硬件与软件的困惑

wanguan

以MCU为核心的嵌入式技术的知识体系必须通过具体的MCU来体现、实践。但是，选择任何型号的MCU，其芯片相关的知识只占知识体系的20％左右，80％左右是通用的软件硬件及相关知识。80％的通用知识，必须通过具体实践才能获得，所以学习嵌入式技术一般要选择一个系列的MCU。

　　系统含有硬件与软件两大部分，它们之间的关系如何?有些学者，仅从电子的角度认识嵌入式系统。认为“嵌入式系统=MCU硬件系统+小程序”。这些学者大多具有良好的电子技术基础知识。实际情况是，早期MCU内部RAM小，程序存储器外接，需要外扩各种I／O，没有像USB、嵌入式以太网等这样较复杂的接口。因此，程序占总设计量比例小于50％，使人们认为嵌入式系统(单片机)是“电子系统”，以硬件为主，程序为辅。但是，随着MCU制造技术的发展，不仅MCU内部RAM越来越大，Flash进入MCU内部改变了传统的嵌入式系统开发与调试方式，固件程序可以更方便地调试与在线升级，许多情况下与开发 PC机程序的方便程度相差无几，只不过开发环境与运行环境不是同一载体而已。这使得嵌入式系统的软件硬件设计方法发生了根本变化。

　　有些学者，仅从软件开发角度认识嵌入式系统，甚至仅从嵌入式操作系统认识嵌入式系统。这些学者大多具有良好的计算机软件开发基础知识，认为硬件是生产厂商的事。他们没有认识到，嵌入式系统产品的软件与硬件均是需要开发者设计的。笔者常常接到一些关于嵌入式产品稳定性的咨询，发现大多数是由于软件开发者对底层硬件的基本原理不理解。特别是有些功能软件开发者，过分依赖于底层硬件的驱动软件，自己对底层驱动原理知之甚少。实际上，一些功能软件开发者，名义上在做嵌入式软件，其实仅仅是使用嵌入式编辑、编译环境而已，本质与开发通用PC机软件没有两样。而底层硬件驱动软件的开发，若不全面考虑高层功能软件对底层硬件的可能调用，也会使封装或参数设计得不合理或不完备，导致高层功能软件调用困难。可以看出，若把嵌入式系统的开发孤立地分为硬件设计、底层硬件驱动软件设计、高层功能软件设计，那么一旦出现问题，就可能难以定位。实际上，嵌入式系统设计是一个软件、硬件协同设计工程，不能像通用计算机那样，软件、硬件完全分开来看，而要在一个大的框架内协调工作。

　　学习嵌入式系统是以软件为主还是以硬件为主，或者如何选择切入点，如何在软件与硬件之间取得平衡?对于这个困惑的建议是：要想成为一名真正的嵌入式系统设计师，在初学阶段，必须打好嵌入式系统的硬件与软件基础。以下是从事嵌入式系统设计二十多年的美国学者JohnCatsoulis在《Designing Embedded Hardware》一书中关于这个问题的总结：嵌入式系统与硬件紧密相关，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件；同样，没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。

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