嵌入式C語言自我修養(yǎng):從芯片、編譯器到操作系統(tǒng)(附送書籍)
最近,閱讀了王工(王利濤)贈送的一本由他編著的書籍《嵌入式C語言自我修養(yǎng)》,感覺寫的挺不錯,也有讀者問我要這本書的pdf,今天分享一下這本書籍《嵌入式C語言自我修養(yǎng)》:從芯片、編譯器到操作系統(tǒng)。
然后,再送10本《嵌入式C語言自我修養(yǎng)》紙質(zhì)書籍作為粉絲福利;
1從芯片、編譯器到操作系統(tǒng)
嵌入式是一門交叉學(xué)科。一個嵌入式電子產(chǎn)品(比如手機(jī))從底層到上層,一般會涉及半導(dǎo)體芯片、電子電路、計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)、多媒體等不同專業(yè)領(lǐng)域的知識。很多從事嵌入式開發(fā)的朋友,通常來自不同的專業(yè)(電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、自動化、物理,甚至一些文科專業(yè)),在實(shí)際學(xué)習(xí)和開發(fā)中,由于專業(yè)背景的限制,經(jīng)常會遇到各種技術(shù)壁壘:搞硬件的不懂軟件,搞軟件的不懂硬件,搞底層芯片的不懂上層軟件,搞上層軟件的不懂底層芯片。嵌入式技術(shù)棧太深,除了極少數(shù)人,一般人很難實(shí)現(xiàn)“技術(shù)破圈”,將整個技術(shù)棧從上到下捋一遍,徹底打通。相對于桌面開發(fā),嵌入式開發(fā)還具有碎片化特點(diǎn):不同架構(gòu)(如ARM、MIPS、RISC-V等)、不同廠家的SoC處理器(如Cortex-M系列、cortex-A系列、AI芯片等),不同的操作系統(tǒng)(Linux、uC/OS、FreeRTOS、Android等),一般都需要對應(yīng)的編譯開發(fā)環(huán)境與之匹配,然后工程師才能基于這個編譯環(huán)境做應(yīng)用開發(fā)。如果把軟件開發(fā)比作開飯館賣餃子,對于桌面軟件開發(fā),鍋碗瓢盆、水電煤氣,甚至餃子(超市里的速凍餃子)都準(zhǔn)備好了,統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),就等著你下鍋,根據(jù)顧客不同的需求,做成一道道不同的美食:豬肉芹菜的、三鮮的、蒸的、煮的、煎的。而對于嵌入式開發(fā),可能情況就不太一樣了:沒有現(xiàn)成的餃子成品可以用,搟餃子皮、剁餡、鍋碗瓢盆都需要自己動手準(zhǔn)備,開發(fā)環(huán)境需要自己搭建。遇到問題,不能僅僅局限于當(dāng)前的軟件業(yè)務(wù)邏輯,可能還要從芯片、硬件電路、操作系統(tǒng)、底層驅(qū)動,甚至編譯器等不同的維度去分析,去定位出現(xiàn)問題的原因。
隨著半導(dǎo)體行業(yè)趨勢的變化,以及國內(nèi)對芯片行業(yè)的大力投入,國產(chǎn)芯片越來越多,未來嵌入式軟件工程師的工作崗位和工作內(nèi)容也會隨之發(fā)生一些變化:嵌入式開發(fā)人員不再僅僅是基于芯片廠家提供的現(xiàn)成的開發(fā)板、BSP軟件包、產(chǎn)品方案去開發(fā)產(chǎn)品,而是有越來越多的工程師直接進(jìn)入芯片原廠工作,參與芯片底層軟件的開發(fā)和維護(hù)工作:芯片測試、操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動開發(fā)與維護(hù)、以及基于自家芯片產(chǎn)品方案的推廣和技術(shù)支持等工作。在芯片設(shè)計(jì)前期,嵌入式軟件工程師有時候還需要和IC工程師一起去測試芯片,編寫相應(yīng)的測試代碼和測試案例。
工作職責(zé)和工作內(nèi)容的變化,需要嵌入式軟件開發(fā)人員不斷擴(kuò)充自己的知識體系,不斷學(xué)習(xí)和解鎖新的技能:C語言編程技能、軟件工程、編譯原理、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、匯編語言、硬件電路,有時甚至還需要了解一些芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)等“圈外”知識。每一個新的知識點(diǎn),每一門新的技能,市面上都有大量的經(jīng)典書籍可以參考閱讀,但每一本書都很厚,都有自己偏向的領(lǐng)域和側(cè)重點(diǎn),和我們的實(shí)際工程需求往往有一定偏差,都需要花大量的時間和精力去閱讀和消化,然后才能提煉出我們在嵌入式開發(fā)中所需要的一些核心知識點(diǎn)和關(guān)鍵技能。有了這些核心知識點(diǎn)和關(guān)鍵技能作為理論支撐,我們就可以在嵌入式開發(fā)中更好、更快地解決各種工程問題。工程師都很忙,沒有大片的時間和精力去通讀各種經(jīng)典書籍,或者說很少有人能堅(jiān)持讀完。嵌入式開發(fā)人員的專業(yè)背景各不相同,每個人的知識儲備和點(diǎn)亮的技能樹也參差不齊,知識體系的不完善和基礎(chǔ)技能的儲備不足,往往會影響實(shí)際工作的輸出效率,在工作和學(xué)習(xí)中會遇到各種各樣的問題無法解決,學(xué)習(xí)陷入困境,或者工作陷入卡殼。
