嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)探析

盧燕

摘 要：嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域的重要計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。隨著工業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提升，嵌入式系統(tǒng)變得更加繁瑣復(fù)雜、功能也更加豐富。文章圍繞嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，詳細(xì)闡述了嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的幾個(gè)重要階段，對(duì)各個(gè)階段涉及到的重要技術(shù)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；軟件開(kāi)發(fā)；技術(shù)

引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)一經(jīng)問(wèn)世，就成為加快推動(dòng)人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)高效開(kāi)展的重要力量。在幾十年的發(fā)展里程中，計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)都實(shí)現(xiàn)了巨大進(jìn)步。伴隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷深入，嵌入式系統(tǒng)獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。嵌入式系統(tǒng)是一種以軟件和硬件相結(jié)合為特征的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該種系統(tǒng)常用于工業(yè)大型機(jī)械化生產(chǎn)或者國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，通過(guò)嵌入到某些專門設(shè)備中予以實(shí)現(xiàn)，故此得名嵌入式系統(tǒng)。在數(shù)十年的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，嵌入式系統(tǒng)屢經(jīng)發(fā)展，不斷創(chuàng)新改進(jìn)，目前已經(jīng)取得了許多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)成果，為今后的相關(guān)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)工作指出了重要方向。

1 微處理器技術(shù)的選擇

微處理器技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)的重要基本元素。伴隨著加工制作技術(shù)的升級(jí)，微處理器從最初的4位、8位器件開(kāi)始，發(fā)展到后面的集成式單片8位微處理器、16位微處理器。時(shí)至今日，16位微處理器已經(jīng)成為微處理器應(yīng)用的中間類型，占據(jù)著微處理器市場(chǎng)的最大份額，而更高端的領(lǐng)域則由32位架構(gòu)的器件所占據(jù)。最開(kāi)始的32位器件采用的是CISC架構(gòu)，而后隨著技術(shù)的發(fā)展，性能更加優(yōu)異的RISC芯片則成為32位器件架構(gòu)形式的主要選擇。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要，綜合比較設(shè)備性能、服務(wù)、適用性以及成本等多個(gè)指標(biāo)選擇最適合的微處理器。

2 系統(tǒng)架構(gòu)的選擇

架構(gòu)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成，不僅關(guān)系到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展、優(yōu)化也有著舉足輕重的作用。微處理器的架構(gòu)開(kāi)始時(shí)僅僅是中央處理器和部分邏輯器件構(gòu)成的簡(jiǎn)單形式。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，微處理器架構(gòu)變得復(fù)雜、繁瑣，但調(diào)試技術(shù)還是原來(lái)那些電路仿真、芯片級(jí)調(diào)試、ROM監(jiān)控器以及指令集模擬等技術(shù)。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大和技術(shù)要求的不斷提高，系統(tǒng)架構(gòu)的重要性也在與日俱增，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員必須要認(rèn)真評(píng)估各類微處理器相關(guān)特性，選取合適的系統(tǒng)架構(gòu)，這樣才能保證開(kāi)發(fā)出來(lái)的系統(tǒng)的健康水平。

3 設(shè)計(jì)組成

嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)工作包括硬件開(kāi)發(fā)和軟件開(kāi)發(fā)兩個(gè)部分。最開(kāi)始的時(shí)候，軟、硬件的開(kāi)發(fā)工作基本上都由一名技術(shù)人員負(fù)責(zé)。而且在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的全部工作中，軟件開(kāi)發(fā)所占據(jù)的比例較小，最大十分之一。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作中軟件設(shè)計(jì)所占據(jù)的比例越來(lái)越大。原有工作模式因而發(fā)生丟了改變。專業(yè)人員專門負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的工作模式出現(xiàn)在上個(gè)實(shí)際80年代中期，同期軟件開(kāi)發(fā)的工作量占據(jù)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作業(yè)務(wù)量的一半以上。

近些年來(lái)，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展得日漸成熟。軟件、硬件方面都實(shí)現(xiàn)了巨大進(jìn)步。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)量持續(xù)上漲。其中，軟件開(kāi)發(fā)的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)更為顯著，已經(jīng)達(dá)到嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)量的十分之七、八左右。巨大的工作量已經(jīng)不是僅僅依靠一個(gè)開(kāi)發(fā)人員就能完成的，必須依靠團(tuán)隊(duì)的力量。特別是隨著系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作的深入，一些新的技術(shù)措施、手段紛紛涌現(xiàn)，成為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。其中一個(gè)至關(guān)重要的就是用于軟件開(kāi)發(fā)后進(jìn)行測(cè)試的硬件平臺(tái)。由于軟件開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)量的高速增加，用來(lái)進(jìn)行軟件測(cè)試的硬件平臺(tái)需求也就變得更加迫切。目前常用的方法有本地代碼執(zhí)行原型環(huán)境、指令集軟仿真（模擬），或者是使用標(biāo)準(zhǔn)的、低成本的、現(xiàn)成的評(píng)估板等。而主機(jī)-目標(biāo)機(jī)連接技術(shù)因?yàn)槌杀据^低，故而推廣速度很快，其中最為著名的就是JTAG接口。

