我無意引起單片機、Linux、Android孰優孰劣的討論,我確實不看好純粹的單片機軟體開發,但是很看好RTOS及物聯網在單片機上的應用。 生活不容易,碼農不容易,走上碼農之路,只有不斷學習了。 ...
1.概念
只要涉及編程,並且所用硬體不是電腦的話,都可以認為是嵌入式軟體開發。所謂“嵌入”,就是把處理器嵌入某個物體中,讓它具備計算能力。比如手錶中有單片機,那麼手錶就是一個嵌入式設備,在上面開發的單片機程式就是嵌入式軟體;手機中有性能強大的處理器,它也是一個嵌入式設備,手機中運行Linux系統,在Linux系統上運行Android系統,這些Linux、Android都屬於嵌入式軟體。
嵌入式設備上運行的軟體或系統可以分為三類:單片機、Linux/WinCE等大型操作系統、Android/IOS/QT等GUI系統。
做產品時我們考慮的是性價比,什麼合適就用什麼,這需要我們具備多方面的開發能力。本文將介紹單片機、Linux、Android系統的側重點。
2. 有哪些產品使用這3類技術?
沒有一樣技術可以適用於所有設備,很多時候需要組合起來。比如無人機,使用單片機才能更快處理各種控制事件,使用Linux才能更好進行圖像處理、傳輸,在手機端還得給你開發一個安卓APP讓你更容易操控。
3. 誰的工作機會更多?
我們要用數據說話,看下圖:
讓人意外,Linux的職位竟然是最多的。可能因為很多互聯網產品也使用Linux,比如虛擬化、雲計算、雲存儲領域。這些互聯網公司、雲產品公司對Linux開發人員也有大量的需求,把這些公司的職位來跟單片機職位進行對比,很不公平。
所以我再細分一下,把涉及硬體操作的Linux職位單獨抽出來,如下:
這些數據統計稍顯粗略,但是也能說明一些問題,我先做個柱形圖:
也許,我們可以得出這麼個結論:跟硬體打交道的職位里單片機最多,嵌入式Linux的數量是單片機的三分之二。 如果把Linux APP的職位算上,那是最多的,這似乎有些不公平,Linux APP應該去跟JAVA等相比。 這些職位需求也是吻合現實的,一個公司里硬體職位最少,驅動稍多點,APP最多。很多時候APP職位里幾個老員工把驅動的活也全包了。
3.1 單片機工作機會門檻最低
身邊觸手可及的電燈開關、洗衣機、冰箱、微波爐等小家電,使用的都是單片機技術;家裡的無線路由器、智能電視,用的是Linux;你天天用的手機要麼是安卓要麼是蘋果。
可以大概猜得出來,單片機的工作機會更多地集中在小家電領域,門檻比較低,單純的技術上升空間也有限。註意,我說的是“技術上升空間”。我幾年前發表過一個觀點“學習單片機沒有前途”,這過於激烈,被很多人罵。我今天把它改為“只學習單片機沒有前途”。
最近有一個高手在教我CAN的知識,CAN編程基本只用在單片機上,但是華為年薪80萬挖不走他;並且他才剛開始學習Linux。他給我發過兩張圖:
各位看看上面的圖,要想拿高薪,單片機工程師必須深入行業,掌握行業的核心技術。否則,單就單片機技術來說,10年經驗跟2年經驗並沒有太大區別。 做單片機很容易從上到下整個程式都是你一個人掌握,所有問題你都清楚,這很安逸,也意味麻痹及危機。 現在5G、物聯網時代到來,單片機也將會有新的發展,我認為重點在於各類RTOS、各類物聯網規範。
3.2 Linux的職位反而是最多的
在寫這篇文章之前,我也傾向於認為單片機的職位是最多的。但是在51JOB上進行粗略搜索之後,linux的職位反而是最多的,即使僅僅計算“嵌入式 linux”的職位,也達到了單片機職位的三分之二。這也許預示著中國的產業升級,大家都不再滿足於使用單片機完成簡單的功能,需要添加更多更炫的功能。
如果你是電子工程師,想從事“linux驅動”等跟硬體密切相關的工作,可能機會不多,因為這需要你有經驗。這就是行業尷尬的地方,單片機工程師想跳槽,最適配的是嵌入式Linux中跟硬體編程相關的職位,但是這個職位又太看重經驗;實際上很容易找到的是電子產品的Linux APP開發。
現在的中小公司里有這麼一個趨勢,扔一個項目給你,從上到下APP、驅動、硬體都要你的團隊完成,很多人都是多面手。
所以,技多不壓身,如果你是電子工程師話,單片機、Linux驅動、Linux APP都掌握,也許生存能力才能大輻增強。
3.3 Android
安卓的熱度有點退了,一個中小公司沒有一定的實力真做不來安卓系統,這個系統太龐大了,亂配個藍牙就分分鐘卡上1、2個月。 所以需要用安卓系統的公司,多是採購方案公司的板卡,方案公司幫你改好安卓系統。 買來方案後,這些公司多是做些安卓APP;要研究安卓系統的人,也許去手機廠家或是方案公司會比較好。 比如我知道的科大訊飛下某子公司,就是使用中山firefly的瑞芯微系列板卡。
4 單片機/Linux/Android工程師怎麼點燈?
