淺析嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用*

劉桂榮

(煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院 汽車工程系，山東 煙臺(tái) 264670)

淺析嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用*

劉桂榮

(煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院 汽車工程系，山東 煙臺(tái) 264670)

對于計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展來說，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)重要的組成部分，它是一項(xiàng)集多種功能為一體的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng).總的來說它是一項(xiàng)以應(yīng)用為中心，計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的管理系統(tǒng).本文就從嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)出發(fā)，進(jìn)而結(jié)合相關(guān)的分析，集中論述和探討了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)以及相關(guān)的選型原則等.

嵌入式系統(tǒng);計(jì)算機(jī)開發(fā);應(yīng)用;分析;探討

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)也在日益的發(fā)生著變化和革新，并且在廣泛的領(lǐng)域里得到應(yīng)用，對于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，其在各個(gè)行業(yè)中都有著重要的作用，有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ).嵌入式系統(tǒng)的使用，奠定在應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上，利用相關(guān)軟件與硬件，完成系統(tǒng)的功能開發(fā)，以此提高項(xiàng)目的可靠性，對成本、功耗等都有著嚴(yán)格要求的專項(xiàng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用管理系統(tǒng).其主要的組成包括四個(gè)部分，即微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備以及用戶應(yīng)用程序.通過對嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)用，我們可以很好的實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制以及檢測，從而進(jìn)行更好的管理.下面，筆者就將結(jié)合相關(guān)的問題對嵌入式開發(fā)管理系統(tǒng)展開分析和探討.

1 加強(qiáng)對嵌入式系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)

1.1 嵌入式系統(tǒng)概述

一般情況下，嵌入式系統(tǒng)包括硬件層、軟件層、中間層、執(zhí)行裝置以及功能層等若干部分.這幾大組成部分各自具有不同的功能和作用，對于整個(gè)嵌入式信息系統(tǒng)來說也具有重要的意義.關(guān)于這幾大系統(tǒng)的組成，我們進(jìn)行了相關(guān)的分析，其中硬件層主要包括嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口等組成.在該系統(tǒng)中，利用微處理器的作用，增加了電路設(shè)備或者相應(yīng)電源，以此形成嵌入式的核心控制模式.在該操作系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用程序的固化處理，并在ROM中保存.一般情況下，將該程序稱作軟件抽象或者是板極支持包.在這一系統(tǒng)的使用過程中，主要的就是把相關(guān)的系統(tǒng)軟件和底層的硬件部分分離，避免該系統(tǒng)的硬件程序與驅(qū)動(dòng)程序產(chǎn)生關(guān)聯(lián).在軟件層，包括各種多任務(wù)的操作系統(tǒng)、圖形用戶接口、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和通用組件模塊等.對于實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)來說正是這一應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和重要的開發(fā)平臺(tái).這一系統(tǒng)是在進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位之后立即執(zhí)行的程序，具有嵌入式、目標(biāo)代碼等特征.也就是說，以此作為用戶操作的主要程序，而企業(yè)用戶的程序則構(gòu)建在RTOS中，一般功能層主要由奠定RTOS技術(shù)基礎(chǔ)上的開發(fā)應(yīng)用程序組成，進(jìn)而完成相關(guān)被指控對象的控制，這一系統(tǒng)主要的就是面對廣大的用戶的，主要的目的也就是讓用戶更加便捷而且有效的操作，而且在這個(gè)過程中往往需要提供一個(gè)友好的人機(jī)界面.對于執(zhí)行裝置而言，它主要的就是一個(gè)可以接受本系統(tǒng)命令的執(zhí)行和控制組成，在執(zhí)行的過程中需要對相關(guān)的操作或者是任務(wù)設(shè)備進(jìn)行管理.當(dāng)然，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)的執(zhí)行裝置一般是不同的，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場合和系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)的功能選擇不同的設(shè)備和執(zhí)行裝置.

1.2 嵌入式系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

在了解了嵌入式系統(tǒng)的基本組成之后，我們對該系統(tǒng)也有了一個(gè)基本的了解，總的來說嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)性的管理軟件，其中包括了軟、硬件等一體化運(yùn)作“器件”.所以我們對其也進(jìn)行了相關(guān)的分析和研究，其中發(fā)現(xiàn)其具有以下的一些特點(diǎn).這些特點(diǎn)當(dāng)然主要的就是針對不同的對象來說的，對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)者來說，他可以提供軟件與硬件的協(xié)同發(fā)展，完成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的選擇、多種處理器的選型等.這樣一來可以進(jìn)行開發(fā)和管理應(yīng)用的資源就相對較少，如此對于一些比較特殊的開發(fā)工具或者是硬軟件有著比較高的要求.而對于用戶來說，嵌入式系統(tǒng)就具有開發(fā)管理簡單，可以很好的進(jìn)行任務(wù)操作，而且相對安全和可靠，因?yàn)閷τ谑袌?、時(shí)間、價(jià)格、體積和能耗等，都提出較為嚴(yán)格的要求.而該嵌入式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比較，主要具備以下幾方面特征:

