嵌入式软件开发二十年经验总结

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嵌入式软件开发二十年经验总结

自我介绍

本人自研究生毕业后直接进入中科院研究所工作，中间经历了产业化公司过程，最近又回到研究所工作。接近二十年的工作时间，工作内容先后涉及物联网协议设计及相关产品研发，面向油田行业的数字化、智能化终端产品设计与开发，包括基于2.4G物理层和Lora物理层的WIA-PA无线传感器网络设备开发、压力、温度、RTU、示功仪、具备边缘计算能力的抽油机远程控制器开发、NB-IoT模组开发、4G-LTE模块开发等；相关技术包括物联网通信协议、低功耗、时间同步、离群值检测及处理、快速傅里叶分析、巴特沃斯/小波等滤波算法、抽油机matlab建模仿真等；相关技能包括熟练使用C/C++，C#、matlab、Python语言开发、软件架构设计、精通msp430、efm32、efr32、GD32、stm32系列等仪表用MCU、精通atmel9x25、瑞芯微、imx6ul等主控设备所用MCU，精通ucos、freertos、linux操作系统，在linux方面能够进行uboot、内核裁剪配置、基于build-root进行文件系统制作、设备树开发调试，基于gdbserver应用程序仿真、基于qemu的仿真环境下与真实串口、网口交互的应用程序开发与仿真。在后续的文章中，我会将上述技术、技能逐一展开陈述；如希望获取开发过的产品源码（身份必须是公司，个人免谈），可联系作者；如开展项目合作，也可联系作者。

第一部分：嵌入式软件开发

前言

嵌入式软件开发主要使用C语言开发，程序经编译后下载到单片机中去执行。那么对C语言的运用程度、软件架构思维直接决定程序的可读性、可维护性、可移植性；对单片机的理解程度关乎驱动程序、芯片级初始化、bsp引导程序、在线升级等与芯片密切相关的功能组件开发。本文不会重复C语言的语法教材、也不会赘述单片机的相关原理，只是从应用和提升的角度，有侧重点的梳理在我在工作中用的知识，结合源程序、原理图进行说明。

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第一章 单片机

1.1 侧重学习单片机的哪些知识

对于一个刚入门的小白来讲，推荐了解下述知识：

1.了解单片机的基础架构

下面的两幅图，摘抄自EFM32GG系列、STM32F10x系列、at91sam9x25单片机用户参考手册的系统框图。

从上述框图中，我们可以看出单片机内部的基本构成，各种型号的单片机内部各不相同，但共性是均由内核、ram/flash、外设构成；内核由专业的内核厂商设计，现在大多数单片机均使用ARM公司设计的内核，像msp430、pic系列的单片机使用自主设计内核的单片机越来越少见了。各个厂商在ARM内核的基础上，按照各自产品的定位，设计个性化的外设。内核和外设之间对于应用程序开发者关系最大的地方就是中断，也就是说外设产生中断时，通知内核进行处理，至于当几个中断同时到来时，哪个中断先处理，哪个中断延后处理，这是通过配置内核的中断优先级来实现的。当入手一款新单片机时，系统框图不是程序开发者研究的重点，大体知道是什么内核、有哪些外设即可。

2.了解或者弄明白取指令、执行指令等流水线过程。

下图摘抄自《Cortex-M3权威指南CnR2（电子书）.pdf》。

内核在晶振的作用下，依次执行取指令、解码、执行操作；当上一条指令执行到解码时，开始下一条指令的取指令操作，以此类推；因内核型号的不同，流水线的级数可能会更多。
本小结内容在过往开发过程中，仅在异常发生时，回溯异常发生的程序具体地址时使用过。
at91sam9x25程序示例：

Undefine_Instruction
    MOV    r13,#0
    CMP    r13,#0
    BNE     wait1
	LDR     R0,=0xFFFFF434
	LDR     R1,=0x1F
	STR     R1,[R0]
    B