嵌入式編程是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備工作方式的重要組成部分。您可能需要學(xué)習(xí)C/C++并獲得一些實(shí)際的電子經(jīng)驗(yàn)，以掌握生產(chǎn)中的這些關(guān)鍵系統(tǒng)。

嵌入式編程在使設(shè)備滿足人們的需求方面具有悠久的歷史。但是，它在很大程度上仍然被應(yīng)用程序編程所掩蓋。

當(dāng)應(yīng)用程序程序員采用相對(duì)高級(jí)的面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言（如C ++或Java）或圖形化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境（如MATLAB）時(shí)，嵌入式程序員依然在使用C語(yǔ)言編程。它們總是被應(yīng)用程序程序員所淘汰。如今，即使是業(yè)余愛(ài)好者也可以使用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序并與世界分享，而嵌入式程序員則需要對(duì)硬件和固件有深刻的了解，以及如何編寫(xiě)可以在資源經(jīng)常受限的環(huán)境中執(zhí)行的程序。

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的出現(xiàn)，平衡最終可以改變?，F(xiàn)在，許多新的恒溫器，烤面包機(jī)，手表和燈泡都配備了處理器和連接功能，市場(chǎng)需要更多的嵌入式程序員來(lái)對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行編程，并需要更簡(jiǎn)單的工具來(lái)使這些編程器能夠在不陷入低級(jí)硬件的情況下編寫(xiě)代碼。

什么是嵌入式編程？

Techopedia對(duì)嵌入式編程的定義是“一種特定的編程類(lèi)型，它支持創(chuàng)建面向消費(fèi)者或面向企業(yè)的設(shè)備，這些設(shè)備不象全尺寸筆記本電腦和移動(dòng)設(shè)備那樣在傳統(tǒng)操作系統(tǒng)上運(yùn)行。”嵌入式編程的理念是驅(qū)動(dòng)當(dāng)今IT市場(chǎng)中數(shù)字家電和設(shè)備發(fā)展的一部分。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，嵌入式編程是為小型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和編寫(xiě)程序，這些計(jì)算機(jī)嵌入傳統(tǒng)PC、筆記本電腦或智能手機(jī)以外的設(shè)備中。它使微控制器能夠喚醒以前的啞設(shè)備，如恒溫器、照明系統(tǒng)、停車(chē)設(shè)備等。

嵌入式編程和物聯(lián)網(wǎng)

從工程的角度看，物聯(lián)網(wǎng)描述了一個(gè)由微處理器控制的嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)直接或間接連接到Web。因此，物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)支柱是：

嵌入式編程

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

信息技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)很快將無(wú)處不在。因此，嵌入式設(shè)備很快也將無(wú)處不在。

簡(jiǎn)要介紹一下物聯(lián)網(wǎng)改變行業(yè)的一些方式：

工業(yè)：工業(yè)機(jī)械和控制，溫度監(jiān)測(cè)和異常檢測(cè)。

醫(yī)療保健：血壓監(jiān)測(cè)器，心跳監(jiān)測(cè)器，健身追蹤器，嵌入式藥物輸送。

航空航天和國(guó)防：飛行控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)，空氣和熱管理，發(fā)動(dòng)機(jī)功率監(jiān)測(cè)和控制。

智能家居：家庭安全系統(tǒng)，攝像頭，電視和廚房電器。

深入嵌入式系統(tǒng)

有人說(shuō)，世界上每一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)都可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)概念領(lǐng)域：軟件和硬件。嵌入式系統(tǒng)或多或少地代表了這些領(lǐng)域的交叉點(diǎn)：硬件和軟件。

1. 探索嵌入式硬件

典型的嵌入式開(kāi)發(fā)板分為五個(gè)模塊：處理器，內(nèi)存，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備和總線控制器。

嵌入式系統(tǒng)的硬件組件：

（1） 處理器

嵌入式處理器可以分為兩類(lèi)：普通微處理器使用單獨(dú)的集成電路作為存儲(chǔ)器和外設(shè);微控制器使用片上外設(shè)，降低了功耗、體積和成本。其中一些例子包括：

微控制器（CPU）：一種智能設(shè)備，用于計(jì)算用戶分配的任務(wù)，并通過(guò)精確計(jì)算構(gòu)建小型應(yīng)用程序。

片上系統(tǒng)（SoC）：在單個(gè)集成電路上包括CPU，外圍設(shè)備（計(jì)時(shí)器，計(jì)數(shù)器等），通信接口（I2C，SPI，UART）和電源管理電路。

ASIC處理器（專(zhuān)用集成電路）：由公司或制造商設(shè)計(jì)用于特定應(yīng)用。

DSP處理器：消除噪聲并提高音頻和視頻應(yīng)用程序的信號(hào)質(zhì)量。

（2） 內(nèi)存

內(nèi)存用于存儲(chǔ)設(shè)備上正在使用的數(shù)據(jù)。嵌入式系統(tǒng)中使用的存儲(chǔ)器類(lèi)型的一些示例包括非易失性RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），易失性RAM，DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）等。

