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嵌入式系统开发的思维和注重方法

2021-09-02 11:10:00

开头的话

嵌入式开发是一个比较苦、容易背锅、可能仍然需要996而且拿钱较少，但也有些许乐趣的活，我一直称之为跳坑里了。如果你在里面深耕，那终究会成为大佬，软硬结合的高手；如果你刚入坑，我可能劝你转，但是可能你自己还有点舍不得。

总之，确定了在这一行，靠的就是思维与技巧结合，注重实践方法，方能在其中有一席之地。

从裸机思维开始

嵌入式系统是一个面向应用高度裁减的专用计算机系统，嵌入式软硬件也可以这样定义

软件：人们借助某种语言，“尝试”固化下来的，自己的思维

硬件：业已固化下来的逻辑，可以稳定的提供确定的服务和功能软件的本质是设计人员的思维，因而程序设计人员最重要的是自己根据任务的需求想通所有的逻辑，并借助一定的语言作为工具，把自己的思维“固化”下来，而硬件，本质上一个固化下来的逻辑。

这个是行业内在心底里约定俗成已经默默在做的事情，嵌入式系统、模块化编程、状态机、层次框架等等，都是在其中摸索探究。

注重方法

思维的设计有很多辅助工具，如大家熟知的流程图、UML图、数据流图等等。然而，具体代码往往并不是一个好的辅助工具。

进行思维设计的开发人员，叫做Programmer，也就是所谓的码农，而要做一个好的码农，真的需要注意方法，比如状态机编程，怎么理解状态？如何才算一个状态。

我们看到图中，我们用圆圈来表示一个状态，图中最左的箭头表示从别的什么地方“跃迁”到了当前状态；下方的箭头表示从当前状态离开；右上角从当前状态“扇出”后又“返回到”当前状态。这里需要很多转变，而好的架构很关键。

在之前我分享过很多状态机的知识，可以说万物皆可状态机，而嵌入式软件开发时总绕不开与实时性（Real Time）相关的话题，大部分人对实时性的认知过程通常会分以下几个阶段：。

v1：“实时性” = “越快越好”

Lv2：“实时性” = RTOS，认为选一个好的RTOS，或者会用RTOS就可以保证实时性；

Lv3：“实时性” = 任务拆分；

Lv4：开始思考实时性模型的特点；

Lv5：到了这个阶段，不仅脑洞大开、战斗力惊人总而言之需要深入理解，才能在注重方法的前提下，成为一个高级码农。

注重技巧

为大家庖丁解牛、由浅入深，就要不惧怕优化，不要把编译器的行为看作是玄学，深入底层，才能把编译器、内存、寄存器、语言本质理解的透彻。

比如位域和volatile，前者用于将指定类型的整形变量按照我们的意愿切分；后者用于告诉编译器不允许对被修饰的变量做优化。如果我们对编译器的优化等级忽略的话，很难定义到bug，或者当我们对内存块理解的不深入不透彻，关于内存的七七八八就会莫名其妙的找上门来。

volatile在嵌入式系统中的应用范围非常广泛，假设某32位外设寄存器的地址为XXXXX_IO_REG_BASE_ADDRESS，则对应的寄存器可以定义为如下的形式：

#defineXXXXX_IO_REG （ *（（volatile uint32_t*）XXXX_IO_REG_BASE_ADDRESS））

而应用中很多针对外设寄存器的连续操作都可以通过优化来大幅度提高效率，在保证程序逻辑正确的情况下，应该尽可能减少volatile的使用，或者是限制其使用的范围，那么你知道为什么吗？

这就是编译器、语言本身、变量的一些特别之处，搞定这些底层原理知识，必定让我们打开语言的大门。

最后的话

嵌入式开发所涉及到的思维训练、C语言以及编译器相关的关键知识、裸机环境下的开发者模型等等，可以帮助我们深入理解底层原理知识，以不变应万变，最终对知识点实现完整和全面的覆盖。