學不會的考慮一下自身原因

我們設計一個產品時，是使用單片機還是Linux，取決於成本：硬體成本、軟體成本、維護成本、升級成本。而不應該根據個人偏好來選擇：我喜歡單片機，所以就排斥使用Linux；我喜歡Linux，就排斥使用單片機。為了有更多的選擇，我們需要既懂單片機，又懂Linux。

1.2在硬體操作上單片機和Linux是類似的

以點燈為例，

無論是單片機還是Linux，我們要做的事情都一樣：

看原理圖，確定引腳是哪一個，確定它輸出什麼電平才可以

看晶片手冊，確定要怎麼操作寄存器

寫程序

但是，怎麼編寫程序，單片機和Linux有很大不同。

1.3在單片機中點燈、使用LCD

使用單片機開發程序時，我們一上來就寫一個main函數，下面是一些簡化的代碼：

LED程序裡面的init_led、led_on、led_off函數是你一個人寫的，愛取什麼名就取什麼名，愛怎麼寫就怎麼寫。

LCD程序里的函數也是你寫的，完全是自由發揮。

很多單片機項目不是很複雜，2、3個人從上到下統統搞定，裡面的函數大多時間是直接去讀寫寄存器。

很多單片機項目嚴重依賴於硬體，換一個晶片後怎麼辦？重寫一套代碼唄。

在單片機程序里，沒有應用程式、驅動程序的概念，很可能一個人包攬了硬體設計、模塊調試(或稱之為驅動)、功能開發(或稱之為應用)的全部活。

1.4在Linux中點燈、使用LCD

在Linux中，不允許應用開發人員直接去操作硬體，比如你想點個燈，不好意思，你無法直接訪問寄存器；你需要通過驅動程序來訪問寄存器。

為什麼？有幾大原因：

Linux系統中運行著眾多程序，必須保證質量差的程序無法破壞系統：

假設你寫的程序比較爛，那我不能讓你去隨便訪問寄存器，把系統搞崩潰了怎麼辦？你本意是去點燈，但是你看錯了寄存器，你把電源關了怎麼辦？

所以這些操作硬體的活，還是交給信得過的人來做吧：交給驅動工程師，他既懂硬體又懂軟體。

保證程序的可移植性：

編寫應用程式時，大家都使用統一的函數，以後換一個晶片時，應用程式不用變；只需要根據這個接口提供驅動程序就可以了。

團隊協作：

。使用Linux系統的項目一般比較大，術業有專攻，一個人不太可能從上到下都全部掌握。比如做人臉識別項目，有擅長做圖像處理的，他可不管你要用多少種攝像頭，有圖像給他就可以。而多種攝像頭的硬體操作方法各有不同，這些交給驅動程序工程師。

所以，在Linux中應用程式和驅動程序是分開的。

以LED、LCD程序為例，簡化的代碼如下：

也許你已經大概猜出來了，應用程式怎麼調用驅動程序？通過標準的接口：

open：

打開驅動程序。

read/write：

讀、寫數據。

ioctl：

傳入各種參數，獲得各種參數。

mmap：

內存映射，假如映射之後，應用程式能夠直接讀寫LCD的顯存。

你看！從這些接口裡，我們根本看不到寄存器的操作。底層的程序驅動會依據這些調用，去設置寄存器、操作硬體。

所以，我高大上的應用工程師，幹嘛苦哈哈地去看原理圖、看在片手冊、讀寫寄存器，搞不好還要去調試硬件BUG。這些髒活、累活就交給驅動工程師吧。客戶的需求千變萬化，我996時長都不夠用了。

切，我上懂軟體、下懂硬體的驅動工程師，肯定不能把這麼重要的活交給你去做了，把我的系統搞崩潰了怎麼辦。

開玩笑、開玩笑、開玩笑的，有應用工程師、驅動工程師的優劣之分，大家都是為了做出產品。此時有一個趨勢，一個任務從上到下你都須要懂，這就是所謂的全棧工程師。

還是以LED為例，應用程式和驅動程序的協作如下圖所示：

在Linux中，「一切皆文件」，要訪問某個硬體，也是要打開文件、讀寫文件。應用程式要根據標準的文件接口：open/read/write/ioctl/mmap等來訪問驅動程序。

