嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟件開發(fā)模式課件

1、嵌入式ARM系統(tǒng)原理與實(shí)例開發(fā)北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著2007年7月7/27/20221北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著12嵌入式系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu) 嵌入式軟件開發(fā)工具及開發(fā)模式 第5章嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟件開發(fā)模式 7/27/20222北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式硬件最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 7/27/20223北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件系統(tǒng)基本模型 7/27/20224北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)對(duì)比 7/27/20225北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著12嵌入式系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu) 嵌入式軟件開發(fā)工具及開發(fā)模式 第5章嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟件開發(fā)模式 7/27/20226北京

2、大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn)嵌入式軟件開發(fā)需要軟硬件開發(fā)環(huán)境和工具 嵌入式軟硬件必須協(xié)同設(shè)計(jì) 需要新的任務(wù)設(shè)計(jì)方法 開發(fā)過(guò)程完成后，系統(tǒng)應(yīng)用程序代碼需要固化到系統(tǒng)中并進(jìn)行功能、性能和可靠性測(cè)試 技術(shù)挑戰(zhàn)：軟件的要求更高，開發(fā)工作量和難度更大，需要較大的知識(shí)集合 7/27/20227北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境1）交叉開發(fā)環(huán)境 交叉開發(fā)軟件一般為一個(gè)整合編輯、編譯、匯編、鏈接、調(diào)試、工程管理及函數(shù)庫(kù)等功能模塊的集成開發(fā)環(huán)境IDE（Intergrated Development Environment）。所謂交叉是指在一種CPU及其環(huán)境上開發(fā)另一種CPU

3、及其環(huán)境上運(yùn)行的程序。 7/27/20228北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境2）軟件模擬環(huán)境 軟件模擬環(huán)境也稱為指令集模擬器ISS(Instruction Set Simulator) 軟件模擬不可能完全代替真正的硬件環(huán)境，這種模擬調(diào)試只能作為一種初步調(diào)試，主要是用作用戶程序的模擬運(yùn)行，用來(lái)檢查語(yǔ)法、程序的結(jié)構(gòu)等簡(jiǎn)單錯(cuò)誤，用戶最終還必須在真實(shí)的硬件環(huán)境中實(shí)際運(yùn)行調(diào)試，完成整個(gè)應(yīng)用的開發(fā)。 7/27/20229北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境3)評(píng)估電路板 一般用來(lái)作為開發(fā)者使用的開發(fā)平臺(tái)、學(xué)習(xí)板、實(shí)驗(yàn)板，它們可以作為應(yīng)用目標(biāo)板出來(lái)之前的軟件測(cè)試、硬件調(diào)試的電路板 7

4、/27/202210北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)的基本流程基于交叉開發(fā)環(huán)境的嵌人式應(yīng)用軟件開發(fā)主要分如下幾個(gè)步驟：開發(fā)環(huán)境的建立、源代碼編輯階段、交叉編譯和鏈接、重定位和下載、聯(lián)機(jī)調(diào)試幾個(gè)基本階段。開發(fā)環(huán)境建立 源文件編輯階段編譯 鏈接 下載 調(diào)試 7/27/202211北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)的基本流程鏈接器命令文件編譯預(yù)處理編譯器匯編器Archive工具鏈接器和定位器頭文件（*.h，*.hpp）可重定位目標(biāo)文件庫(kù)文件（*.a，*.lib）頭文件（*.h，*.hpp）C/C+源代碼匯編源代碼源文件列表源文件列表源代碼編輯階段源文件編譯階段鏈接與重定位調(diào)

5、試與下載階段重定位文件表（*.o，*.a）共享目標(biāo)文件（*.o，*.a）可執(zhí)行映象（*.elf，*.coff）鏈接映射文件（*.map）設(shè)備程序員目標(biāo)開發(fā)系統(tǒng)7/27/202212北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發(fā)的可移植性和可重用性 在確保軟件的正確性、實(shí)時(shí)性的前提下，必須關(guān)注軟件的可移植性和可重用性。嵌入式軟件與通用軟件的不同在于嵌入式應(yīng)用軟件高度依賴于目標(biāo)應(yīng)用的軟硬件環(huán)境，軟件的部分任務(wù)功能函數(shù)由和處理器密切相關(guān)的匯編語(yǔ)言完成，可移植性差。一個(gè)運(yùn)行良好的嵌入式軟件或其中的部分子程序可能在今后的開發(fā)中被應(yīng)用于類似的應(yīng)用領(lǐng)域。原有的代碼已被反復(fù)應(yīng)用和維護(hù)，具有更好的穩(wěn)定性。在原有的代

