嵌入式應(yīng)用開發(fā)的技術(shù)分析

劉喬佳

摘 要

隨著嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，其在人們生活工作的方方面面都得到了廣泛的應(yīng)用，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的過程中只有合理遵循嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)規(guī)律，才能開發(fā)出更加高效便捷的嵌入式產(chǎn)品。本文中對(duì)嵌入式系統(tǒng)的概念和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)闡述了嵌入式系統(tǒng)不同于其他操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，并指出嵌入式開發(fā)過程中常用的處理方法和過程，在此基礎(chǔ)上闡述了嵌入式軟件開發(fā)的一些技巧，望為相關(guān)嵌入式開發(fā)人員提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng) 嵌入式處理器 應(yīng)用開發(fā) 技術(shù)分析

嵌入式系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)硬件與軟件進(jìn)行有效結(jié)合，構(gòu)成可完成特定功能或任務(wù)的計(jì)算裝置，通常情況下嵌入式系統(tǒng)是系統(tǒng)或大型電子設(shè)備的一部分，其工作時(shí)需要與外界進(jìn)行信息交互，在規(guī)定的時(shí)間約束內(nèi)自主完成操作任務(wù)。嵌入式的軟件主要實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能并保證系統(tǒng)具有一定的靈活性，而硬件主要是滿足性能需要和安全需要。隨著微電子技術(shù)的不斷成熟，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)向非計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的進(jìn)一步滲透，嵌入式系統(tǒng)得到了社會(huì)各界的廣發(fā)認(rèn)可，并且其展現(xiàn)出越來越高的市場回報(bào)，在嵌入式技術(shù)發(fā)展的過程中硬件部分的上升幅度正在逐漸縮小，而在嵌入式軟件上投入的費(fèi)用正在大幅增加，相關(guān)專家預(yù)測在不久的將來嵌入式技術(shù)將在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域占到重要的地位。

1 嵌入式系統(tǒng)的常用設(shè)計(jì)方法

相對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)而言，嵌入式應(yīng)用開發(fā)具有更加繁瑣的設(shè)計(jì)流程，其設(shè)計(jì)的方面也更加廣泛，同時(shí)嵌入式技術(shù)也正逐漸向著“精”“小”的方向發(fā)展，這就為嵌入式應(yīng)用的發(fā)展增添了更多難度，因此這就需要對(duì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行全面的研究。

1.1 軟件與硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)與當(dāng)前硬件所能提供的支持和當(dāng)前軟件技術(shù)所能提供的控制緊密相關(guān)。在應(yīng)用開發(fā)的過程中采用先進(jìn)的硬件技術(shù)不僅僅可以提供更加的性能支持，同時(shí)還能精簡所用零件，有效利用系統(tǒng)的開發(fā)空間。在軟件語言選擇的方面，應(yīng)用更加精準(zhǔn)的語言形式可以提高代碼的緊湊型惡化運(yùn)行效率，從而提高了軟件開發(fā)進(jìn)程，保證了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)質(zhì)量。嵌入式系統(tǒng)是硬件與軟件的混合體，因此在進(jìn)行進(jìn)行嵌入式應(yīng)用開發(fā)的過程中，需要堅(jiān)持軟件與硬件系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)的原則，不僅需要滿足系統(tǒng)所需要的性能要求，還需要綜合考慮到嵌入式硬件與軟件的任務(wù)分工。

1.2 構(gòu)件的模塊化設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用開發(fā)的過程中常采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，其中組成各個(gè)軟件的基本部分被稱為構(gòu)件，構(gòu)件具有結(jié)構(gòu)簡單、聲明分離和功能分裝等特點(diǎn)，通過構(gòu)件組裝的方法進(jìn)行嵌入式應(yīng)用的開發(fā)可以在保證軟件質(zhì)量的同時(shí)大大提高軟件開發(fā)的效率。事實(shí)上在進(jìn)行實(shí)時(shí)的嵌入式應(yīng)用開發(fā)的過程中，模塊化的設(shè)計(jì)方法是將功能、時(shí)間和容錯(cuò)進(jìn)行有效整合，并且在組合后更需要可以滿足系統(tǒng)的容錯(cuò)需要，因此在進(jìn)行嵌入式開發(fā)的過程中還需要其他配套的技術(shù)、工具和環(huán)境支持。