既然如此，怎麼寫驅動程序呢？最簡單的方法就是：APP要調用open來打開驅動程序，那驅動『程序里就提供一個xxx_open函數來初始化硬體；APP要調用write來寫數據，驅動程序里就提供一個xxx_write函數來接收數據並操作硬體。

用xxx_open、xxx_write來構成一個驅動程序，這就是驅動框架。

怎麼實現這些xxx_open、xxx_write函數？我們要做的事情跟單片機是類似的，一樣要去看電路圖、看晶片手冊，然後在這些函數裡讀寫寄存器：這稱為硬體操作。

所以，Linux驅動程序= 驅動框架 + 硬體操作。

有單片機基礎的人，對硬體操作比較熟悉了，把重點放在驅動框架上就可以。

高能預警：驅動框架可不簡單，對於LED來說是簡單，但是還有更複雜的驅動程序，它要考慮「通用」，這很要命。

第2章嵌入式Linux快速入門

這幾天在群里跟學員聊天，有一位學員的學習方法很好：先觀其廣，再究其深。有時候要「不求甚解」，很多時候保持疑問先學下去，這些疑問就自然解決了。

比如課程中涉及彙編知識，如果你要徹底弄清楚，你需要去學習《ARM架構與編程》；當你學完這本書，你的同學搞不好已經可以上手工作了。

2.1短期的目標是什麼

我們先把學習目標定下來：快速了解嵌入式Linux開發的流程，知道要學什麼，具備跟從業者交流的能力。

2.2一個嵌入式Linux系統的組成

下面我們用類比和邏輯推導出嵌入式Linux系統的組成，沒錯，「推導」。

從上圖可以知道：

組成：

嵌入式Linux系統

= bootloader + linux內核 +根文件系統(裡面含有APP)。

bootloader：

它的目的是啟動內核，去哪等讀內核？讀到哪裡？去Flash等外設讀內核，存到內存里去。所以需要有Flash里外設的驅動能力，為了調試方便還會有網絡功能。

所以，可以認為 booloader =裸機集合，它就是一個複雜的單片機程序。

Linux內核

Linux內核的最主要目的是去啟動APP，APP保存在哪裡？保存在「根文件系統」里。「根文件系統」又保存在哪裡？在Flash、SD卡等設備里，甚至可能在網絡上。所以Linux內核要有這些Flash、SD卡里設備的驅動能力。

不僅如此，Linux內核還有進程調度能力、內存管理等功能。

所以：Linux內核 =驅動集合 +進程調度 +內存管理等。

2.3要學習bootloader嗎

Bootloader有很多種，常用的叫作u-boot。

在實際工作中，對於u-boot根本上是修修改改，甚至不改。但是u-boot自身是很複雜的，假如為了便於調試，它支持網絡功能；有些內核是保存在FAT32分區里，於是它要能解析FAT32分區，讀FAT32分區的文件。

花那麼多精力去進修u-boot，但是工作中根本用不到，這對初學者很不友善。

所以，對於初學者，我建議：了解u-boot的作用、會使用u-boot的命令，這就能夠了。

假如你的工作就是修改、完善bootloader，那麼再去鑽研它吧。

2.4要進修Linux內核、要進修驅動程序嗎

之前我們說過Linux內核 =驅動匯合 +進程調度 +內存管理等，假如要進修Linux內核，從驅動程序入手是一個好辦法。

但是人人都要進修Linux內核、人人都要進修Linux驅動嗎？顯然不是。

作為初學者，懂幾個簡略的驅動程序，有利於工作交流；了解中斷、進程、線程的概念，沒論是對驅動開發、應用程式開發，都是很有益處的。

所以對於初學者，建議前期只進修這幾個驅動：LED、按鍵、中斷。

LED驅動程序：

這是最簡略的驅動程序。

按鍵驅動程序：

它也比較簡略，從它引入「中斷」。

中斷：

從「中斷」它能夠引入：休眠-喚醒、進程/線程、POLL機制、異步通知等概念。這些概念沒論是對驅動開發，還是對應用開發，都很重要。

所以，對於初學者，我建議必需進修這幾個驅動：LED、按鍵、中斷。

入門之後，假如你想從事內核開發、驅動開發，那麼能夠去鑽研幾個驅動程序(輸寫系統、I2C總線、SPI總線等)，掌握若干個大型驅動程序後，你對內核的套路就有所了解了，再去鑽研其他局部(假如進程管理、文件系統)時你會發現套路是如此通用。

