一个软件开发者学习如何编程微控制器有多难？

Question

我是一名软件开发者。我已经使用高级语言编程了几年。

我想知道如何迈出编程硬件的第一步。不是什么特别复杂的东西，而是可能普通的消费电子设备？假设我不需要与多种组件一起组装PCB，只需编程微小的CPU？

我需要去多低层次？汇编语言？C？操作寄存器？或者现在的开发工具包相当高级吗？Java是否也涉及其中？硬件中的面向对象编程，是梦想还是现实？需要进行现实检验。

我也倾向于通过以教程形式编写的书籍或网站来更好地学习。希望能有一些指导，从简单到复杂的引导方式。有任何建议吗？也许是介绍当今流行的硬件（微处理器/微控制器）的东西？

非常感谢，谢谢大家。

- Henry

Answer 1

实际的编程并不是问题。让人沮丧和烦恼的是设置开发环境和使工具运行起来的过程。一旦完成，你就已经完成了一半。

建议购买一个带有 USB 并能与你选择的操作系统配合使用的开发套件（“dev kit”）。让它工作起来，你就完成了一半。

如果你缺少知识，了解处理器的基础知识也很重要。你将在比任何其他编程更低的层次上进行编程，因此基础知识更加重要。

- Peter

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你有什么特别推荐的开发工具包吗？ - Henry

有没有针对单片机/微处理器的虚拟机可以在PC上运行？就像不用J2ME手机进行J2ME开发一样？只是好奇... - Henry

@Henry：我建议你从Atmel处理器（它们非常流行和简单）或Motorola MSP430或类似的低功耗处理器开始。基本上，任何带有USB接口的开发套件都可以。至于在PC上使用虚拟机-我不知道现在是否还能获取到，但我建议不要获取-因为一半的挑战/实践/满足感就是让工具链正常工作。 - Peter

如果我想选择Atmel处理器，我可以使用Arduino，但如果我想选择Motorola/Freescale处理器呢？我应该选择哪个开发套件？在编程Atmel和Motorola/Freescale之间有多大的差异？ - Henry

在这里支持Peter的建议。尽力获取任何图像 - 无论它是什么 - 您可以下载到板子上并运行。也许是一些Linux，也许是制造商提供的演示。这样，您就可以确保该过程的工作方式。然后，尝试构建自己的程序（“Hello World”）并将其下载。接下来，您就可以享受嵌入式乐趣了。 - doppelfish

我建议暂时远离Arduino，因为它抽象了很多程序员在直接编程处理器时所接触到的东西。经过一些低级别的工作后，你可以转向Arduino这个对程序员友好的环境。 - Saulius Žemaitaitis

Answer 2

如果您了解C语言，只需学习工具链步骤即可下载代码。

一个好的起点是这里（便宜的硬件/软件）http://www.arduino.cc/en/Guide/HomePage。

- Martin Beckett

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还有学习IO端口的工作原理，内存限制/要求，包括可能的分页和中断服务例程。这不仅仅是了解C语言和工具链那么简单。 - Paul Nathan

Paul，你有没有推荐学习你提到的那些内容的书籍？谢谢。 - Henry

刚刚发现这篇文章，非常有趣，关于Atmel、Microchip和Freescale的比较：http://diydrones.com/profiles/blogs/atmel-v-microchip-v-freescale - Henry

@Henry：你会发现大多数嵌入式编程工具都很糟糕，每个处理器通常都面向特定的目标。 - Paul Nathan

Arduino对于初学者仍然是最好的选择吗？那么直接支持AVRStudio的产品呢？会更好吗？ - Henry

Answer 3

我已经从事C语言编程约16年，既作为业余爱好，也作为职业，但一直都是用于用户空间代码（即程序，而非内核或驱动程序）。我的大部分工作涉及高级语言（我做过很多Perl和Ruby编程，偶尔还会使用Java、Python和shell脚本语言）。我确实开发了很多MS-DOS的程序（这可能是在x86机器上最接近裸机编程的方式），但我最后一份工作则涉及5年的Perl和Ruby on Rails网站开发。

