嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

甘蓉

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽(yáng)712000）

嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

甘蓉

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽(yáng)712000）

隨著我國(guó)信息化進(jìn)程加快，計(jì)算機(jī)水平不斷提升，計(jì)算機(jī)軟件被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。嵌入式實(shí)時(shí)軟件應(yīng)用于計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，便于實(shí)時(shí)處理計(jì)算機(jī)軟件故障，進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程，達(dá)到提高計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的效果。本文簡(jiǎn)要闡述嵌入式實(shí)時(shí)軟件受影響的主要原因及特點(diǎn)，分析計(jì)算機(jī)嵌入式軟件的開發(fā)流程及設(shè)計(jì)要求，利用軟件設(shè)計(jì)實(shí)例介紹其軟件、硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)一步闡述嵌入式實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)和應(yīng)用前景，以期為類似軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)研究做出重要借鑒和參考。

嵌入式實(shí)時(shí)軟件；計(jì)算機(jī)軟件；軟、硬件設(shè)計(jì)；開發(fā)流程

近些年，隨著信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)成為大眾生活中重要的一部分，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中嵌入式軟件占據(jù)主導(dǎo)地位，在軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)發(fā)揮著巨大作用。顧名思義，嵌入式實(shí)時(shí)軟件不單單對(duì)其是實(shí)時(shí)性有明確的要求，同時(shí)，嵌入式軟件建立過(guò)程中若出現(xiàn)一點(diǎn)與時(shí)間相關(guān)的錯(cuò)誤，會(huì)直接影響整個(gè)嵌入式軟件運(yùn)行情況。因此，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)嵌入式軟件過(guò)程中，必須對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)間展開分析和驗(yàn)證，確保所設(shè)計(jì)軟件的合理性。設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件過(guò)程中，結(jié)合嵌入式實(shí)時(shí)軟件的熱點(diǎn)，能有效提升計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。本次研究以嵌入式實(shí)時(shí)軟件為依據(jù)，探討在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用嵌入式軟件的開發(fā)流程，運(yùn)用實(shí)例闡述軟件、硬件、C++語(yǔ)言等設(shè)計(jì)情況，進(jìn)而介紹嵌入式實(shí)時(shí)軟件未來(lái)的開發(fā)和應(yīng)用前景，以期本次研究對(duì)開發(fā)計(jì)算機(jī)嵌入式軟件系統(tǒng)提供一定的指導(dǎo)。

1 嵌入式實(shí)時(shí)軟件影響因素及特點(diǎn)

1.1 嵌入式軟件主要影響因素

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常用的操作方式，其主要受到時(shí)間、工作環(huán)境等方面的影響[1]。時(shí)間是嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)無(wú)可替代的管理資源，實(shí)際運(yùn)行中不同任務(wù)的調(diào)配、調(diào)度信息均要在系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成。同時(shí)，軟件運(yùn)行時(shí)期，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算錯(cuò)誤。因此，時(shí)間是嵌入式實(shí)時(shí)軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況產(chǎn)生直接的影響。工作環(huán)境作為嵌入式系統(tǒng)重要的組成內(nèi)容，只有提供安全、穩(wěn)定的工作環(huán)境，才能保障嵌入式實(shí)時(shí)軟件穩(wěn)定的運(yùn)行[2]。同時(shí)，如果系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障或錯(cuò)誤操作，嵌入式實(shí)時(shí)軟件能提供應(yīng)有的服務(wù)，使得這種軟件在日常生活、辦公設(shè)施、軟件開發(fā)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。嵌入式軟件時(shí)限主要包括十分嚴(yán)格、比較嚴(yán)格、寬松3種狀態(tài)，若無(wú)法達(dá)到時(shí)限要求，會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)不可估量的影響，這屬于十分嚴(yán)格時(shí)限[3]。若時(shí)限一到，任務(wù)所產(chǎn)生的結(jié)果無(wú)法使用，且造成的不良后果并不嚴(yán)重，此時(shí)，其屬于比較嚴(yán)格時(shí)限。當(dāng)時(shí)限不屬于以上兩種情況，則該時(shí)限為寬松狀態(tài)，寬松時(shí)限所造成的影響會(huì)因時(shí)間推移不斷減少。