1.3 設(shè)計(jì)定式和框架

對(duì)于剛接觸嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的技術(shù)人員，不知道如何采用最為適宜的軟件開發(fā)技巧，從而造成軟件開發(fā)的困難。為了緩解人們?cè)谶M(jìn)行嵌入式應(yīng)用開發(fā)的困難，人們提出了軟件設(shè)計(jì)的定式和框架，其中定式是用來解決在特定上下文中開發(fā)軟件所遇到的問題，并且定式支持軟件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的重用，該方法可以解決在特定領(lǐng)域里建立應(yīng)用而產(chǎn)生的問題，特別是對(duì)于小型結(jié)構(gòu)的歸檔有很好的效果?？蚣苁强芍赜玫?、結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的應(yīng)用，用來為一類的相關(guān)應(yīng)用提供一個(gè)可重用結(jié)構(gòu)的部件集合，它支持詳細(xì)設(shè)計(jì)和代碼的重用以方便人們使用其構(gòu)造相關(guān)的應(yīng)用。在嵌入式應(yīng)用開發(fā)的過程中，應(yīng)用設(shè)計(jì)定式和框架技術(shù)，能夠有效改進(jìn)軟件質(zhì)量，明顯縮短軟件開發(fā)的時(shí)間，更有利于軟件實(shí)現(xiàn)開發(fā)的自動(dòng)化。

2 嵌入式應(yīng)用開發(fā)支持研究

嵌入式應(yīng)用開發(fā)的典型形式是利用宿主機(jī)進(jìn)行目標(biāo)機(jī)軟件的開發(fā)與仿真，并用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)的支持下進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析與調(diào)試，最后完成通過特定環(huán)境在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。

2.1 嵌入式應(yīng)用開發(fā)的實(shí)時(shí)編程

在進(jìn)行嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用開發(fā)的過程中，需要通過編程語言完成對(duì)實(shí)時(shí)嵌入式軟件的實(shí)現(xiàn)，并且編程語言能夠有相應(yīng)的語言特征或手段支持其實(shí)現(xiàn)，或是能夠用操作系統(tǒng)來滿足實(shí)時(shí)嵌入式的特殊要求。在進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)的過程中需要有一個(gè)穩(wěn)定的編程環(huán)境，其中關(guān)鍵問題是實(shí)現(xiàn)交叉編譯，考慮到我國現(xiàn)階段的嵌入式發(fā)展特點(diǎn)，技術(shù)人員可以借鑒國外成熟的技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上改造成適合我國國情的交叉編譯和相應(yīng)開發(fā)環(huán)境。

2.2 嵌入式應(yīng)用開發(fā)的實(shí)時(shí)內(nèi)核

在進(jìn)行嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)的過程中需要充分考慮到輪詢、協(xié)同、中斷驅(qū)動(dòng)及前/后臺(tái)工作等性能需求，能全面管理任務(wù)、中斷、時(shí)間和處理器等操作，并要求可以用高級(jí)語言實(shí)現(xiàn)功能，設(shè)計(jì)出的實(shí)時(shí)內(nèi)核需要滿足緊湊性好、效率高、可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。此外，實(shí)時(shí)內(nèi)核的多處理器需要支持包括同構(gòu)和異構(gòu)在內(nèi)的系統(tǒng)，同時(shí)其程序需要具有補(bǔ)償不同處理器之間結(jié)構(gòu)差別的功能，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)處理器族到另一個(gè)處理器族的轉(zhuǎn)換。

2.3 嵌入式應(yīng)用開發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的正確性不僅依賴于設(shè)計(jì)時(shí)的邏輯特性，同時(shí)還需要依賴于這些結(jié)果的時(shí)間特性，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的選擇時(shí)可以選擇具有并行數(shù)據(jù)處理的分布式數(shù)據(jù)庫，在滿足邏輯一致的同時(shí)還需要滿足事物處理完成時(shí)間的約束及數(shù)據(jù)訪問和更新時(shí)間約束等。在進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的過程中，需要保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)處理事物的效率同時(shí)還要保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的一致性，就需要在調(diào)度算法時(shí)同時(shí)考慮到嵌入式的硬件資源和數(shù)據(jù)資源的調(diào)度。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與普通數(shù)據(jù)庫存在顯著的差異，因此在進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的過程中不僅需要重新設(shè)計(jì)調(diào)度方法和實(shí)物管理，還需要增添通常數(shù)據(jù)庫中不存在的新概念以及對(duì)應(yīng)的新技術(shù)。

3 結(jié)束語

嵌入式應(yīng)用開發(fā)與以前從事的開發(fā)工作并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，其主要特點(diǎn)是嵌入式每個(gè)硬件平臺(tái)都是獨(dú)特的，從而導(dǎo)致了一系列附加的開發(fā)復(fù)雜性，因此在進(jìn)行嵌入式應(yīng)用開發(fā)的過程中需要格外進(jìn)行注意。在嵌入式產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用的當(dāng)下，只要嵌入式開發(fā)人員遵循嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)規(guī)律，不斷適應(yīng)市場的需求，就一定能開發(fā)出越來越多高效便捷的嵌入式產(chǎn)品。

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作者單位

天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院 天津市 300350