計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)

周宏洋

摘 要 現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，更新?lián)Q代速度不斷加快。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)執(zhí)行程序代碼時(shí)不能直接調(diào)控控制設(shè)備，需要配合其他輔助系統(tǒng)完成調(diào)試，計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)就可以滿足這個(gè)條件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。有鑒于此，本研究中筆者以計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為切入點(diǎn)，分析與之相關(guān)的核心技術(shù)，提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) 核心技術(shù) 分析

一、引言

計(jì)算機(jī)核心技術(shù)高速發(fā)展，不斷出現(xiàn)各式各樣連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)可以在維持操作系統(tǒng)運(yùn)行的情況下進(jìn)行控制，還可以通過(guò)其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，本文就此展開(kāi)相關(guān)論述。

二、嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)是一種可以完全嵌入控制件內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，本身為滿足特定應(yīng)用功能設(shè)計(jì)的系統(tǒng)?，F(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速普及，促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)的進(jìn)步完善，在很多行業(yè)中發(fā)揮著重要作用。近些年互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展，直接將嵌入式系統(tǒng)推動(dòng)到新的高度，對(duì)其功能提出更高的要求，造成設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)難度增大，有必要做好相關(guān)研究工作。本文中筆者主要分析嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。

嵌入式系統(tǒng)依托應(yīng)用，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)可以隨意裁剪的軟硬件，滿足有著嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在滿足用戶需求的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)也表現(xiàn)出成本低、體積小等優(yōu)勢(shì)。首先鮮明的個(gè)性化特點(diǎn)，在此之前計(jì)算機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)大多采用“通用型”，這種系統(tǒng)可以滿足所有用戶群體，本身不存在什么區(qū)別。但隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)步及應(yīng)用廣泛，很多時(shí)候通用型系統(tǒng)不能滿足一些相對(duì)苛刻的條件，而嵌入式系統(tǒng)憑借自身優(yōu)勢(shì)在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用；其次嵌入式系統(tǒng)高度整合多項(xiàng)學(xué)科技術(shù)，可以滿足計(jì)算機(jī)多功能需求；再次嵌入式系統(tǒng)與其他系統(tǒng)不同，本身由多重復(fù)雜結(jié)構(gòu)元件構(gòu)成，簡(jiǎn)單模式的組合處理，借助模塊處理系統(tǒng)專業(yè)解讀系統(tǒng)內(nèi)部，將微型處理器加入到部分系統(tǒng)元件內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一定程度的自動(dòng)化處理；最后就是本身的長(zhǎng)期性，借助智能化的數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)，依托用戶真實(shí)性體驗(yàn)完成，同時(shí)具有一定的自主選擇性，這表明該系統(tǒng)有著更加廣闊的應(yīng)用前景。

三、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

（一）開(kāi)發(fā)過(guò)程分析

開(kāi)發(fā)嵌入式過(guò)程中有著角色之分，分為宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)，前者指的是執(zhí)行編譯、鏈接與定址過(guò)程的計(jì)算機(jī)，后者則是運(yùn)行嵌入式軟件的硬件平臺(tái)。第一步轉(zhuǎn)化應(yīng)用程序，將其變成可以在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的二進(jìn)制代碼。整個(gè)過(guò)程分成編譯、鏈接與定址。交叉編譯器完成整個(gè)編譯過(guò)程，交叉編譯器借助計(jì)算機(jī)采集代碼平臺(tái)發(fā)射的代碼并完成翻譯處理，較常用的編譯器為GNUC/C++。編譯將目標(biāo)文化轉(zhuǎn)成可以供選擇的數(shù)據(jù)文件類型，通過(guò)數(shù)據(jù)顯在鏈接完成數(shù)據(jù)處理；定制過(guò)程則是通過(guò)物理形式的存儲(chǔ)器在固定數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄數(shù)據(jù)地址，將數(shù)據(jù)目標(biāo)文件發(fā)送給制定用戶群體，保證文件傳輸安全。在嵌入式平臺(tái)上完成整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)，主要為二進(jìn)制文件。此外開(kāi)發(fā)嵌入式文件時(shí)目標(biāo)機(jī)要轉(zhuǎn)載目標(biāo)，運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)的開(kāi)發(fā)程序指令。