话虽如此，我现在是一名嵌入式Linux开发的高级工程师，为uClinux在Blackfin平台上开发驱动程序（包括内核模块中旧微处理器仿真器）。有时我缺乏硬件相关问题的经验（比如由于针脚上没有上拉/下拉电阻而导致的浮动信号电平）会妨碍我的工作，但这大多数时候都是一次非常愉快和激动人心的经历。正如其他人所说，理解你的工具是必要的——对于uClinux来说，这意味着GNU Toolchain，幸运的是，由于我在自由开源软件技术方面的背景，我已经熟悉了它。

黑鲔鱼处理器并非入门级微处理器（特别是它没有MMU，这对Linux开发有一些相关影响），但正如先前所述，您可以花大约200美元购买一个Beagleboard及其所有必需的附件，并在短短几天内开始尝试。如果您想要更简单的东西，有许多Arduino选项可供选择，但是如果您已经具备了一些真正的开发经验，我相信您会发现它们的开发环境有点受限制（我知道我是这样认为的）。

在你熟悉工具后，你可能想要花一些钱购买一个电路仿真器（或ICE）。这些通常非常特定于平台（无论是目标架构还是开发环境），但如果你想做更多的事情而不仅仅是闪烁LED灯的话，这是强烈推荐的。

几个月后，你会发现自己正在使用Buildroot为可黑客客户设备构建自定义镜像，并且会有很多乐趣。我所能说的就是，去尝试吧，这非常容易上瘾，现在也不是特别昂贵。

- Ulisses Montenegro

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Beagleboard，它与Arduino相比如何？看起来它已经是一个运行在Linux上的计算机...像类固醇的微控制器？它已经运行在Linux上了吗？那么，相对于Arduino，编程会更高级吗？谢谢。 - Henry

@Henry，Beagleboard几乎是几年前的一台PC，它运行Linux系统，有网络功能，可以插入键盘和显示器 - 你甚至可以直接在上面进行开发。 Arduino是一款真正的微控制器。它使用原始的C语言加上命令来改变引脚电压。你可以在PC上编写代码，下载完成的程序，连接电源并希望一切顺利！ - Martin Beckett

贝葛尔板也能像Arduino一样执行任务吗？例如...改变引脚上的电压等操作？ - Henry

Beagleboard似乎没有任何GPIO引脚。不过，你可以试着证明我错了。 - doppelfish

Answer 4

另外一个值得关注的是Microsoft Robotics Studio。它支持许多硬件板（包括CE），使用它可以很容易地启动一个小型机器人项目，这是一个学习嵌入式编程的很酷的项目。而且，它与Visual Studio（express）完美集成，他们的开发工具包还附带了免费的express版本。

- Toad

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irobot、fischertechnik、roombo、mindstorms、pioneer等等...最好的事情是你可以用C#编程。更好的是，在购买机器人之前，你可以在3D中模拟整个过程和它的世界。当它开始工作时，你购买硬件并进行最小的调整即可运行。 - Toad

Answer 5

购买一块BeagleBoard。价格便宜，有很多用户（社区支持非常重要），提供许多操作系统选项。http://beagleboard.org/

- ergosys

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Beagleboard，它和Arduino相比如何？似乎它已经是基于Linux的计算机了……我是对的吗？编程这个板子类似于编写Linux应用程序吗？ - Henry

Arduino是低级别的，非常适合与硬件进行接口。这就是为什么我认为Beagleboard可能更适合那些不擅长硬件黑客的人。例如：http://letsmakerobots.com/node/11252 - ergosys

我明白了... 编程 Beagleboard 就像编程高端的乐高机器人一样吗？ - Henry

Answer 6

嗯，如果你想知道自己在做什么，就需要了解处理器的汇编语言和处理器架构。

学习C语言是成为微控制器专家的必经之路。没有其他方法。

嵌入式系统中有一些虚拟机级别的语言。我有时会在手机上看到Java内存不足异常（这也帮助我对虚拟机级别的嵌入式语言有了强烈的看法）。

ARM处理器对硬件级别的Java字节码有一定支持。

你最好选择像PIC或Atmel芯片这样的东西，并开始使用它们来进行编程。

如果你想用现有的硬件完成，那就给你的电脑安装一个虚拟机监视器，然后开始编写基本的内核。

- Paul Nathan