1. 從20萬億美元這個數(shù)字說起物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)到底在發(fā)生什么第一次看到超20萬億美元的產(chǎn)業(yè)這個說法很多做嵌入式的朋友第一反應(yīng)是又在畫餅。我當(dāng)初也這么想直到把幾個數(shù)字擺在一起看全球物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備數(shù)量早已突破百億級別從智能電表、車載終端、工業(yè)網(wǎng)關(guān)到農(nóng)業(yè)傳感器每一個連接節(jié)點背后都是一顆MCU、一顆SoC、一套嵌入式Linux或者RTOS再加上云平臺、邊緣計算、數(shù)據(jù)服務(wù)。硬件、軟件、連接、平臺、服務(wù)這幾層疊加起來才湊出了這個量級。它不是某一家公司的營收而是整個產(chǎn)業(yè)鏈的總體量。那問題來了產(chǎn)業(yè)這么大為什么很多做嵌入式的人感覺自己沒進去我觀察下來卡點通常不在技術(shù)難度而在方向選擇和信息差。有人一直在裸機STM32上打轉(zhuǎn)沒碰過嵌入式Linux有人會寫驅(qū)動但不懂網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧有人做得了網(wǎng)關(guān)硬件卻搞不定根文件系統(tǒng)掛載。這些斷層恰好就是產(chǎn)業(yè)里最缺人的位置。這篇內(nèi)容我想聊的不是物聯(lián)網(wǎng)有多好而是一個嵌入式從業(yè)者怎么從自己現(xiàn)在的位置一步步走到這個產(chǎn)業(yè)真正需要人的崗位上去。涉及的關(guān)鍵詞包括物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、ARM64、Linux、RISC-V也會順帶把無源物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、嵌入式AI測試這些熱詞背后的實際工作內(nèi)容講清楚。不管你是剛學(xué)完51單片機還是已經(jīng)能獨立bringup一塊板子都能在里面找到下一步該補什么。2. 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈里嵌入式到底站在哪個位置2.1 四層結(jié)構(gòu)感知、連接、平臺、應(yīng)用把物聯(lián)網(wǎng)拆開看其實就四層每一層對嵌入式的需求完全不同。感知層傳感器、執(zhí)行器、計量芯片。這一層大量用MCUSTM32、GD32、國產(chǎn)RISC-V MCU都在這里。特點是資源緊張、實時性要求高、功耗敏感。FreeRTOS在這層是絕對主力很多物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的采集子模塊就是STM32跑FreeRTOS。連接層網(wǎng)關(guān)、路由器、交換機、模組。這一層是嵌入式Linux的主場。網(wǎng)關(guān)要做協(xié)議轉(zhuǎn)換Modbus轉(zhuǎn)MQTT、CAN轉(zhuǎn)TCP、要做邊緣預(yù)處理、要管理下掛的幾十上百個節(jié)點。ARM64的應(yīng)用處理器比如各種國產(chǎn)SoC跑Linux是當(dāng)前最主流的方案。平臺層物聯(lián)網(wǎng)平臺比如開源的ThingsBoard、國內(nèi)常見的ThingsLinks這類平臺。這一層偏后端和云但嵌入式工程師需要懂它的數(shù)據(jù)模型否則設(shè)備端上報的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對不上聯(lián)調(diào)時能把你耗死。應(yīng)用層具體行業(yè)方案電力、水務(wù)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、車載。提示很多人以為做物聯(lián)網(wǎng)就是做平臺其實平臺崗位數(shù)量遠少于設(shè)備端崗位。真正大量缺人的是連接層和感知層的嵌入式開發(fā)。2.2 為什么網(wǎng)關(guān)是嵌入式的黃金位置網(wǎng)關(guān)這個位置很特殊它上接平臺要懂MQTT、HTTP、JSON下接傳感器要懂串口、Modbus、CAN、LoRa中間還要跑一個完整的Linux系統(tǒng)要懂內(nèi)核、根文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)配置。