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西安華清遠(yuǎn)見(jiàn)告訴你零基礎(chǔ)怎樣學(xué)習(xí)嵌入式?

 

西安華清遠(yuǎn)見(jiàn)告訴你零基礎(chǔ)怎樣學(xué)習(xí)嵌入式?

 

大家眼中的嵌入式是什么呢?我們可能在大學(xué)焊過(guò)電路板、組裝過(guò)收音機(jī)、課程設(shè)計(jì)仿真過(guò)密碼鎖、計(jì)分器,學(xué)過(guò)匯編、了解C51,高大上點(diǎn)兒的畢業(yè)設(shè)計(jì)玩過(guò)傳感器,參加過(guò)競(jìng)賽,做過(guò)一些智能機(jī)器人、智能家居、智能溫控大棚等項(xiàng)目,這難道就是嵌入式嗎?西安華清遠(yuǎn)見(jiàn)告訴你零基礎(chǔ)怎樣學(xué)習(xí)嵌入式!

嵌入式人工智能是一種軟硬結(jié)合的技術(shù),通過(guò)智能算法在嵌入式終端設(shè)備上的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、人機(jī)交互、決策控制。廣泛應(yīng)用于智能交通、智慧醫(yī)療、機(jī)器人、無(wú)人駕駛、智慧物流、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)、智慧城市、航天軍工等細(xì)分領(lǐng)域。

西安華清遠(yuǎn)見(jiàn)教你如何零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)嵌入式

01 嵌入式人工智能要學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容?

十幾年前的嵌入式開(kāi)發(fā)受限于硬件處理器的性能,無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯和功能,使得嵌入式產(chǎn)品功能單一。

現(xiàn)在嵌入式開(kāi)發(fā)隨著處理器的成長(zhǎng)要面對(duì)全新的挑戰(zhàn):計(jì)算性能和內(nèi)存永遠(yuǎn)不夠用、為了保障不丟幀要求高效的實(shí)時(shí)性、高級(jí)接口和協(xié)議棧的產(chǎn)生導(dǎo)致代碼的規(guī)模越來(lái)越大。

為了應(yīng)對(duì)這些新的挑戰(zhàn),各大企業(yè)對(duì)工程師有以下幾個(gè)方面的要求:編程能力、處理器架構(gòu)、操作系統(tǒng)、接口與驅(qū)動(dòng)、Framework、應(yīng)用編程與調(diào)試、硬件知識(shí)。

1. 編程能力

嵌入式工程師大類上屬于軟件工程師的范疇,編程技能是基本功,DJI、小馬智行、NINEBOT、石頭科技、OPPO、小米、地平線這些公司都對(duì)C/C++要求熟練掌握的程度。

除此以外對(duì)解釋型語(yǔ)言要求為至少熟悉一種腳本語(yǔ)言。了解Linux系統(tǒng),會(huì)使用Makefile工程管理工具等。

可見(jiàn),C和C++仍舊是嵌入式開(kāi)發(fā)絕對(duì)主流的語(yǔ)言。底層軟件這么多年來(lái),一直是C的天下,在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái),不會(huì)改變。

隨著系統(tǒng)復(fù)雜度越來(lái)越高,越來(lái)越多的應(yīng)用層軟件采用C++來(lái)編寫(xiě)。Sehll主要用于制作工程管理工具,Python可以讓你和人工智能工程師愉快對(duì)話。

2. 處理器架構(gòu)

美團(tuán)、小馬智行、石頭科技、OPPO、VIVO都要求熟練掌握或者精通STM32單片機(jī)和ARM處理器架構(gòu),其它加分項(xiàng)有DSP、熟練使用ARM Cortex-A或M系列內(nèi)核的SOC。

這部分我們需要了解Cortex-M和Cortex-A系列處理器架構(gòu)。哈佛架構(gòu)、馮諾依曼架構(gòu)、多級(jí)流水線、是最簡(jiǎn)單的問(wèn)題。SIMD、MIMD、指令預(yù)取、亂序執(zhí)行這些概念也要搞懂。

3. 操作系統(tǒng)

大疆、美團(tuán)、小馬智行、小米、地平線都要求熟悉Linux下的多進(jìn)程多線程、網(wǎng)絡(luò)編程的開(kāi)發(fā)和調(diào)試,內(nèi)存、功耗、性能優(yōu)化等。

無(wú)人駕駛和無(wú)人機(jī),這些對(duì)響應(yīng)速度要求高的行業(yè),對(duì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也有不同程度的要求。

在這一部分我們需要掌握基本的操作系統(tǒng)知識(shí),理論結(jié)合實(shí)際,熟悉一個(gè)RTOS,大多數(shù)的RTOS的復(fù)雜度遠(yuǎn)小于Linux。

