【嵌入式笔记0】嵌入式技术栈分析

嵌入式技术栈分析

嵌入式开发流程

一般来说，嵌入式开发的基本流程如下图所示。我们“从下往上”讲解。

1、画原理图

大学的时候因为一些特殊的原因，接触过电路设计以及硬件开发的知识。但研究并不深，也未曾想到自己会从事嵌入式开发，所以工作时只能花大量时间将其补上。

言归正传，画原理图首先是需要有原理图库，也可以自己构建元器件图，当然也可以从别人那里拷贝。有了原理图库，就开始画原理图。画原理图需要你有很扎实的电路、数电、模电、电力电子基础，需要会设计电路原理，需要会器件选型，熟悉芯片的最小系统，熟悉常用的电源电路，熟悉基本的滤波电路和运算放大电路。

下面是我从网上随便找的原理图，可做参考。

2、画PCB图

原理图画好了以后，开始画PCB板，Printed Circuit Board，印制电路板。画PCB板子，首先是根据选型的元器件，查看元器件的数据手册，根据元器件真实封装大小画出PCB元器件库。有了PCB元器件库，就开始画PCB，画PCB需要你懂如何走线（比如不可以走直角），如何进行强弱电分离，如何避免电源对信号的干扰，如何处理EMI、EMC，如何对高频信号进行蛇形等长走线，专门干这个的叫layout工程师（有时候还需要画多层板，更难）。以上两步常用的软件有AD、PADS、Cadence Allegro等。

如果说原理图是对电路板的逻辑设计，那PCB就是对电路板的实现设计。这里主要目标是针对如何更好的实现电路板，让其更加符合理想化。围绕的问题在于元器件大小，元器件排布，走线之间影响最小等等。

因为最近比较关注嘉立创的开源项目，一个迷你的小电视，在此截个PCB图以作参考。

3、打板与焊接

打板就是将板子给做出来，而PCB设计便是对板子的设计。PCB画好了以后，可以发给厂家打板生产（如嘉立创，每个月都有两次免费打板的机会），板子回来以后，进行焊接。焊接也是一个技术活，最难的是焊接芯片，其他元器件都好焊。这个因为没有实际动手操作过，就不多说了。

4、嵌入式软件设计（系统移植）

本人工作的主要内容便在这个环节。

当确定经过测试硬件没有问题后，板子需要交到软件工程师手中进行设计与开发。因为windows系统太过于臃肿，所以板载系统都是Linux（Linux系统不仅小，还可以经过剪裁和二次开发使其更符合相关业务）。

关于嵌入式设计，还有一个新技术，这也是我工作后才知道的FPGA开发设计。该技术具有其特殊性，在可编程芯片上才有这项技术。FPGA本质上其实也算是软件层面的，或者说是硬件到软件过度层面的。因为所用的电子元器件具有特殊性，为可编程芯片。所以该芯片的引脚和功能出厂时并未固定死，也就留出来一定的设计空间。但其实也受限于硬件，硬件从成样后便固定死了，所以FPGA的设计被局限于产品芯片的引脚等。（FPGA刚学没多久，这些都是自接触以来的个人理解，如有错误请评论，我会及时修正）

嵌入式软件设计有单片机的程序设计（一般是C语言）和系统移植的Linux软件开发（这个语言就很很广泛了，但C/C++因为更近低层，性能更强，所以用的更多）。

嵌入式Linux软件开发分为：系统移植，驱动编写，程序开发，固件烧写等。

因为从事的工作涉及到特定的芯片以及该芯片相关的技术与软件，所以后续的嵌入式学习笔记将以工作所需技术为主进行编写。

5、通讯协议的定制与测试

该步骤其实是和上一节同步进行的，因为在写程序的时候往往就开始针对通信协议进行商讨和制定。而我写代码的主要内容便是围绕着这些协议，编写UDP承载或者TCP（很少用），然后针对数据进行各种位运算，一层层的给数据套上自定义的协议头等等，这里计算机网络相关的知识就显得尤为重要。

总结

如果让我说整个嵌入式技术栈中哪一步最难？我个人觉得局限性越大的技术越难，因为你要在极小的设计空间内完成业务的设计流程，是一件很费脑细胞的一件事。

在这里，我认为难度：硬件>FPGA>软件开发。

软件的优势在于开源社区，网上具有许多资料，学习门槛低。

FPGA在不同芯片中具有不同的设计，相关资料少，如果针对较为流行通用的芯片（例如赛灵思）进行学习难度应该不是太大，但不限于一类芯片时，各种芯片之间的区别，兼容性等等能让你头疼。例如我最近在做从赛灵思跨度到复旦微的国产化就问题不断。

硬件的开发相关的学习资料就更少了，除此之外硬件出BUG在网上是很难去搜索答案的，需要许多工具去检验（例如万用表。频谱仪，示波器等等）而且硬件的学习成本极高。（各类元器件都好贵的，一个好的频谱仪和示波器价格都贵的吓人）