一個能獨立搞定網(wǎng)關(guān)的工程師等于同時具備驅(qū)動、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用四方面能力這種人在市場上非常搶手。我見過不少物聯(lián)網(wǎng)畢業(yè)設(shè)計就是做一個STM32網(wǎng)關(guān)采集溫濕度通過ESP8266上報。這個作為入門可以但離產(chǎn)業(yè)需求還有距離。產(chǎn)業(yè)里的網(wǎng)關(guān)要處理的是多協(xié)議接入、斷網(wǎng)緩存、遠程升級、設(shè)備認證、邊緣規(guī)則引擎。這些才是真正值錢的部分。2.3 無源物聯(lián)網(wǎng)下一個增量在哪最近無源物聯(lián)網(wǎng)這個詞很熱。簡單說就是設(shè)備不帶電池靠射頻能量收集、背散射通信來工作。它的價值在于物流、倉儲、資產(chǎn)管理這些場景貼一個標(biāo)簽就能用幾年甚至十幾年不用換電池。這對嵌入式的挑戰(zhàn)是全新的——超低功耗設(shè)計、能量收集電路、極簡協(xié)議?！，F(xiàn)在這個方向還在早期但增量空間很大提前布局的人會有先發(fā)優(yōu)勢。3. 嵌入式Linux繞不過去的那道坎3.1 從裸機到Linux思維要換三次我?guī)Я藥讉€從STM32轉(zhuǎn)Linux的同事發(fā)現(xiàn)卡點都集中在三個思維轉(zhuǎn)換上。第一從我控制一切到我和內(nèi)核協(xié)作。裸機時代你寫個while(1)就是全部Linux下你的驅(qū)動只是內(nèi)核的一個模塊要遵守內(nèi)核的框架、要處理并發(fā)、要考慮睡眠和喚醒。第二從寄存器思維到子系統(tǒng)思維。裸機上你直接操作寄存器Linux下你要掛到對應(yīng)的子系統(tǒng)上GPIO掛gpio子系統(tǒng)I2C設(shè)備掛i2c子系統(tǒng)輸入設(shè)備掛input子系統(tǒng)。不按框架來代碼能跑但沒法維護。第三從能跑就行到可復(fù)現(xiàn)、可升級。產(chǎn)品要量產(chǎn)就要考慮設(shè)備樹、根文件系統(tǒng)、OTA升級。這些在裸機上基本不存在。3.2 根文件系統(tǒng)掛載新手最容易翻車的地方熱詞里出現(xiàn)了嵌入式linux 根文件系統(tǒng)掛載 使用nfs v3這確實是高頻問題。我把自己踩過的坑整理一下。用NFS掛載根文件系統(tǒng)做開發(fā)是嵌入式Linux調(diào)試的常規(guī)操作。典型的內(nèi)核啟動參數(shù)長這樣# 內(nèi)核命令行參數(shù)示例 root/dev/nfs rw nfsroot192.168.1.100:/nfsroot/rootfs,v3 ip192.168.1.200:192.168.1.100:192.168.1.1:255.255.255.0::eth0:off這里有幾個坑NFS版本老內(nèi)核默認走v2新內(nèi)核默認走v3或v4。如果服務(wù)端只開了v3客戶端卻按v4去協(xié)商就會卡在掛載階段。顯式寫,v3能省很多事。網(wǎng)絡(luò)時序內(nèi)核起來時網(wǎng)卡驅(qū)動還沒加載完NFS就超時了。解決辦法是把網(wǎng)卡驅(qū)動編進內(nèi)核不是模塊或者用initramfs先過渡。權(quán)限和uidNFS掛載后文件屬主可能全變成nobody導(dǎo)致系統(tǒng)服務(wù)起不來。要在服務(wù)端配置no_root_squash。注意NFS掛載只適合開發(fā)階段。量產(chǎn)必須用flash上的根文件系統(tǒng)ext4、ubifs、squashfs等否則斷網(wǎng)就變磚。3.3 那個bad linux arm64 image magic報錯熱詞里有個很具體的報錯bad linux arm64 image magic! 內(nèi)核段既不是 arm64 image偏移 0x38 處無 armd。這個我太熟了。ARM64的Linux內(nèi)核鏡像Image在文件頭偏移0x38處有一個魔數(shù)ARM\x640x644d5241。bootloader加載內(nèi)核時會檢查這個魔數(shù)對不上就報這個錯。常見原因拿錯了文件把vmlinuxELF格式當(dāng)成Image燒進去了。vmlinux是帶調(diào)試信息的ELF不能直接引導(dǎo)。要用objcopy轉(zhuǎn)成Image或者用Image.gz。