Linux擁有完善的生態(tài),相較于RTOSLinux的C庫(kù)配置已經(jīng)很完善了。但是想要用好就有一定難度了,在這里需要了解內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、多核、中斷、鎖、消息隊(duì)列,性能分析等等內(nèi)容來(lái)應(yīng)對(duì)開(kāi)發(fā)工程中幀率下降、系統(tǒng)秒級(jí)卡死、相機(jī)丟幀等異常。

4. 接口與驅(qū)動(dòng)

許多初涉嵌入式行業(yè)的人會(huì)狹隘的認(rèn)為搞嵌入式就是寫(xiě)驅(qū)動(dòng)。

美團(tuán)無(wú)人配送、小馬智行、石頭科技對(duì)CAN、SPI、I2C、UART這些常見(jiàn)的低速接口都要求熟悉,其它的像LCD、Touch、Camera、USB、BT/WIFI/GPS、IMU這些進(jìn)入尋常百姓家的Sensor驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)是妥妥的加分項(xiàng)。

低速接口的驅(qū)動(dòng),在廠家提供的BSP中一般都有,只需要仔細(xì)看手冊(cè),搞清各接口所需的工作模式并做適當(dāng)配置,該用中斷的時(shí)候用中斷,該用DMA的時(shí)候用DMA,即可。

5. Framework

中間件和協(xié)議棧的部分有一個(gè)特點(diǎn),研發(fā)機(jī)器人的企業(yè)一般都會(huì)要求熟悉ROS,相機(jī)類的企業(yè)要求熟悉camera、codec、storage相關(guān)的pipeline。還有基本的協(xié)議棧也是必須了解和掌握的。

6. 應(yīng)用編程與調(diào)試

美團(tuán)無(wú)人配送、小馬智行、NINEBOT、小米都要求熟悉Linux或Unix系統(tǒng)編程,了解基本的編譯原理,需要掌握gdb、valgrind、strace、perf、coredump等調(diào)試手段,用好log系統(tǒng)。

只要掌握上面編程能力、操作系統(tǒng)、Framework這些內(nèi)功心法,調(diào)試工具不過(guò)是招數(shù)。

7. 硬件知識(shí)

科技企業(yè)大多要求了解一定的硬件知識(shí),基礎(chǔ)硬件知識(shí)的掌握程度,達(dá)到可以看懂原理圖并對(duì)常見(jiàn)的元器件有一定了解,熟悉模電數(shù)電知識(shí)即可?;旧鲜请娮庸こ填悓W(xué)生,所學(xué)專業(yè)課的內(nèi)容。另外,要會(huì)使用示波器等測(cè)試儀器,會(huì)驅(qū)動(dòng)常見(jiàn)的傳感器等。


02 零基礎(chǔ)如何入門?

嵌入式人工智能專業(yè)是綜合了計(jì)算機(jī)硬件技術(shù),計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)以及電子電路技術(shù)、人工智能的一門綜合學(xué)科,所涉及的內(nèi)涵和知識(shí)非常廣泛。

1. C語(yǔ)言基礎(chǔ)

在開(kāi)始學(xué)習(xí)嵌入式之前,首先要打好基礎(chǔ),其中最重要的是C語(yǔ)言基礎(chǔ),要至少達(dá)到能單獨(dú)編寫(xiě)調(diào)試一個(gè)500行的小項(xiàng)目(大概是一個(gè)本地員工管理系統(tǒng)的代碼量),能夠了解C語(yǔ)言的基本語(yǔ)法規(guī)則,基本語(yǔ)句的使用,理解指針概念并能靈活使用各種指針。

在學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的過(guò)程中,指針的概念比較難理解,但是如果對(duì)計(jì)算機(jī)組成原理有了解的話,地址和 指針,源碼和可執(zhí)行程序,軟件通過(guò)寄存器控制硬件這些概念都會(huì)變得很清晰。

那學(xué)習(xí)C語(yǔ)言使用什么環(huán)境?

首選方案,Windows安裝虛擬機(jī),虛擬機(jī)運(yùn)行Linux操作系統(tǒng),編輯器選擇vim,命令行運(yùn)行g(shù)cc編譯器編譯環(huán)境。

為什么要用Linux操作系統(tǒng)呢

從上文中的各大企業(yè)對(duì)研發(fā)工程師的要求可以看出,Linux操作系統(tǒng)在嵌入式行業(yè)中的地位是任何操作系統(tǒng)不可比擬的。許多公司為了保護(hù)自己的代碼產(chǎn)權(quán),開(kāi)發(fā)用的主機(jī)直接運(yùn)行Linux操作系統(tǒng),并在命令行終端來(lái)控制主機(jī)。

