嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺化淺析

1、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺化淺析論文導讀：它一般由嵌入式CPU、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)及應用程序等4個部分組成。IP級、芯片級、和模塊級是嵌入式系統(tǒng)的三種主要的體系結構形式。但平臺化開發(fā)模式與傳統(tǒng)開發(fā)模式還是有所區(qū)別的。關鍵詞：嵌入式系統(tǒng),平臺化開發(fā),嵌入式操作系統(tǒng)在當前數字信息技術和網絡技術高速發(fā)展的后PC(Post-PC)時代，隨著國內外各種嵌入式產品的進一步開發(fā)和推廣，嵌入式技術越來越和人們的生活緊密結合。1.嵌入式系統(tǒng)、設計方法和開發(fā)平臺化的迫切要求1.1嵌入式系統(tǒng)及其特性嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要

2、求的專用計算機系統(tǒng) 1 。它一般由嵌入式CPU、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)及應用程序等4個部分組成，用于實現對其它設備的控制、監(jiān)視或管理等功能，該系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術結合后應用到各個具體行業(yè)的產物，IP級、芯片級、和模塊級是嵌入式系統(tǒng)的三種主要的體系結構形式，其中，模塊級的形式就是把已成熟的X86處理器構成的計算機系統(tǒng)模塊嵌入到應用系統(tǒng)中，充分利用目前常用的PC架構的通用性和便利性。嵌入式系統(tǒng)通常具有如下五種特性：通常是面向特定應用的，完成單一或一組緊密相關的特定功能；具有高性能和實時的要求；系統(tǒng)作為設備的一部分，其運行一般不需要人工干預；系統(tǒng)的電源要求具有較高的可

3、靠性和安全性；處理器的選擇是嵌入式系統(tǒng)設計的關鍵一步；1.2嵌入式系統(tǒng)設計方法各種硬件平臺性能的提高、EDA綜合開發(fā)工具的長足發(fā)展以及軟件技術特別是嵌入式實時操作系統(tǒng)EOS的推出，為開發(fā)復雜嵌入式系統(tǒng)應用軟件提供了底層支持和高效率開發(fā)平臺，嵌入式系統(tǒng)設計方法可以劃分為三個不同的層次：以PCB、CAD和ICE為主要工具的設計方法；以EDA工具軟件和RTOS為開發(fā)平臺的設計方法；以IP內核庫為設計基礎，用軟硬件協(xié)統(tǒng)設計技術的設計方法。三個層次的設計方法各有其應用范圍，并不會簡單地用后者取代前者，相當長的一段時間內，多采用前兩個層次的設計方法。1.3嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺化的迫切要求“后PC時代是嵌入式

4、系統(tǒng)時代”嵌入式系統(tǒng)應用領域的廣度和深度目前都呈爆炸式增長。傳統(tǒng)單片機系統(tǒng)下的小作坊開發(fā)模式面面俱到、開發(fā)周期長、門檻高、項目對個別技術人員的依賴很大，而且很難保證程序質量，因此已經不能滿足現今嵌入式世界的需求。在現代社會化大生產方式下，平臺化方式是現代電子產品進行產品開發(fā)唯一的正確模式，嵌入式系統(tǒng)設計模式應該從計算機軟件工程設計模式中吸取有用元素，構建有自己特色的嵌入式開發(fā)系統(tǒng)平臺，在進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時，只有應用平臺化思想開發(fā)模式，才能以最小的代價最大程度的滿足應用的需求。2.嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)及其平臺化2.1嵌入式系統(tǒng)平臺化開發(fā)模式平臺模式不是新概念，很多嵌入式產品開發(fā)人員的工作就是應用平

5、臺的雛形，但平臺化開發(fā)模式與傳統(tǒng)開發(fā)模式還是有所區(qū)別的。平臺化開發(fā)模式下，所有個人的技術貢獻完全融化在平臺中，企業(yè)技術人員必須接受平臺培訓，并在平臺的高起點上起步。這一模式下，技術人員能夠迅速成長，通過平臺培訓快速掌握產品開發(fā)技術，平臺的知識繼承減少了企業(yè)對個別員工的依附性。2.2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術要點嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺化包括硬件開發(fā)平臺化和軟件開發(fā)平臺化兩個方面。從硬件方面說，平臺化要求電路的設計盡量做到“模塊化”，“拼圖化”。論文發(fā)表。首先最大程度從半導體廠家索取芯片相關資料，減少產品設計中單片機資源應用的盲目性。其次，針對不同的應用，規(guī)劃出優(yōu)選的硬件結構。最后，產品的硬件主電路應該有良