(1)在應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)過程中，其應(yīng)用特征具有特殊性:它的一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)常常是為了一些特定的用戶來進(jìn)行的，例如嵌入式CPU，該CPU的重要特點(diǎn)，也是相對特殊的地方就是它可以很好的對相關(guān)用戶群進(jìn)行管理，而且具有低功耗、小體積、高集成度等特點(diǎn)，而且在進(jìn)行利用和開發(fā)的過程中，我們可以很好的對CPU的各種任務(wù)進(jìn)行集成處理，通過板卡將相關(guān)內(nèi)容存儲(chǔ)到芯片中.這樣，減少嵌入式系統(tǒng)的體積、消耗，滿足區(qū)域小型化發(fā)展目標(biāo).但是該器件的移動(dòng)能力有所增加，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合.

(2)對于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用來說，可同時(shí)具備相同軟件系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)的功能.尤其對于嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，其要求具有高效性、科學(xué)性.同時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，祛除無用的，做到精簡而高效，在這個(gè)過程中是力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣一來，也就具有了和其他處理器不同的競爭優(yōu)勢，在系統(tǒng)應(yīng)用中也將更加高效.

(3)嵌入式系統(tǒng)具有較長的生命周期.對于嵌入式系統(tǒng)來說，它是和相關(guān)具體的應(yīng)用有機(jī)融合.在該過程中，有關(guān)產(chǎn)品的升級(jí)換代問題，也可同具體的產(chǎn)品嵌入式系統(tǒng)一起進(jìn)行.因此，一旦嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)產(chǎn)品進(jìn)入市場，將具有較強(qiáng)的生命周期，能夠長期有效的進(jìn)行管理和應(yīng)用.

(4)我們知道，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理的過程中，我們?yōu)榱颂岣呦到y(tǒng)的運(yùn)行速度以及運(yùn)行可靠性，一般可以將嵌入式系統(tǒng)中的軟件采取固化處理，存儲(chǔ)在單片機(jī)或者芯片中(注意，不得采用磁盤等載體).這樣，嵌入式系統(tǒng)自身已經(jīng)不具備開發(fā)能力，當(dāng)完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，用戶不得隨意篡改程序，一切操作行為奠定在開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具基礎(chǔ)上.

2 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

2.1 嵌入式系統(tǒng)的流程

在開發(fā)嵌入系統(tǒng)過程中，最重要的一點(diǎn)就是要進(jìn)行相關(guān)的流程規(guī)劃和設(shè)計(jì)，一般來說，在進(jìn)行的相應(yīng)流程規(guī)劃與設(shè)計(jì)過程中，主要分為以下幾大階段:需求分析階段、規(guī)格說明階段、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件平臺(tái)的選擇、系統(tǒng)集成與測試、產(chǎn)品發(fā)布.下面，筆者就將針對這些環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和探討.

(1)需求分析階段，在嵌入式系統(tǒng)的需求分析階段，其主要的任務(wù)就要對其用戶和系統(tǒng)管理的需求進(jìn)行全面而有效分析，進(jìn)而通過這些需求的分析進(jìn)行研究和探討，掌握整個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與開發(fā)初期的需求分析，了解該過程需要完成的任務(wù)，同時(shí)滿足相關(guān)的功能性需求.也就是說該系統(tǒng)應(yīng)該具有哪些基本的功能，例如操作方式、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)等.同時(shí)還應(yīng)滿足一些非功能性的要求，如重量、體積、成本、功耗及系統(tǒng)性能.

(2)規(guī)格說明階段.在進(jìn)行系統(tǒng)的需求分析之后，我們還需要針對系統(tǒng)的相關(guān)組成或者是功能進(jìn)行分析和闡述，這就需要我們充分了解相關(guān)需求，獲得更加客觀的系統(tǒng)規(guī)格說明.但應(yīng)該注意的是，該規(guī)格的闡述和說明的過程中，我們還要對該系統(tǒng)的體系機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)信息進(jìn)行說明和表述，全面掌握和了解該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)過程中，需要的各種參數(shù)、尺寸、信息等.以規(guī)格說明角度為出發(fā)點(diǎn)，這是設(shè)計(jì)中非常重要的結(jié)果分析，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、管理及驗(yàn)收等重要依據(jù).因此，在對系統(tǒng)規(guī)格進(jìn)行闡述和說明的時(shí)候一定要科學(xué)、明了而且是相對清晰和簡潔的.更改規(guī)格說明需要符合顧客的需要，客戶在進(jìn)行閱讀的過程中不能夠產(chǎn)生相關(guān)的歧義，以便造成對信息系統(tǒng)的錯(cuò)誤使用，它是一個(gè)確保所有設(shè)計(jì)者均滿足構(gòu)造要求、了解需求的系統(tǒng).對于各項(xiàng)具體的規(guī)格說明，應(yīng)認(rèn)真填寫，以便如實(shí)反映客戶需求，并以此作為設(shè)計(jì)的參考依據(jù).