那有沒有更好的方法,快速掌握這些嵌入式開發(fā)所需要的核心知識點(diǎn)和關(guān)鍵技能呢?答案是:有。
基于這個現(xiàn)實(shí)需求,《嵌入式C語言自我修養(yǎng):從芯片、編譯器到操作系統(tǒng)》出版了。
作者基于自己的嵌入式學(xué)習(xí)經(jīng)歷和工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié),從最底層的一堆沙子開始,一步一步,帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)CPU芯片是如何設(shè)計(jì)和制造出來的,CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么樣的,CPU是如何工作的,編譯器和指令集的作用是什么,一個程序的編譯、鏈接、安裝和運(yùn)行的過程是怎么樣的,程序運(yùn)行時的內(nèi)存世界是什么樣的?為什么會有內(nèi)存錯誤?棧溢出攻擊是怎么回事?如何才能真正地理解和掌握C語言?為什么很多人在閱讀Linux內(nèi)核源碼時感到很吃力,看不懂?非計(jì)算機(jī)科班的朋友如何快速掌握操作系統(tǒng)的核心原理和概念?如何快速理解多任務(wù)編程思想?進(jìn)程、線程和協(xié)程有什么區(qū)別?這些疑問在書中都會一一講解。
本書的寫作初衷,主要是為不同專業(yè)背景的嵌入式學(xué)員彌補(bǔ)理論短板:以C語言為切入點(diǎn),從最底層的芯片開始,到編譯器、操作系統(tǒng)、軟件工程、系統(tǒng)框架、進(jìn)程、線程、協(xié)程,搭建一個嵌入式開發(fā)所需要的完整知識體系和認(rèn)知框架。不會像經(jīng)典書籍那樣面面俱到,深入每一個細(xì)節(jié),而是有的放矢,在理論和工程之間做一個平衡,一切都剛剛好:一切以滿足實(shí)際工程需要為參考點(diǎn),所有學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)滿足實(shí)際項(xiàng)目所需要的理論支撐即可,不會深入到學(xué)院派關(guān)注的各種細(xì)節(jié)和性能指標(biāo),以免深入其中無法自拔,耗費(fèi)太多的時間。掌握了這些實(shí)際開發(fā)中需要的核心知識點(diǎn)和關(guān)鍵技能,也就補(bǔ)齊了理論短板,此時,相信大家也會對嵌入式開發(fā)有了一個更加清晰的整體認(rèn)識,在工作中遇到各種問題,都可以嘗試用這個知識體系和認(rèn)知框架去分析和解決,分析問題有了著力點(diǎn),也就有了思路,也就不再迷茫。
相比其他書籍,本書堅(jiān)持使用大白話寫作,通俗易懂,不怕學(xué)不會,就怕你不學(xué)。使用風(fēng)趣幽默的寫作風(fēng)格,以增強(qiáng)閱讀體驗(yàn),無論讀多久都不會覺得枯燥。
在本書內(nèi)容安排上,做了很多嘗試性創(chuàng)新,比如獨(dú)家講解GNU C編譯器擴(kuò)展語法,幫你破解閱讀Linux內(nèi)核源碼時遇到的各種稀奇古怪的語法難題。
首家在ARM平臺下,通過反匯編,帶你理解C語言背后的底層運(yùn)行機(jī)制,深度講解程序的編譯、鏈接、安裝和運(yùn)行原理,深度講解程序運(yùn)行時的動態(tài)內(nèi)存管理、內(nèi)存泄漏、棧溢出攻擊示例等。
結(jié)合嵌入式開發(fā)常用的三種場景:裸機(jī)環(huán)境、RTOS、Linux,幫助大家去分析和總結(jié)這三種場景下的內(nèi)存管理,讓你一覽整個嵌入式開發(fā)環(huán)境概貌。
針對當(dāng)前火熱的人工智能、AIoT、異構(gòu)計(jì)算等熱門技術(shù),從一堆沙子開始,一步一步帶你了解整個CPU芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝流程,CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理:流水線、cache、單發(fā)射、多發(fā)射、亂序執(zhí)行,SIMD、NEON、多核、異構(gòu)...
