計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)的開發(fā)探討

張立新

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100018）

計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)的開發(fā)探討

張立新

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100018）

文章針對計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)的開發(fā)研究，從計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)入手，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)分析，對計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)展開論述，以期為系統(tǒng)開發(fā)期間工作人員各項(xiàng)操控技術(shù)的靈活運(yùn)用提供參考性建議。

計(jì)算機(jī)嵌入式；系統(tǒng)開發(fā)；技術(shù)核心；集成電路

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化，主機(jī)系統(tǒng)聯(lián)用的相關(guān)控制設(shè)備越來越多。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)直接設(shè)備調(diào)控的條件下，只能借助其他類型系統(tǒng)來完成設(shè)備的運(yùn)行。而計(jì)算機(jī)嵌入式技術(shù)恰好可以幫助系統(tǒng)完成輔助功能，做出相應(yīng)的調(diào)配和控制，使系統(tǒng)靈活操控各項(xiàng)功能。因此，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)的開發(fā)研究具有重要意義。

1 計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)

嵌入式是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的一項(xiàng)技術(shù)，其系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心。在軟硬件方面，基本上滿足所有用戶應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，具有可裁剪性。是一種成本低廉、體積小、可靠性強(qiáng)、功耗嚴(yán)格的專用系統(tǒng)，與用戶的需求相一致，具有很多優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為以下特點(diǎn)：（1）個(gè)性化。在嵌入式開發(fā)初期，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備控制系統(tǒng)，大多采用了通用型[1]。這種類型使用戶在運(yùn)用功能及運(yùn)用模塊上基本相似。而嵌入式系統(tǒng)，卻可在各行業(yè)中實(shí)現(xiàn)個(gè)性化發(fā)展，具有較高占有率。（2）綜合化。嵌入式系統(tǒng)涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，如無線通信、電子信息、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等，對于人員、資源等方面的分配，就是根據(jù)該特點(diǎn)轉(zhuǎn)變而成。該特點(diǎn)決定了系統(tǒng)密集型。（3）性能化。嵌入式系統(tǒng)的操作功能較多，執(zhí)行代碼命令的效率也較高。其內(nèi)部解讀采用了統(tǒng)一性系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)了自動化。（4）長期性。具有較強(qiáng)的自主選擇性，銷售預(yù)期潛力大。

2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)分析

2.1 嵌入式開發(fā)過程分析

在嵌入式開發(fā)過程中，主要包含兩個(gè)主體，即宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)。宿主機(jī)的功能是以編輯、編譯、鏈接、執(zhí)行為主，即作為軟件開發(fā)臺來使用；目標(biāo)機(jī)是指系統(tǒng)中的硬件平臺，是軟件的運(yùn)行平臺。開發(fā)過程為：（1）在目標(biāo)機(jī)上，將系統(tǒng)所需要的應(yīng)用程序轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制的相關(guān)代碼。這一過程又分為編輯、編譯等步驟。比如，在編譯中，其主要操作由編譯器來完成和執(zhí)行。對于編譯器的處理過程，并不只是直接將數(shù)據(jù)信息資料翻譯成操作人員可以讀解的代碼，而是以計(jì)算機(jī)作為平臺，對平臺發(fā)射設(shè)備中的代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。再通過編譯器，對代碼進(jìn)行翻譯處理[2]。在現(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中廣泛使用的編譯器為arm-linux-gcc。編譯技術(shù)過程的實(shí)質(zhì)，就是將源代碼轉(zhuǎn)化為所需的目標(biāo)文件類型，并在鏈接處進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。另外，嵌入式軟件的移植過程是通過物理形式，運(yùn)用存儲器，將數(shù)據(jù)的地址信息儲存在特定的位置。（3）將該數(shù)據(jù)以目標(biāo)文件的形式，傳送給指定用戶，保證文件傳輸不發(fā)生偏移情況。需要注意的是，無論是存儲過程，還是數(shù)據(jù)傳輸過程，都應(yīng)當(dāng)以嵌入式平臺為基礎(chǔ)，執(zhí)行相應(yīng)的二進(jìn)制文件。