出于未來(lái)工作中盡快適應(yīng)這種開(kāi)發(fā)環(huán)境,所以可以在入門的時(shí)候就直接體驗(yàn)和見(jiàn)識(shí)酷炫的Linux操作系統(tǒng)。

但是入門階段并不需要刻意背過(guò)Linux的各種使用命令、Linux各種服務(wù)器的配置,還原備份各種操 作等,只要會(huì)基本文件相關(guān)的命令,會(huì)使用vim編輯器和gcc編輯器即可。

大約一周的時(shí)間即可熟悉Linux系統(tǒng),你會(huì)體會(huì)到Linux和Windows系統(tǒng)的不同,擺脫對(duì)圖形化界面的依賴。

當(dāng)學(xué)會(huì)了C語(yǔ)言編程后,你需要掌握操作系統(tǒng)相關(guān)的知識(shí),多線程多進(jìn)程編程、網(wǎng)絡(luò)編程。通過(guò)實(shí)踐學(xué)習(xí)一些接口函數(shù)完成一些小項(xiàng)目比如銀行家算法、網(wǎng)絡(luò)聊天室等。對(duì)操作系統(tǒng)的知識(shí)有一個(gè)初步的感性認(rèn)識(shí)。

2. MCU和CPU

以上的所有編程學(xué)習(xí)都是在單一的環(huán)境下進(jìn)行的。即開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境都是一樣的都在Ubuntu下進(jìn)行。難道嵌入式開(kāi)發(fā)就是如此嗎,說(shuō)好的軟硬件可裁剪呢?

別急,緊接著我們就需要加入MCU和CPU的學(xué)習(xí),要學(xué)習(xí)ARM是什么,不同系列的MCU開(kāi)發(fā)方式不同,ARM Cortex™-A 系列應(yīng)用型處理器,可向托管豐富OS平臺(tái)和用戶應(yīng)用程序的設(shè)備提供全方位的解決方案,從超低成本手機(jī)、智能手機(jī)、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)、數(shù)字電視和機(jī)頂盒到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、打印機(jī)和服務(wù)器解決方案,是作為學(xué)習(xí)嵌入式的合適的素材。

現(xiàn)在嵌入式的學(xué)習(xí)資源豐富,選擇合適的Cortex™-A 系列的開(kāi)發(fā)板后,根據(jù)裸板開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)移植、驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)這樣的順序?qū)W習(xí)。

裸板開(kāi)發(fā)的學(xué)習(xí)主要是感受一下如何通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)控制硬件。系統(tǒng)移植中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)搭載Linux操作系統(tǒng)的板子功力大增,交叉編譯工具鏈的出現(xiàn)使得我們對(duì)架構(gòu)兩個(gè)字有了更深入的認(rèn)識(shí)。

剛剛還在懷念在Ubuntu下編寫(xiě)C代碼運(yùn)指如飛的感覺(jué),現(xiàn)在可以繼續(xù)編寫(xiě)Linux風(fēng)格的C代碼了。

3. 驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)

前面裸板開(kāi)發(fā)和驅(qū)動(dòng)移植的學(xué)習(xí)目的是面對(duì)接下來(lái)的驅(qū)動(dòng)大魔頭,學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)我們需要有一個(gè)空杯心態(tài),需要有主動(dòng)理解Linux內(nèi)核設(shè)計(jì)理念的意識(shí)(但是不要鉆牛角尖),時(shí)刻把握Linux下一切皆文件的宗旨和分層的思想。

當(dāng)我們?cè)谶@一階段點(diǎn)亮開(kāi)發(fā)板上的一盞明燈,恭喜你,一只腳踏進(jìn)嵌入式開(kāi)發(fā)的大門了。

4. C++和Qt

體會(huì)了最基本的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)后,嵌入式學(xué)習(xí)還未結(jié)束,但是之后的學(xué)習(xí)我們有了一些選擇的主動(dòng)權(quán),當(dāng)我們看到一些有意思的嵌入式小項(xiàng)目,我們可以理解它的實(shí)現(xiàn)思

而最好的學(xué)習(xí)方法是自己實(shí)踐完成一些小項(xiàng)目,你也許不滿足之前所學(xué),為什么不能把黑乎乎的命令行終端優(yōu)化成精美的液晶屏顯示,C++和Qt的學(xué)習(xí)就在所難免了。

5. Python人工智能

那么,如果你已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型的嵌入式項(xiàng)目了,但是如果大火的人工智能技術(shù)可以加入到這個(gè)小項(xiàng)目中,想必一定非??犰牛覀兛梢园汛舭宓挠脩艚缑孑斎敫某蓤D像識(shí)別或者人臉識(shí)別。

6. STM32

一個(gè)產(chǎn)品級(jí)的項(xiàng)目考慮的不僅僅是功能的實(shí)現(xiàn),還要考慮功耗、成本。

 





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