6、碼上進(jìn)行移植將會(huì)減少開發(fā)的周期、提高開發(fā)效率、節(jié)約開發(fā)成本 7/27/202213北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發(fā)的可移植性和可重用性 采用下面的方法可以提高應(yīng)用軟件的可移植性和可重用性。 多用高級(jí)語(yǔ)言少用或者不用匯編語(yǔ)言 將不可移植部分局域化 提高代碼的可重用性（標(biāo)準(zhǔn)化接口） 7/27/202214北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式開發(fā)的考慮要素復(fù)雜計(jì)算與資源緊缺用戶界面的選擇實(shí)時(shí)性多任務(wù)多速率制造成本功耗成品的體積7/27/202215北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是使用一組物理硬件和軟件來(lái)完成所需功能的過(guò)程。系統(tǒng)是指任何由硬件、軟件或者兩者的結(jié)合來(lái)構(gòu)成

7、的功能設(shè)備。由于嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)專用的系統(tǒng)，所以嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)是緊密結(jié)合、相互協(xié)調(diào)的。這就產(chǎn)生了一種全新的發(fā)展中的設(shè)計(jì)理論軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)這種方法的特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)時(shí)，從系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)考慮，把實(shí)現(xiàn)時(shí)的軟硬件同時(shí)考慮進(jìn)去，硬件設(shè)計(jì)包括芯片級(jí)“功能定制”設(shè)計(jì)。既可以最大限度的利用有效資源、縮短開發(fā)周期，又能取得更好的設(shè)計(jì)效果。7/27/202216北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)7/27/202217北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式開發(fā)的基本流程系統(tǒng)定義與需求分析 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的初步確立 初步設(shè)計(jì)方案性價(jià)比評(píng)估與方案評(píng)審論證 完善初步方案、初步方案實(shí)施 軟硬件集成

8、測(cè)試 系統(tǒng)功能性能測(cè)試及可靠性測(cè)試 7/27/202218北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著系統(tǒng)定義與需求分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步說(shuō)明文檔系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)完善初步方案、初步方案實(shí)施系統(tǒng)功能劃分與軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)處理器選擇與基本接口器件選擇操作系統(tǒng)選擇開發(fā)環(huán)境選擇初步設(shè)計(jì)方案性價(jià)比評(píng)估與方案評(píng)審論證元器件選擇原理圖繪制印刷板設(shè)計(jì)樣板試制與測(cè)試硬件最終功能測(cè)試系統(tǒng)硬件測(cè)試軟件引導(dǎo)程序編制操作系統(tǒng)移植驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)軟件測(cè)試硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)軟硬件集成測(cè)試系統(tǒng)功能性能、測(cè)試及可靠性測(cè)試系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)描述文檔樣機(jī)滿足要求開發(fā)流程圖YNYN7/27/202219北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著常用嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)工具 面向

9、硬件的開發(fā)工具如ADS嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)如GCC面向特定操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)工具 7/27/202220北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著使用ADS開發(fā)程序流程及調(diào)試方式 7/27/202221北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)GCC系列工具嵌入式操作系統(tǒng)多用C/C+開發(fā)，因此，要編譯操作系統(tǒng)內(nèi)容，一般都使用GCC系列工具。GCC可以用來(lái)編譯uClinux、Linux、 ECOS、uC/OS-II等操作系統(tǒng)。 7/27/202222北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著面向特定操作系統(tǒng)的應(yīng)用工具 WinCE應(yīng)用軟件開發(fā)：如果選用的操作系統(tǒng)為WinCE，則應(yīng)用軟件需要選擇WinCE的Embeded V

10、C開發(fā)環(huán)境。Symbian應(yīng)用程序開發(fā)：如果開發(fā)Symbian手機(jī)應(yīng)用程序，則Symbian應(yīng)用程序開發(fā)選擇的是Symbian的C/C+集成開發(fā)環(huán)境。Linux應(yīng)用程序開發(fā)：如果開發(fā)的是Linux應(yīng)用程序，則選擇的開發(fā)工具是Linux程序開發(fā)工具（GCC/G+/GDB/Makefile）。 7/27/202223北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著Linux交叉編譯調(diào)試環(huán)境開發(fā)程序過(guò)程 7/27/202224北京大學(xué)出版社出版楊宗德編著Linux交叉編譯調(diào)試環(huán)境開發(fā)程序過(guò)程（1）程序首先在宿主機(jī)（安裝與應(yīng)用目標(biāo)板同樣內(nèi)核的Linux操作系統(tǒng)）編輯編譯，生成可執(zhí)行文件。（2）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享方式將該程序共享給目標(biāo)板，因?yàn)榇颂幨情_發(fā)Linux應(yīng)用程序，目標(biāo)板已經(jīng)移植了Linux操作系統(tǒng)，因此，可以充分利用Linux操作系統(tǒng)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，通過(guò)共享的方式的原因一方面是減少下載程序的時(shí)間，另一方面也是因?yàn)槟繕?biāo)板資源有很，盡可能少占用目標(biāo)板資源的考慮。（3）通過(guò)Linux操作系統(tǒng)遠(yuǎn)程登陸方式登陸到目標(biāo)板Linux，并在目標(biāo)板上運(yùn)行