針對Linux內(nèi)核驅(qū)動閱讀難題,在本書中也分享了C語言的OOP編程思想,教你如何使用C語言來實(shí)現(xiàn)OOP編程,如何利用OOP思想去分析Linux內(nèi)核中復(fù)雜的驅(qū)動和子系統(tǒng)。
針對電子類、自動化類等跨行進(jìn)入嵌入式專業(yè)的朋友,零基礎(chǔ)入門操作系統(tǒng)的核心概念,教你如何在裸機(jī)環(huán)境下使用多任務(wù)思想編程,如何使用狀態(tài)機(jī)進(jìn)行任務(wù)分解,以及RTOS任務(wù)調(diào)度的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。讓你不需要去啃大塊頭的《操作系統(tǒng)》書籍,直接切入操作系統(tǒng)最核心的知識點(diǎn)。
重點(diǎn)分享C語言的模塊化編程思想,從零開始,從一個單文件開始,一步一步教你如何去封裝一個模塊,如何去使用一個模塊,如何模塊間通信,如何建立模塊依賴,軟件如何分層,模塊如何解耦,如何將你的軟件迭代為框架,幫你樹立軟件工程的意識,框架編程思想,讓你寫的代碼更加容易擴(kuò)展和維護(hù)。
ARM架構(gòu)越來越流行,在手機(jī)、平板、桌面PC和服務(wù)器領(lǐng)域攻城拔地,市場份額越來越大,而目前很多編譯原理都是基于X86架構(gòu)來分析的。本書打破慣例,首次在ARM平臺上,通過反匯編手段,剔除編譯過程中各種語法分析等對嵌入式工程師無關(guān)緊要的技術(shù),給大家分享ARM平臺下程序的編譯、鏈接、安裝、運(yùn)行全景圖,尤其是動態(tài)鏈接過程、多進(jìn)程如何共享動態(tài)庫、內(nèi)核模塊是如何動態(tài)加載和運(yùn)行的、U-boot是如何自舉并重定位的,這些嵌入式開發(fā)中經(jīng)常遇到的核心知識點(diǎn)和難點(diǎn),會帶領(lǐng)大家逐一分析。
本書的大部分內(nèi)容基于作者幾年前錄制的、專門為嵌入式工程師打造的C語言視頻教程:C語言嵌入式Linux高級編程改編。結(jié)合幾千名學(xué)員的中肯評價和不斷反饋,幾經(jīng)修改,不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)和內(nèi)容安排,紙質(zhì)版如今才得以和大家見面。全書正文560 頁,加上目錄、前言等,差不多600頁,握在手上,沉甸甸的,全是干貨。寫書是枯燥的,耗時的,幾經(jīng)拖延,幾經(jīng)修改,最后還是跟大家見面了,用口碑和信念做編程教育,致力于分享最原汁原味的技術(shù)和干貨知識,幾千名學(xué)員的中肯反饋和積極評價是最讓人欣慰的,也是這本書質(zhì)量的保障。
愿這本書也能為你的嵌入式學(xué)習(xí)盡一份力,為你的嵌入式職場生涯增磚添瓦。
2送10本紙質(zhì)書籍
這本書的作者和電子工業(yè)出版社,為了感謝大家的支持,這次申請了10本書,送給公眾號的粉絲作為福利。1.抽獎助手 送5本在我的公眾號『程序員編程基地』,后臺回復(fù)關(guān)鍵字“書籍”參與抽獎。
2.留言集贊 送5本為了照顧那部分“中獎絕緣體”,這次依然采用另外一種中獎方式,在本文留言區(qū):走心留言 集贊,前5名將有機(jī)會獲得書籍。
截止集贊時間:2021-06-06?20:00
公布中獎:2021-06-06推文留言區(qū)公布中獎名單。
提示:開獎24小時之內(nèi)填寫中獎信息(集贊中獎?wù)?,微信?lián)系我),否則視為放棄。
最后,感謝王工、電子工業(yè)出版社的贊助,同時,這本書已經(jīng)在各大網(wǎng)店售賣,歡迎大家買買買!