壓縮格式?jīng)]解壓有些bootloader不自動解壓你給它Image.gz它不認得給未壓縮的Image。架構(gòu)搞混把ARM32的zImage當(dāng)成ARM64的Image。兩者魔數(shù)位置和值都不同。排查方法很直接# 查看文件頭確認是不是合法的ARM64 Image xxd -l 64 Image # 偏移0x38處應(yīng)該能看到 41 52 4d 64即 ARMd這個報錯看著嚇人其實定位起來很快關(guān)鍵是知道魔數(shù)在哪、長什么樣。4. ARM64與RISC-V兩條路線怎么選4.1 ARM64的生態(tài)優(yōu)勢短期內(nèi)無法撼動做嵌入式LinuxARM64目前是默認選項。原因很實在工具鏈成熟、內(nèi)核支持完善、芯片選擇多、社區(qū)資料全。你遇到任何問題搜一下基本都有人踩過。qemu模擬arm64也是學(xué)習(xí)利器沒有硬件也能把整個啟動流程跑通# 用qemu模擬arm64跑一個最小Linux qemu-system-aarch64 \ -M virt -cpu cortex-a57 -nographic \ -kernel Image \ -append consolettyAMA0 root/dev/vda rw \ -drive filerootfs.ext4,ifnone,idhd0 -device virtio-blk-device,drivehd0這套流程跑一遍你對內(nèi)核啟動、設(shè)備樹、根文件系統(tǒng)的理解會直接上一個臺階。我建議每個學(xué)嵌入式Linux的人都用qemu完整走一遍比買開發(fā)板還高效因為你能隨便改、隨便試不怕搞壞。4.2 RISC-V值得現(xiàn)在就開始了解RISC-V這兩年在嵌入式領(lǐng)域的存在感越來越強。它的優(yōu)勢是開放、可裁剪、沒有授權(quán)費特別適合做定制化的物聯(lián)網(wǎng)芯片。國內(nèi)已經(jīng)有不少RISC-V MCU和MPU在量產(chǎn)。但要說清楚RISC-V在嵌入式Linux上還沒到ARM64的成熟度。工具鏈、內(nèi)核支持、外設(shè)驅(qū)動、社區(qū)資料都還在完善中。我的建議是如果你現(xiàn)在要找工作、做量產(chǎn)項目主力還是ARM64。如果你有精力花時間了解RISC-V的指令集、工具鏈、啟動流程這是明顯的加分項也是未來三五年的趨勢。兩者不是替代關(guān)系而是互補。很多產(chǎn)品線會同時存在ARM和RISC-V的方案選型時看成本、功耗、生態(tài)綜合決定。4.3 選型對比表維度ARM64RISC-V生態(tài)成熟度高資料豐富中快速完善中工具鏈GCC/LLVM完善GCC/LLVM基本可用內(nèi)核支持完善主線支持外設(shè)驅(qū)動參差芯片選擇極多逐漸增多授權(quán)成本需授權(quán)開放無授權(quán)費適合場景量產(chǎn)主力、通用網(wǎng)關(guān)定制芯片、成本敏感、新項目預(yù)研5. 嵌入式AI測試與邊緣計算新崗位的能力要求5.1 嵌入式AI測試到底測什么熱詞里有嵌入式ai測試這個崗位這兩年需求漲得很快。它測的不是模型精度那是算法團隊的事而是模型在真實硬件上的表現(xiàn)推理延遲單幀多少毫秒能不能滿足實時要求。內(nèi)存占用模型加載后占多少RAM峰值多少。功耗持續(xù)推理時整機功耗電池設(shè)備尤其關(guān)鍵。精度損失量化int8之后精度掉了多少能不能接受。穩(wěn)定性連續(xù)跑24小時會不會內(nèi)存泄漏、會不會熱到降頻。做這個崗位你需要懂模型部署框架TFLite、ONNX Runtime、NCNN等、懂硬件性能分析、懂測試方法論。純算法背景的人做不了純嵌入式背景的人也要補AI部署的知識。這是個交叉崗位競爭反而沒那么激烈。5.2 邊緣計算給嵌入式帶來的變化以前嵌入式設(shè)備只管采集和上報現(xiàn)在越來越多要做邊緣側(cè)的預(yù)處理和決策。比如工業(yè)網(wǎng)關(guān)在本地就跑異常檢測只把異常數(shù)據(jù)上報省帶寬也省云成本。這對嵌入式工程師的要求是要理解數(shù)據(jù)流、要會調(diào)用推理引擎、要能做資源調(diào)度。我的經(jīng)驗是不用一上來就啃深度學(xué)習(xí)理論。先把一個現(xiàn)成的模型部署到板子上跑通理解整個鏈路再回頭補理論效率高得多。6. 一條可落地的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)路線6.1 分階段目標(biāo)我把路線分成四段每段都有明確的產(chǎn)出物避免學(xué)了很多但拿不出東西。