攝像頭(VL42)、聲卡ALSA驅動是Linux中比較複雜的2類驅動，它們是很難的，假如工作與此相關再去鑽研。

2.5，要進修Linux應用程式嗎？先學一些根底技能

要學，即便以後你只想鑽研內核，一些根本的應用開發編寫才能也是須要的：

根本設備的訪問，假如LCD、輸寫設備

進程、線程、進程通信、線程同步與互斥

休眠-喚醒、POLL機制、信號

網絡編程

局部的知識，跟驅動有密切的關係，它們是相輔相承的。

掌握了根本驅動開發才能、根本應用開發才能之後，在工作中你就能夠跟別人友好溝通了，不至於一臉懵逼。

2.6，應用程式是怎麼啟動的？要了解一下根文件系統

你辛辛苦苦寫出了應用程式，怎麼把它放到板子上，讓它開機就自動啟動？

你寫的程序，它依賴於哪些庫，這些庫放到板子上哪個目錄？

怎麼做一個可升級的系統？即便升級中途斷電了，也要保證程序至少還能夠運行老的版本？

這些都須要我們了解一下根文件系統。

先了解一下進程：它要讀取配置文件，依據配置文件啟動各個APP。

了解了init進程，你就了解了根文件系統的組成，就可以隨心所欲裁剪系統，為你的項目製作出最精簡的系統。

第3章學習方法

3.1，先不要打破砂鍋問到底

嵌入式涉及的東西太多太雜了，如果心裡沒有主線，碰到什麼都要去研究個透徹，最終反而忘記自己要學什麼了。

嵌入式涉及硬體知識、軟體知識，軟體里涉及彙編、ARM架構、C語言、Makefile、Shell；又分為bootloader、內核、驅動、基本的APP、GUI。

比如我們會用到Makefile，了解它的基本規則，會用我們提供的Makefile就可以。

不需要深入研究那些make函數，因為在工作中都有現成的Makefile給你使用，不需要自己去編寫一套Makefile。何必花上好幾天去深入研究它呢？

比如我們會用到bootloader，難道又要花上幾個月來深入研究u-boot嗎？工作中基本不需要改u-boot，會用那幾個命令就可以。

甚至有些學員先去買本shell的書來學習shell命令，何必？我們在視頻中用到什麼命令，你不懂時再去百度一下這些命令就可以了。

不要脫離初學者的主線：應用基礎、驅動基礎。有了這2個基礎後，你想深入研究某部分時，再去花時間吧。

3.2，思路要清晰，不怕抄代碼

視頻里的代碼，請你一定要自己去寫一次、寫屢次。為什麼我此時寫驅動那麼熟？我2009年在華清遠見上課時，

每次上課我都要給學生寫一次那些驅動，十幾次下來閉著眼睛都知道內核的套路了。

記不住那些函數？我也記不住，我都是去參照同類的驅動程序，這又不是閉卷考試。

但是要理清楚思維，你寫這個程序要完成什麼功能、怎麼實現這些功能？這個要弄清楚。

有了思維後再寫代碼，不知道怎麼寫？沒關係，看看視頻，看看示例，然後關閉視頻看看能否自己寫出來。

3.3，對自己的方向很了解，我只能帶你到這裡了

我的專長是作業系統，是快捷地率領大家掌握一些項目開發的根底知識。

假如你決定深層鑽研某方面時，我並不能帶你多久。你要去看源碼，去看這方面的專業書籍。

比如想深入鑽研內核的內存管理時，它有頁表映射(你需要閱讀ARM架構的手冊)、SLAB分配器、vmalloc/malloc實現、mmap實現、缺頁中斷、父進程子進程之間的頁面管理等等，內容非常多。有時候連書籍都沒有，你需要直接啃代碼。

當你想從事某個行業時，就需要深入研究行業相關的知識。

比如CAN總線，它可以寫成一本書：CAN協議、CAN報文、Socket CAN、車身網絡拓撲結構，CAN應用報文，CAN網絡管理報文，CAN診斷報文。

想做物聯網網關，需要深入研究MQTT，MQTT協議相對簡單，但是MQTT英文原版協議有130多頁，中文版有近100頁，是一本小書了。

每個行業都有自己的業務邏輯，在掌握基本的編程能力之一，你需要結合具體的業務去深入學習。我自己在今年年初錄製了一套還比較系統的入門單片機教程，想要的同學找我拿就行了免費的，私信我就可以哦~簡介里也有。