2.2 平臺數(shù)據(jù)處理過程分析

平臺數(shù)據(jù)處理過程，就是對嵌入式系統(tǒng)輸送器需要的軟件。該過程涉及的軟件開發(fā)模式，一般是在PC機(jī)上進(jìn)行操作，編寫好代碼之后，再進(jìn)行軟件燒寫和移植。軟件編寫的過程中，有很多需要注意的事項(xiàng)，如系統(tǒng)的可移植性。若所需要的軟件，其移植性能較高，就代表該軟件可以實(shí)現(xiàn)編程中語言類型的轉(zhuǎn)化[3]。因而，在實(shí)際軟件的編寫操作時(shí)，要盡量降低系統(tǒng)函數(shù)設(shè)置次數(shù)。對于不同功能硬件或平臺中的字節(jié)排布、字節(jié)順序等內(nèi)容進(jìn)行屏蔽。對于字節(jié)而言，其存放順序，與其數(shù)據(jù)的占用內(nèi)存空間息息相關(guān)，具體還分為大端、小端格式等。一般而言，大端格式是指高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在高地址處。相反的，低字節(jié)數(shù)據(jù)應(yīng)存儲在低地址處。以X86的PC機(jī)為例，其嵌入式平臺以大端字節(jié)排布。因此，對于不同類型的字節(jié)和數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)先調(diào)整好順序，再在嵌入式平臺上進(jìn)行存儲。

3 計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)

3.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的集成電路技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的集成電路，就是采用半導(dǎo)體的操作工藝，在單晶硅片上，對晶體管、電容器、電阻器進(jìn)行相關(guān)操作。根據(jù)隧道布線、多層布線等設(shè)計(jì)要求，元件也具有不同的組合要求。而集成電力技術(shù)，很好地解決了嵌入式系統(tǒng)在電子元器件的連接和使用，保證了用戶對小型原件的操作需求，在一定程度上提高了專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性能[4]。首先，在全定制的集成電路技術(shù)中，需要根據(jù)系統(tǒng)數(shù)字實(shí)現(xiàn)各層級的優(yōu)化，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)晶體管的屬性，對芯片進(jìn)行連接設(shè)計(jì)，以加快系統(tǒng)運(yùn)用速度，提高芯片橫截面的使用效率。其次，在半定制特定用途集成電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）方面，要求嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與應(yīng)用模塊進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)原件組的通用型。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)注意嵌入式系統(tǒng)電路的功能性與邏輯性，保證在一定的設(shè)計(jì)周期內(nèi)，提高成品的性能和優(yōu)勢。在編程ASIC方面，要注重將高級技術(shù)產(chǎn)業(yè)，納入到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，利用編程技術(shù)對系統(tǒng)芯片進(jìn)行操作，進(jìn)而提高系統(tǒng)操作利用率。

3.2 新系統(tǒng)研發(fā)中的處理器技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)由硬件、軟件、系統(tǒng)、程序、處理器等構(gòu)成。其中，處理器技術(shù)既是系統(tǒng)嵌入式研發(fā)中的核心技術(shù)，又是嵌入式系統(tǒng)的先進(jìn)處理技術(shù)。作為系統(tǒng)關(guān)鍵的處理型原件，其系統(tǒng)中對數(shù)字、音頻、圖像等部位的處理，都需要通過處理器來完成，進(jìn)而將其表現(xiàn)為用戶所需要的信息內(nèi)容。與此同時(shí)，處理器技術(shù)還具備提高數(shù)據(jù)存儲安全性的作用，進(jìn)而提升程序執(zhí)行有序性。首先，在通用技術(shù)方面，嵌入式系統(tǒng)中，應(yīng)用的為通用型處理器，其便于系統(tǒng)進(jìn)行功能改造。并通過數(shù)據(jù)傳輸路徑，將邏輯單元運(yùn)用到系統(tǒng)操作流程中。其次，在單一技術(shù)方面，針對特有的用戶進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)，要以單一性系統(tǒng)功能為原則，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)功能上的精簡，滿足用戶的單一程序指令[5]。運(yùn)用解碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的編碼和解碼。最后，在專用技術(shù)方面，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)要以最優(yōu)功能實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，為處理器單獨(dú)配備控制元件，將數(shù)字信號作為信息傳輸?shù)妮d體，將功能程序傳輸?shù)教幚砥鞯男酒?，保證系統(tǒng)的命令得到運(yùn)作。可見，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用中，最不可或缺的因素就是處理器技術(shù)，這是新系統(tǒng)研發(fā)的核心技術(shù)。