（3） 輸入設(shè)備

輸入設(shè)備（例如傳感器，開(kāi)關(guān)，光電二極管，光耦合器等）從外界捕獲數(shù)據(jù)，以進(jìn)行處理或從設(shè)備中導(dǎo)出。

（4） 輸出設(shè)備

輸出設(shè)備，包括LCD（液晶顯示器）或LED（發(fā)光二極管）顯示器、七段式顯示器、蜂鳴器和繼電器，響應(yīng)來(lái)自微控制器外部的輸入事件。

（5） 總線控制器

總線控制器是一種通信設(shè)備，可在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部的組件之間傳輸數(shù)據(jù)。使用最廣泛的總線控制器是串行總線（I2C，SPI，SMBus等），RS232，RS485和通用串行總線（USB）。

2. 探索嵌入式軟件

嵌入式軟件（有時(shí)稱為固件）是為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序以及錯(cuò)誤處理和調(diào)試編寫(xiě)的。

嵌入式系統(tǒng)的軟件組件：

（1） 設(shè)備驅(qū)動(dòng)

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是為特定硬件編寫(xiě)的一段嵌入式代碼。

（2） 操作系統(tǒng)（OS）或MicroOS

嵌入式系統(tǒng)有一系列的操作系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）、移動(dòng)嵌入式、單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)。

現(xiàn)在，大多數(shù)嵌入式軟件都是用兩種語(yǔ)言編寫(xiě)的：C和C++。就語(yǔ)法而言，C和C++之間沒(méi)有太大區(qū)別。但是，C++具有一些附加功能，例如增強(qiáng)的安全性和與實(shí)際應(yīng)用程序的緊密性，而C被認(rèn)為更可靠，并且通過(guò)與硬件直接交互具有更好的性能。

創(chuàng)建嵌入式產(chǎn)品時(shí)的主要注意事項(xiàng)

開(kāi)始編寫(xiě)直接影響物理對(duì)象的軟件的最佳方法是探索嵌入式平臺(tái)，例如Arduino，Raspberry Pi或Particle。

要開(kāi)發(fā)可行的產(chǎn)品，您應(yīng)該采取以下步驟：

步驟1. 學(xué)習(xí)C或C++這是許多人停止學(xué)習(xí)的地方，因?yàn)檫@些語(yǔ)言可能很難學(xué)習(xí)。但是，如果要編寫(xiě)嵌入式軟件，則必須學(xué)習(xí)C/C++（可能最終是Rust）。

步驟2. 學(xué)習(xí)一些基本的電子產(chǎn)品至少要了解電壓，電流，功率，電阻和歐姆定律。

步驟3. 獲取基本設(shè)備嵌入式程序員與物理世界進(jìn)行交互，因此，諸如烙鐵，數(shù)字萬(wàn)用表（DMM）和硬件調(diào)試器/ JTAG適配器（例如ST-Link或OLMEX適配器）或邏輯分析儀之類(lèi)的工具將有所幫助。

步驟4. 選擇一個(gè)微控制器和工具鏈要使程序運(yùn)行，您需要一個(gè)微控制器才能真正運(yùn)行它，一個(gè)編譯器會(huì)編譯該微控制器的代碼，并使用其他工具將程序加載到您的硬件上。微控制器與工具鏈結(jié)合的一個(gè)例子是arm-gcc和openOCD工具鏈支持的STM32微控制器。

步驟5. 了解數(shù)據(jù)表（Datasheets）

在實(shí)際坐下來(lái)編寫(xiě)代碼的第一行之前，您需要了解（最終用戶）規(guī)范。

步驟6. 檢查組件分析并挑選制造產(chǎn)品所需的組件（軟件和硬件）。

步驟7. 設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)始終是任何開(kāi)發(fā)周期中最關(guān)鍵的階段。嵌入式編程的特殊性是您必須分別開(kāi)發(fā)硬件和軟件部分，然后再將它們集成。

步驟8. 開(kāi)發(fā)原型原型是一個(gè)示例版本，旨在測(cè)試使用選定的硬件和軟件工具根據(jù)規(guī)范開(kāi)發(fā)的概念。

步驟9：測(cè)試應(yīng)用程序有了原型后，就可以運(yùn)行測(cè)試用例來(lái)挖掘應(yīng)用程序的潛力。

步驟10：部署應(yīng)用程序測(cè)試完應(yīng)用程序之后，將在真實(shí)環(huán)境中檢查結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)概念驗(yàn)證（一種用于驗(yàn)證想法的技術(shù)）。

步驟11：支持和升級(jí)如果需要，您應(yīng)該準(zhǔn)備提供支持并使用新功能升級(jí)應(yīng)用程序。

現(xiàn)在您已準(zhǔn)備好開(kāi)始改變世界！

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