4 軟件內(nèi)容

盡管軟件開(kāi)發(fā)所耗費(fèi)的時(shí)間越來(lái)越多，但市場(chǎng)對(duì)于軟件的開(kāi)發(fā)周期的要求卻越來(lái)越短。為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)不得不在開(kāi)發(fā)策略上下功夫。早期嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一，使用企業(yè)自行開(kāi)發(fā)的應(yīng)用代碼即可實(shí)現(xiàn)。如今系統(tǒng)功能豐富，功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)必須依賴外部的力量。目前，軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)往往根據(jù)項(xiàng)目需求，選擇對(duì)應(yīng)的多任務(wù)的模型，然后使用標(biāo)準(zhǔn)的、商用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)輔助開(kāi)發(fā)。這種做法，優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)效率高，缺點(diǎn)是不可避免的遇到知識(shí)產(chǎn)權(quán)的問(wèn)題。在全社會(huì)都越來(lái)越重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大形勢(shì)下，嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)，必須考慮到知識(shí)產(chǎn)權(quán)因素的影響，這種影響，不僅僅停留在當(dāng)前所開(kāi)發(fā)的軟件上，更對(duì)后續(xù)的相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)、應(yīng)用拓展有著巨大的影響。

5 編程語(yǔ)言

編程語(yǔ)言是進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)必不可少的工具。在微處理器剛剛出現(xiàn)，尚停留在4位、8位器件的階段，開(kāi)發(fā)人員只能選擇匯編語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。當(dāng)16位微處理器技術(shù)出現(xiàn)以后，軟件編程語(yǔ)言的選擇也變得豐富起來(lái)。使用較多的有Pascal、C語(yǔ)言、PL/M語(yǔ)言。而對(duì)于一些特別的系統(tǒng)，F(xiàn)orth語(yǔ)言更為適合。當(dāng)32位微處理器應(yīng)用日漸廣泛以后，又開(kāi)發(fā)出了C和ADA。其中，ADA主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，在國(guó)防事業(yè)中大展身手。時(shí)至今日，C++已經(jīng)逐步取代C語(yǔ)言成為嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的主流，目前大約四分之一到三分之一的嵌入式系統(tǒng)是使用C++設(shè)計(jì)的。而本來(lái)專為嵌入式系統(tǒng)軟件所開(kāi)發(fā)出來(lái)的Java則在要求運(yùn)行時(shí)重新配置的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了更大的自身價(jià)值，統(tǒng)一建模語(yǔ)言（UML）也成為高級(jí)設(shè)計(jì)方法學(xué)的最流行選擇。

6 軟件隊(duì)伍的規(guī)模和分布

上文提過(guò)，最初的嵌入式軟、硬件開(kāi)發(fā)工作通常都由一名工程師予以兼任。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展演化，軟件開(kāi)發(fā)工作變得專業(yè)化、系統(tǒng)化、精細(xì)化，形成了專門負(fù)責(zé)軟件開(kāi)發(fā)的技術(shù)業(yè)務(wù)人員。而以嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)為職責(zé)的團(tuán)隊(duì)則是今后發(fā)展的主要方向。IT行業(yè)軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目管理工作責(zé)任重大、任務(wù)艱巨。嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)同樣如此。其區(qū)別僅在于嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)使用過(guò)程語(yǔ)言，比如C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)技術(shù)含量和系統(tǒng)化要求很高的工作。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)中的所有人都要對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)有著全面的清晰的了解，而在當(dāng)前項(xiàng)目越來(lái)越大，工作人員越來(lái)越多的情況下，受各人業(yè)務(wù)能力水平等因素的影響，要保持所有人都同樣深入的認(rèn)知水平顯然是不現(xiàn)實(shí)的。實(shí)際情況是團(tuán)隊(duì)中部分高端人才對(duì)于某個(gè)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)非常深入，相關(guān)業(yè)務(wù)能力很強(qiáng)，這些人是開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的主干，團(tuán)隊(duì)管理者必須科學(xué)、協(xié)調(diào)、高效使用這些人力資源，確保他們的業(yè)務(wù)成果可以被其它人員正確使用。而面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)則是這種應(yīng)用策略在技術(shù)層面的現(xiàn)實(shí)體現(xiàn)。

7 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要時(shí)期，大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)成為工業(yè)生產(chǎn)的主流。嵌入式系統(tǒng)軟件遠(yuǎn)景廣闊，市場(chǎng)空間巨大。軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)要牢牢把握這個(gè)機(jī)會(huì)，深入、扎實(shí)地研究嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，吸收外部?jī)?yōu)勢(shì)資源為我所用，設(shè)計(jì)出功能強(qiáng)大、適應(yīng)廣泛的優(yōu)質(zhì)軟件產(chǎn)品，在實(shí)現(xiàn)企業(yè)自身的健康高速發(fā)展的同時(shí)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供有力支持與保障。

參考文獻(xiàn)

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