LED的原理圖如下,只要讓某個引腳輸出高電平或低電平,就能讓LED亮或滅。
4.1 單片機怎麼點燈?
簡單地說就是需要工作師去看原理圖確定引腳是哪一個,輸出什麼電平能點亮LED。再去看晶元手冊,確定怎麼操作寄存器。最後寫程式。
至於你寫的程式,風格如何、函數名怎麼取,完全由你自由發揮。以後別的同事想來重用你的代碼,就得看你寫的說明,或是看你的代碼。
現在ARM公司在推出一些HAL規範,就是規定一些硬體操作函數介面,如果大家都遵守這些規範的話,在單片機上的APP也很容易移植到其他板子上。
4.2 Linux怎麼點燈?
在Linux中,驅動程式負責操作硬體,APP調用open、write這些標準介面就可以點亮LED。APP調用open,會導致驅動程式中的led_open被調用;APP調用write,會導致驅動程式中的led_write被調用。
原因有2 1.術業有專攻,不要讓寫APP的人去看原理圖、晶元手冊,他們只需要調用標準的open,read,write等介面即可操作硬體 2.軟體和硬體隔離,硬體再怎麼變化,只需要改驅動,APP不需要改
3.3 Android怎麼點燈?
Android是一套GUI系統,它是運行在Linux上面的,硬體操作由Linux完成。所以你可以認為Android就是一套APP,它也是通open、write這些介面來訪問驅動,進而操作硬體的。
但是Android中程式太多數是用JAVA編寫的,這些open、write是C語言函數,所以要引入一個層:JNI介面(Java Native Interface),通過這個介面Java可以調用C函數。
5. 單片機/Linux/Android工程師怎麼使用LCD?
用點燈舉例太簡單,可以突出單片機和Linux的區別;但是Linux和Android的區別似乎不大。
下麵我們用LCD為例講解。
5.1 LCD操作原理
假設上圖是一個LCD屏幕,屏幕中一個一個密密麻麻的黑點稱之為像素點,每一行有若幹個點,試想下有一個電子槍,電子槍位於某一個像素點的背後,然後向這個像素髮射紅,綠,藍三種原色,這三種顏色按不同的比例組合成任意一種顏色。電子槍在像素點的背後,一邊移動一邊發出各種顏色的光,電子槍從左往右移動,到右邊邊緣之後就跳到下一行的行首,繼續從左往右移動,如此往複,一直移動到屏幕右下角的像素點,最後就跳回原點。
問題1:電子槍如何移動?
答: 有一條像素時鐘信號線(DCLK),連接屏幕,每來一個像素時鐘信號(DCLK),電子槍就移動一個像素。
問題2:電子槍打出的顏色該如何確定?
答:有三組紅,綠,藍信號線(RGB),連接屏幕,由這三組信號線(RGB)傳遞顏色
問題3:電子槍移動到LCD屏幕右邊邊緣時,如何得知需要跳到下一行的行首?