3.3 嵌入式技術(shù)開發(fā)中的智能化技術(shù)

智能化技術(shù)的研究，不僅是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用中的關(guān)注點(diǎn)，還是高智能技術(shù)研發(fā)的必經(jīng)階段。嵌入式的智能化水平，會直接對嵌入式的整體技術(shù)水平產(chǎn)生影響。智能化技術(shù)并非簡單的技術(shù)創(chuàng)新，而是需要長時(shí)間的實(shí)踐，并在應(yīng)用與實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的缺陷。然后，在原有核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過借助其他技術(shù)手段完成對缺陷的彌補(bǔ)。比如，對線路進(jìn)行改造、判斷線路屬性等。另外，系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，需要采用先進(jìn)的驗(yàn)證技術(shù)，完成系統(tǒng)改造，以用戶需求為主要目標(biāo)，提升系統(tǒng)開發(fā)增長點(diǎn)，擴(kuò)大其市場的占有率[6]。嵌入式在開發(fā)時(shí)，根據(jù)其智能化技術(shù)走向，需要注意以下兩個(gè)方面：（1）智能化計(jì)算機(jī)開發(fā)嵌入式，需要配合多個(gè)軟件。執(zhí)行某項(xiàng)命令時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)對數(shù)據(jù)命令進(jìn)行智能化選擇。當(dāng)選擇數(shù)據(jù)被運(yùn)行，需要對該系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能進(jìn)行整合，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分層處理，以此作為系統(tǒng)開發(fā)考量標(biāo)準(zhǔn)。此外，系統(tǒng)開發(fā)首先要對語言進(jìn)行翻譯和轉(zhuǎn)換，避免編程過程發(fā)生不必要的沖突，繼而為系統(tǒng)提供堅(jiān)持后臺支撐。（2）系統(tǒng)在運(yùn)行中，要通過相應(yīng)的程序執(zhí)行代碼。在硬件技術(shù)研發(fā)上，根據(jù)系統(tǒng)功能保證其優(yōu)化級別，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的智能化處理。并對硬件等級進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障不同模塊領(lǐng)域下，系統(tǒng)可以協(xié)同運(yùn)作。

4 結(jié)語

為了保證新型嵌入式系統(tǒng)符合設(shè)備的各項(xiàng)操作要求，本文以計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)的開發(fā)作為主要研究內(nèi)容。在以計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)與開發(fā)技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，從嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的集成電路技術(shù)、新系統(tǒng)研發(fā)中的處理器技術(shù)、嵌入式技術(shù)開發(fā)中的智能化技術(shù)等方面的核心技術(shù)展開系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明，現(xiàn)階段，我國嵌入式系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)具有個(gè)性化、綜合化、性能化、長期性等特點(diǎn)。在未來，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的研究，為我國各企業(yè)對集成電路及處理器技術(shù)的運(yùn)用提供借鑒，進(jìn)而保證企業(yè)科技競爭實(shí)力的持續(xù)增加。

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Discuss on the development of core technology of computer embedded system

Zhang Lixin
(Beijing Information Technology College, Beijing 100018, China)

In view of the development research on core technology of computer embedded system, this paper discusses the core technology of computer embedded system, starting from the characteristics of computer embedded system and based on the analysis of embedded system development technology, to provide reference recommendations for flexible use of control technology during the system development.

computer embedded; system development; technical core; integrated circuit

張立新（1966— ），女，北京人，副教授，學(xué)士；研究方向：嵌入式技術(shù)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，移動應(yīng)用開發(fā)。