（二）處理平臺(tái)數(shù)據(jù)

開(kāi)發(fā)大軟件時(shí)通常在PC機(jī)上進(jìn)行軟件編寫，完成后進(jìn)行移植軟件工作。軟件編寫時(shí)注意系統(tǒng)軟件的可移植程度，如果可移植度高意味著可采用變成語(yǔ)言轉(zhuǎn)化，實(shí)際中盡量減少設(shè)置系統(tǒng)函數(shù)，同時(shí)屏蔽通用硬件平臺(tái)帶來(lái)的字節(jié)順序。考慮X86平臺(tái)的PC機(jī)屬于小端字節(jié)序，但嵌入式平臺(tái)則是大端，因?yàn)閷?duì)于1字節(jié)的數(shù)據(jù)應(yīng)該變換存儲(chǔ)順序才能在嵌入式平臺(tái)上使用。

四、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)集成電路技術(shù)的應(yīng)用

集成電路指的是采用半導(dǎo)體操作工藝，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)電子元器件的相關(guān)鏈接使用問(wèn)題可以利用IC技術(shù)有效解決，充分滿足用戶需求，促進(jìn)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全性能的提高。一般可以將其分成三類，筆者一一進(jìn)行分析。

（一）全定制技術(shù)要點(diǎn)

全定制IC技術(shù)主要依據(jù)制定嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)各層優(yōu)化，技術(shù)設(shè)計(jì)人員依據(jù)晶體管大小版圖、設(shè)計(jì)位置及連線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)芯片面積最小化，達(dá)成提高利用效率、運(yùn)算速度及節(jié)能降耗。芯片制造生產(chǎn)過(guò)程中依此制定的IC設(shè)計(jì)稱為集成電路設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中有著較高的NRE成本與制造時(shí)間，一般用于制造大量或高性能的芯片。

（二）半定制技術(shù)要點(diǎn)

這是一種具有約束類型的設(shè)計(jì)方法，實(shí)際中常用的有兩種：門陣列與標(biāo)準(zhǔn)單元法，主要要求嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用模塊兩者相匹配。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注電路邏輯與各功能相互的操作的合理性、元件組的半成品硬件與芯片通用性單元元件。綜合分析次設(shè)計(jì)方法，優(yōu)勢(shì)明顯，主要表現(xiàn)為操作簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活且性能極高，設(shè)計(jì)過(guò)程中可以大幅度縮短設(shè)計(jì)周期，減低設(shè)計(jì)成本，提高成品率。

（三）可編程技術(shù)要點(diǎn)

可編程期器件中已存在的各層設(shè)計(jì)完成后，可以在實(shí)驗(yàn)室中直接生產(chǎn)出芯片，整體設(shè)計(jì)周期補(bǔ)償，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中可以不需要IC廠家參與其中。此外變成ASIC的NRE成本不高，但單位成本與功耗卻很高，運(yùn)算速度不是很快。在高級(jí)技術(shù)產(chǎn)業(yè)中嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是主要環(huán)節(jié)，通過(guò)可編程技術(shù)控制系統(tǒng)芯片，達(dá)成提高系統(tǒng)操作利用率的目的。

混合編程指的是在變成軟件時(shí)，同時(shí)利用高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言，這種編程方法是一種新的發(fā)展趨勢(shì)。軟件變成中，依據(jù)變成要求選擇合適的編程語(yǔ)言，比如，某些程序編程有著較高的執(zhí)行能力要求或?qū)崟r(shí)性要求；而亞歐這較高智能性要求的程序采用具有一定智能的高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行。這樣可以有效提高軟件執(zhí)行力與分析力，顯著提高嵌入式系統(tǒng)智能程度。

五、結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，借助嵌入式系統(tǒng)有效改善計(jì)算機(jī)技術(shù)的實(shí)踐環(huán)境，協(xié)調(diào)軟硬件的關(guān)系確保系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。相信在不久的將來(lái)，開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容，改變現(xiàn)階段不足的情況。希望通過(guò)本文論述，可以為同行從業(yè)者提供一定的理論借鑒與參考，共同努力促進(jìn)行業(yè)技術(shù)水平的提高。

（作者單位為電子科技大學(xué)成都學(xué)院）

參考文獻(xiàn)

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