6、好的通用性和擴展性。論文發(fā)表。從軟件方面說，可以借鑒計算機軟件工程里面的一些思想和方法，具體實現上，在系統(tǒng)級上引入操作系統(tǒng)平臺，借助于操作系統(tǒng)平臺多任務編程思想來簡化事務處理模式，縮短開發(fā)周期。在代碼級建立獨立于具體產品的函數庫和驅動接口平臺。2.3嵌入式操作系統(tǒng)是實現平臺化最有力的工具以開發(fā)工具和技術咨詢?yōu)榛A，然后掌握處理器結構及其應用是進行嵌入式開發(fā)的正常程序，優(yōu)秀的開發(fā)工具不僅能夠開發(fā)出處理器的全部功能，而且其界面是用戶友好的，當前，主流嵌入式系統(tǒng)得開發(fā)工具平臺可以分為四類：實時在線仿真系統(tǒng)ICE（In-Circuit Emulator）；語言編譯器（Compiler Tools）；源

7、程序模擬器（Simulator）；嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operation Systems）。其中，嵌入式操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)單片機運行模式相比具有顯著優(yōu)點，是目前實現平臺化最有力的工具。傳統(tǒng)的單片機沒有操作系統(tǒng)，因此運行的應用程序只能是單進程。當實際操作需要有多個進程同時運行時，只能采用中斷方法或者多個MCU（每個MCU運行一個進程）來完成。前者容易形成中斷嵌套而溢出，后者則無疑增加了硬件成本，且MCU之間需要串口通信，實時性得不到保證。嵌入式芯片在程序存儲容量上普遍達到了MBYTE級，在速度方面，普遍可以達到20M以上，這使得嵌入式操作系統(tǒng)調度進程的實時性得到了保證。因此之需要有一個

8、精簡的、足夠小的os內核，就可以把它固化在Flash ROM，在加電引導后控制應用程序的多個任務并行運行。論文發(fā)表。由于嵌入式操作系統(tǒng)的上述優(yōu)點，它所起到的作用也是很值得一提的。首先，嵌入式實時操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。其次，嵌入式實時操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了32位CPU的多任務潛力。再次，嵌入式實時操作系統(tǒng)提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。當然，應用嵌入式實時操作系統(tǒng)開發(fā)也存在一些難點，主要有進程調度、啟動加載、任務的劃分三個方面。2.4嵌入式系統(tǒng)的生命周期與其他任務事物一樣，嵌入式系統(tǒng)產品也有其自身的生命周期。首先得到對嵌入式系統(tǒng)的需求，然后才能開發(fā)出產品的概念模型，接著進一步進行產品的生產設計

9、、生產以及擴展。影響系統(tǒng)生命周期的主要因素有以下四個，系統(tǒng)成本的獲取、系統(tǒng)驗證、維護與后勤、升級。2.5嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般過程和具體步驟在嵌入式開發(fā)過程分為兩個主要部分，選擇宿主機和目標機以及調試目標機上的應用程序。宿主機執(zhí)行編譯、鏈接、定址；目標機是運行嵌入式軟件的硬件平臺。嵌入式調試試用交叉調試器，采用宿主機-目標機的調試方式，包括任務級、源碼級和匯編級的調試。結合相關理論和項目經驗，將嵌入式平臺化開發(fā)一般分為五個步驟：客戶需求分析、確定選用的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設計和軟件設計、測試、文檔整理?？蛻粜枨蠓治銮度胧较到y(tǒng)的客戶需求一般都明確清晰，但應考慮客戶潛在的后續(xù)應用，在設

10、計系統(tǒng)硬件時盡可能留出余量。確定選用的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)首先要確定所選作為整個系統(tǒng)硬件部分核心的嵌入式芯片類型，這一部直接決定了是否選擇以及選擇何種嵌入式操作系統(tǒng)。選擇嵌入式處理器的基本原則是要滿足具體功能性和非功能性指標需求的、市場應用反應良好的、硬件配置最少，另外，開發(fā)人員對此系列處理器的熟悉程度和它對嵌入式操作系統(tǒng)的支持程度也應屬于考慮因素。其次，根據應用需要和已經選擇的嵌入式處理器來決定是否選擇以及選擇何種嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)的性能評價指標、能支持何種處理器硬件平臺和何種API以及是否支持該應用的服務等十考慮的重點方面。硬件設計和軟件設計兩者的關系串行或者并行均可，

11、即可以先設計和調試硬件部分，再設計和調試軟件部分，也可以同時進行硬件和軟件的設計調試工作。常見的開發(fā)模式有串行的瀑布模式開發(fā)過程，屬于并行模式的V模式開發(fā)過程和在此基礎上進行改進的機遇硬件抽象層和操作系統(tǒng)移植層的系統(tǒng)設計三種。無論串行還是并行，每一種方法都有各自的優(yōu)點和缺點，要根據實際項目的需要選擇系統(tǒng)設計模式。測試該步驟包括對硬件測試、軟件測試、以及軟硬件的綜合測試，硬件測試多借助示波器、萬能表、邏輯分析儀等工具，電磁兼容測試儀是新興的測試工具。是軟件測試過程的四個分步驟是單元測試、集成測試、確認測試、系統(tǒng)測試。軟硬件聯(lián)合測試一般非常重視實際的運行檢驗尤其是進行各種意外情況的檢驗以測試系統(tǒng)的健壯性。文檔整理平臺的技術文檔必須有全面注釋，技術交流內容必須以文字說明，全面注釋應以無障礙移植為考核標準。文檔整理主要包括文件命