答:有一條水平同步信號線(HSYNC),連接屏幕,當接收到水平同步信號(HSYNC),電子槍就跳到下一行的最左邊
問題4:電子槍如何得知需要跳到原點?
答:有一條垂直同步信號線(VSYNC),連接屏幕,當接收到垂直同步信號線(VSYNC),電子槍就由屏幕右下腳跳到左上角(原點)
問題5:電子槍如何得知三組信號線(RGB)確定的顏色就是它是需要的呢?
答:有一條RGB數據使能信號線(DE),連接屏幕,當接收到數據使能信號線(DE),電子槍就知道這時由這三組信號線(RGB)確定的顏色是有效的,可以發射到該像素點。
下圖是開發板,LCD控制器,LCD屏幕的框圖
之前提到的像素時鐘(DCLK), 三組紅,綠,藍信號線(RGB),水平同步信號線(HSYNC),垂直同步信號線(VSYNC),RGB數據使能信號線(DE)都是從LCD控制器發出的,只要開發板支持LCD顯示,它肯定就會有一個LCD控制器。
問題6:RGB三組信號線上的數據從何而來?
上圖是RGB數據來源框圖,記憶體中划出一部分區域,這塊區域被稱為Framebuffer。在Framebuffer裡面我們會構造好每一個顏色所對應的像素。Framebuffer中的值會被LCD控制器讀出來,通過RGB三組線傳給電子槍,電子槍再把它轉換成紅綠藍三種顏色打到屏幕上。在屏幕上的每一個像素,在Frambuffer裡面都有一個對應存儲空間,裡面存有屏幕上對應像素的顏色。
LCD控制器會周而複始的從Framebuffer中取出一個個像素的顏色值,發給電子槍,同時需要和DCLK,VSYNC,HSYNC,DE這些信號配合好。
總結起來,程式需要做的就是2點:設置好LCD控制器,然後在顯存中寫入數據。
5.2 單片機怎麼操作LCD
單片機程式員要做的事很直接: 1.設置LCD控制器,它會自動從FrameBuffer中讀取每個像素的數據發送到LCD上 2.把要顯示的文字、圖像放入FrameBuffer中
5.3 Linux怎麼操作LCD?
在Linux中,驅動程式負責操作硬體,APP調用open、ioctl這些標準介面就可以獲得LCD的參數,設置LCD。然後使用mmap獲得Framebuffer的地址,就可以往裡面填入數據。 至於LCD控制器的設置,這由驅動來做。
所以,驅動怎麼寫?初始化LCD控制器,提供lcd_open、lcd_ioctl、lcd_mmap函數,讓APP可以通過這些函數獲得LCD參數,設置參數,獲得Framebuffer地址。 所以,Linux驅動 = 驅動框架+硬體操作 = 驅動框架+單片機知識。 為什麼要多此一舉引入驅動框架?直接操作硬體多爽、多直接。
原因有2 1.術業有專攻,不要讓寫APP的人去看原理圖、晶元手冊,他們只需要調用標準的open,read,write,ioctl,mmap等介面即可操作硬體 2.軟體和硬體隔離,硬體再怎麼變化,只需要改驅動,APP不需要改
5.4 Android怎麼操作LCD?
Android是一套GUI系統,跟QT是類似的。在Android/QT等GUI系統里:
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LCD會被多個APP使用,如果不統一管理必定亂套;
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所以,肯定有一個管理軟體,或稱為服務軟體:
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2.1 APP自行構造自己的界面,提交給顯示顯示服務軟體
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2.2 顯示服務軟體:根據多個APP的前後層次,合併最終的顯示圖像
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最後再調用驅動程式顯示出來
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所以在Android系統中,它的重心在於顯示服務、在於多個視窗的層疊、管理、銷毀。硬體的操作交給是Linux實現。
6 寫在最後
我無意引起單片機、Linux、Android孰優孰劣的討論,我確實不看好純粹的單片機軟體開發,但是很看好RTOS及物聯網在單片機上的應用。 生活不容易,碼農不容易,走上碼農之路,只有不斷學習了。
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