基于平臺(tái)和中間件的嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)

周哲熙

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州，510230）

1　嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)主要指以16/32位的RISC架構(gòu)的微處理器，微處理器是嵌入式系統(tǒng)重要的組成部分，在一定程度上直接影響著嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，所以是微處理器是其運(yùn)行的關(guān)鍵之處。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)是由8位微控制器構(gòu)成的，其在運(yùn)行中存在諸多問(wèn)題，不僅浪費(fèi)大量的人力與物力，工作效率低下，還無(wú)法保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的有效性。隨著32位嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)與應(yīng)用，在一定程度上改善傳統(tǒng)系統(tǒng)的弊端。目前，隨著人們對(duì)系統(tǒng)功能要求的多樣化以及復(fù)雜化，再加上新技術(shù)、新產(chǎn)品的不斷更新，使得嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我們提出了基于基于平臺(tái)和中間件的嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)本身具有一定的復(fù)雜性，綜合性比較強(qiáng)，對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用方式具有極高的要求，設(shè)計(jì)方式是影響嵌入式系統(tǒng)是否科學(xué)、合理的決定性因素，而且設(shè)計(jì)方法公司影響企業(yè)成本與經(jīng)濟(jì)效益的主要因素。為了滿足人們多樣化復(fù)雜化的需求，為了保證嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的有效性與穩(wěn)定性，需要對(duì)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行突破創(chuàng)新，因此需要從硬件與軟件兩方面入手。嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，并充分發(fā)揮硬件與軟件的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化協(xié)同設(shè)計(jì)。

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)周期短、又是一項(xiàng)比較復(fù)雜的過(guò)程，充分考慮到各方面因素，將軟件與硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)模式與中間件、構(gòu)件技術(shù)應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。對(duì)具體的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，需要綜合分析功能與性能指標(biāo)，根據(jù)客戶需求建立應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)范，從功能與結(jié)構(gòu)上進(jìn)行全面優(yōu)化升級(jí)，充分發(fā)揮軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，在符合相關(guān)設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)之上，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范與約束條件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件與硬件劃分以及層次化設(shè)計(jì)，突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式與理念。并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行性能與功能評(píng)價(jià)，必要時(shí)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，以此保證嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性與可靠性。進(jìn)行基于MPU/MCL硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，并通過(guò)RTOS和中間件內(nèi)部?jī)?chǔ)存的信息數(shù)據(jù)，建立嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)。最后利用通信與同步機(jī)制對(duì)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行綜合模擬，也就是說(shuō)在投入使用之前，進(jìn)行相應(yīng)的審核與試驗(yàn)，保證嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性與可靠性，一旦發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題及時(shí)修正，通過(guò)軟件與硬件綜合，最終形成原型樣機(jī)。

2　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

現(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)采用層次體系結(jié)構(gòu)，隨著科學(xué)技術(shù)與信息技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，由傳統(tǒng)的單一形式向總線結(jié)構(gòu)方向轉(zhuǎn)化，這也是社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的具體表現(xiàn)。層次體系結(jié)構(gòu)就是將不同的功能模塊，設(shè)計(jì)成單獨(dú)軟件構(gòu)件，各個(gè)構(gòu)件都有特定的職責(zé)，并且軟件之間又緊密聯(lián)系到一起。其中包括中間件，通過(guò)這種方式將具有相互通信與翻譯功能的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接到一起，也就是說(shuō)將兩個(gè)單獨(dú)功能的軟件構(gòu)件連接到一起，在這種結(jié)構(gòu)體系中，可以對(duì)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題需要停止機(jī)械運(yùn)行，就可以軟件構(gòu)件進(jìn)行更換、維修以及日常養(yǎng)護(hù)工作等。

3　嵌入式軟件中間件

嵌入式軟件中間件是嵌入式系統(tǒng)中最重要的組成部分，是嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的核心與發(fā)展的基礎(chǔ)，在一定程度上直接影響著嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的有效性與穩(wěn)定性。嵌入式軟件中間件指的是在嵌入式系統(tǒng)中，RTOS與應(yīng)用程序之間的一種傳遞信息的軟件，從根本上說(shuō)嵌入式軟件中間件就是接受系統(tǒng)外部與內(nèi)部信息，并將這些信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)教囟ㄎ恢蒙?。由于嵌入式系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性與綜合性，因此，對(duì)嵌入式軟件中間件具有極高要求，專業(yè)化比較強(qiáng)，必須符合行業(yè)規(guī)范或者國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

嵌入式軟件中間件是典型的應(yīng)用模式，但是目前對(duì)其理論研究與實(shí)踐研究還處于發(fā)展的初級(jí)階段，其應(yīng)用與相關(guān)規(guī)范還不夠成熟。從某種意義上將，在OSII內(nèi)核基礎(chǔ)上，采用嵌入式軟件中間件模式建立文件系統(tǒng)，是對(duì)相當(dāng)設(shè)計(jì)方式的一種挑戰(zhàn)。嵌入式系統(tǒng)采用NE2000兼容的RTL8019AS以太網(wǎng)控制芯片，同時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建完善的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)接口與硬件驅(qū)動(dòng)函數(shù)。此外，需要將網(wǎng)絡(luò)上層協(xié)議與物理接口相隔離，并根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求，對(duì)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)功能的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)督，掌握與了解整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題或者異常，可以及時(shí)采取相應(yīng)措施處理。還可以提高風(fēng)險(xiǎn)意識(shí),采取相應(yīng)的防范措施，以保證嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。嵌入式系統(tǒng)的HTTP服務(wù)器，與80號(hào)端口相連接，對(duì)用戶的使用情況以及消費(fèi)心理活動(dòng)進(jìn)行分析與或處理，提供可靠數(shù)據(jù)信息，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

4　結(jié)束語(yǔ)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對(duì)設(shè)計(jì)方法與理念都提出更高要求。同時(shí)，也不表現(xiàn)出市場(chǎng)對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)極高的依賴性。不斷探索，突破創(chuàng)新，采用平臺(tái)與中間件技術(shù)的軟硬件協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)各項(xiàng)資源進(jìn)行合理配置，簡(jiǎn)化復(fù)雜系統(tǒng)，不僅縮短開發(fā)時(shí)間，同時(shí)也提高了嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。