第一階段MCU與RTOS1-3個月目標(biāo)能用STM32FreeRTOS做一個多任務(wù)采集節(jié)點。產(chǎn)出一個能采集傳感器、通過串口或無線模組上報數(shù)據(jù)的完整工程。重點任務(wù)調(diào)度、中斷、隊列、低功耗。第二階段嵌入式Linux基礎(chǔ)3-6個月目標(biāo)能獨立bringup一塊ARM64板子跑起Linux。產(chǎn)出自己編譯內(nèi)核、做根文件系統(tǒng)、寫一個字符設(shè)備驅(qū)動。重點設(shè)備樹、內(nèi)核裁剪、驅(qū)動框架、qemu模擬。第三階段網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)3-6個月目標(biāo)能做一個多協(xié)議網(wǎng)關(guān)。產(chǎn)出Modbus采集 MQTT上報 斷網(wǎng)緩存 OTA升級。重點socket編程、協(xié)議棧、MQTT、固件升級。第四階段邊緣與AI持續(xù)目標(biāo)能在網(wǎng)關(guān)上部署一個輕量模型做本地推理。產(chǎn)出一個帶異常檢測的邊緣網(wǎng)關(guān)demo。重點模型部署、性能測試、資源優(yōu)化。6.2 每個階段的避坑提醒第一階段別貪多把FreeRTOS的任務(wù)和隊列吃透比學(xué)十個RTOS有用。第二階段一定要用qemu先跑通再上硬件。硬件問題會掩蓋你的理解問題。第三階段協(xié)議別自己造輪子用成熟的開源庫把精力放在業(yè)務(wù)邏輯上。第四階段先跑通再優(yōu)化別一上來就追求極致性能。7. 那些沒人告訴你但很重要的實操經(jīng)驗7.1 關(guān)于開發(fā)環(huán)境熱詞里有一堆linux鏡像安裝免費linux網(wǎng)站大全永久免費網(wǎng)頁版linux之類的搜索說明很多人在環(huán)境上就卡住了。我的建議很直接本地裝一個Ubuntu LTS用虛擬機或雙系統(tǒng)都行別折騰網(wǎng)頁版。嵌入式開發(fā)要接硬件、要用串口、要跑qemu網(wǎng)頁環(huán)境根本不夠用。環(huán)境越簡單越穩(wěn)定越好把時間花在真正的技術(shù)上。7.2 關(guān)于調(diào)試手段嵌入式調(diào)試串口打印是永遠的神。但很多人只會printf不會分級。我的做法是定義日志級別ERROR/WARN/INFO/DEBUG發(fā)布版本只留ERROR調(diào)試版本全開。這樣既不影響性能又能快速定位問題。另外adb shell在安卓設(shè)備調(diào)試時很有用但純Linux設(shè)備上更常用的是串口ssh。設(shè)備起來后配好網(wǎng)絡(luò)ssh上去操作比串口舒服得多。7.3 關(guān)于面試熱詞里linux面試題嵌入式面試題出現(xiàn)多次。我面過不少人發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律能講清楚一個完整項目的人比背了一堆知識點的人更受歡迎。面試時別背概念講你做過什么、遇到什么問題、怎么解決的。比如你講清楚根文件系統(tǒng)掛載失敗怎么排查的比背十條Linux命令有用得多。7.4 關(guān)于國產(chǎn)化linux國產(chǎn)國產(chǎn)linux這些詞熱度高背后是真實的產(chǎn)業(yè)需求。國產(chǎn)芯片國產(chǎn)操作系統(tǒng)的組合越來越多這對嵌入式工程師是機會。我的建議是保持對國產(chǎn)芯片包括RISC-V方案的關(guān)注有機會就上手試試。生態(tài)早期進入的人往往能吃到紅利。8. 我個人的一些體會做嵌入式這行十幾年我最大的感受是這個行業(yè)不缺人缺的是能打通全鏈路的人。會點燈的人一抓一大把能從傳感器一直做到云平臺、能獨立bringup系統(tǒng)、能排查內(nèi)核啟動問題的人永遠稀缺。物聯(lián)網(wǎng)這個20萬億美元的產(chǎn)業(yè)落到每個工程師身上其實就是一個個具體的問題這塊板子怎么啟動、這個驅(qū)動怎么寫、這個協(xié)議怎么轉(zhuǎn)、這個模型怎么部署。把這些問題一個個解決掉你自然就進入了這個產(chǎn)業(yè)而不是站在門外看那個嚇人的數(shù)字。如果你現(xiàn)在還在糾結(jié)學(xué)ARM64還是RISC-V、學(xué)Linux還是RTOS我的建議是先動手用qemu跑一個ARM64 Linux起來再拿一塊STM32做個FreeRTOS節(jié)點兩個都摸一遍你就知道自己更適合哪個方向了。紙上比較一百次不如動手做一次。