(3)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).對于該系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)來說，主要對整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃、描述與操作.眾所周知，當(dāng)完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，我們需要對整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行分析和說明.在進(jìn)行系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以有效的對系統(tǒng)的一些功能和非功能的需求進(jìn)行說明，這些功能需要如何的去進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其中包括相關(guān)硬件、軟件以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能劃分，以及系統(tǒng)硬件與軟件的選型等.一般情況下，硬件與軟件的選擇還包括硬件部件、處理器、操作系統(tǒng)、軟件開發(fā)工具、軟件組件以及編程語言等.都會(huì)在操作系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)的闡述和說明，以便更好的去了解和應(yīng)用.

2.2 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)管理分析

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及信息系統(tǒng)的開發(fā)管理應(yīng)用，嵌入式的系統(tǒng)開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)相對規(guī)范和科學(xué)化的過程，我們在進(jìn)行嵌入式信息系統(tǒng)開發(fā)和管理的過程中，通常需要遵循一些原則進(jìn)而來進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)和管理，并在此基礎(chǔ)來進(jìn)行研發(fā)和管理的.對嵌入式的系統(tǒng)開發(fā)來說，一般嵌入式開發(fā)有其自身的一些特點(diǎn)，而且在這個(gè)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的過程中還需要一些前期的分析和管理，上面，筆者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的說明，下面我們就針對相關(guān)的問題進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的分析.

(1)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).在進(jìn)行體系機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，需要針對于該系統(tǒng)所提供的一系列功能性以及非功能性需求進(jìn)行分析，從而使得系統(tǒng)在開發(fā)和管理的過程中對相關(guān)的軟件、硬件以及執(zhí)行裝置功能劃分等.同時(shí)包括系統(tǒng)硬件及軟件的選型問題.對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)來說，體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)具有重要的意義，因?yàn)橐粋€(gè)好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵.

(2)對硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì).在進(jìn)行了嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，我們就要基于體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對系統(tǒng)的軟件、硬件進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)和設(shè)計(jì)管理.在這個(gè)過程中為了更加高效而且快速的完成，我們在產(chǎn)品的開發(fā)過程中設(shè)計(jì)往往是并行的.對于設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的思路來說，大多關(guān)注軟件的設(shè)計(jì)，包括軟件的組件技術(shù)、模塊設(shè)計(jì)等，這也是現(xiàn)代化軟件工程中的常見方式.

(3)系統(tǒng)的集成開發(fā)和設(shè)計(jì).在完成了相關(guān)的硬軟件開發(fā)之后，我們就要進(jìn)行系統(tǒng)的組合與集成，也就是說我們要在這個(gè)階段把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝置進(jìn)行組合安裝，集成在一起，完成之后還需要進(jìn)行科學(xué)有效的調(diào)試管理，從而在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)相關(guān)的問題并改進(jìn)單元設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤.

(4)系統(tǒng)測試.完成相關(guān)的系統(tǒng)集成工作之后，對于整個(gè)系統(tǒng)來說就進(jìn)入了測試的階段，在這一階段，我們主要的工作就是對設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行測試，看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求.只有保證測試的成功并且符合相關(guān)的需要，我們的系統(tǒng)開發(fā)才算真正的完成.

3 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用分析

對于嵌入式的信息系統(tǒng)應(yīng)用來說，其前景是非常廣泛的，它滲透到了我們生活中的方方面面，不僅在一些家電，例如冰箱、洗衣機(jī)，還在一些交通工具上有所應(yīng)用，如小汽車等，還包括一些遠(yuǎn)程的會(huì)議系統(tǒng)管理等，由此可見，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用具有很大的市場需要.因此在這個(gè)過程中，我們一定要按照相關(guān)的需求進(jìn)行科學(xué)有效的管理，掌握該系統(tǒng)運(yùn)用的相關(guān)要求以及應(yīng)用操作規(guī)范，在此基礎(chǔ)之上把該系統(tǒng)運(yùn)用到我們的日常生活當(dāng)中，這樣也就大大提高我們生活的水平.

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