1.2 嵌入式實(shí)時(shí)軟件的特點(diǎn)

嵌入式實(shí)時(shí)軟件與居民的日常生活聯(lián)系非常密切，日常生活常見的通信設(shè)施、電器系統(tǒng)均由嵌入式系統(tǒng)組成，例如:手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。嵌入式實(shí)時(shí)軟件作為一個(gè)運(yùn)作平臺(tái)，無(wú)法獨(dú)立展開軟件開發(fā)操作，必須配備其他硬件及軟件，這種軟件具備良好的控制能力，在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中具有廣闊的發(fā)展空間[4]。嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件中，主要用于動(dòng)態(tài)分配、預(yù)測(cè)指令等設(shè)計(jì)中，通過(guò)上述操作，進(jìn)一步提升軟件的處理能力和速度，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的可靠性[5]。嵌入式軟件的核心技術(shù)為微處理器，一般的計(jì)算機(jī)軟件，其硬件與軟件通常無(wú)法兼容，這會(huì)導(dǎo)致使用者非常不方便。若計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中使用嵌入式軟件，它可以保障軟件的硬件與軟件能夠同時(shí)使用，并支持多種任務(wù)一同使用的要求。當(dāng)任務(wù)結(jié)束時(shí)，也可同時(shí)將多個(gè)運(yùn)行中的軟件關(guān)閉，由此表明，嵌入式實(shí)時(shí)軟件具有較好的兼容性能。同時(shí)，嵌入式實(shí)時(shí)軟件具有較強(qiáng)的專業(yè)性和實(shí)用性，所以，它能夠及時(shí)全方面了解人們操作中遇到的各種難題。若在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中運(yùn)用嵌入式實(shí)時(shí)軟件，能在一定程度上減少軟件的缺陷，進(jìn)而提升整個(gè)軟件系統(tǒng)的質(zhì)量[6]。嵌入式實(shí)時(shí)軟件應(yīng)用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通過(guò)應(yīng)用程序合理控制計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)運(yùn)行情況，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)程序軟硬件的交互，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、軟件修復(fù)和檢測(cè)等功能[7]。

2 嵌入式軟件開發(fā)流程及要點(diǎn)

嵌入式實(shí)時(shí)軟件能采用程序設(shè)計(jì)的方法，恰當(dāng)融入被設(shè)計(jì)對(duì)象中，根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的實(shí)際需求，促使軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試向著更加獨(dú)立、安全的方向發(fā)展，進(jìn)一步提高軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量，真實(shí)展現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)軟件中加入嵌入式實(shí)時(shí)軟件，能有效降低軟件設(shè)計(jì)失誤率，消除一系列潛在的安全隱患和缺陷，提供計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的安全性[8]。軟件開發(fā)流程見圖1。

圖1 計(jì)算機(jī)嵌入式軟件開發(fā)流程

根據(jù)嵌入式實(shí)時(shí)軟件，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)維修保護(hù)設(shè)施，能有效提升計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量。本次計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)應(yīng)用到C++語(yǔ)言、IO設(shè)備、ARM等。開發(fā)計(jì)算機(jī)嵌入軟件主要?jiǎng)澐譃?個(gè)階段，1）應(yīng)綜合分析設(shè)計(jì)需求，明確計(jì)算機(jī)軟件必須具備的功能。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)需求加強(qiáng)軟件的管理工作，落實(shí)開發(fā)各個(gè)環(huán)節(jié)的管理工作。2）軟件設(shè)計(jì)、代碼生成等環(huán)節(jié)，應(yīng)遵循嵌入式設(shè)計(jì)理想，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的目的[9]。軟件實(shí)施模塊化處理過(guò)程中，必須開發(fā)子模塊結(jié)構(gòu)，在代碼或測(cè)試環(huán)節(jié)，進(jìn)一步規(guī)范模塊程序的開發(fā)過(guò)程，便于準(zhǔn)確指向相應(yīng)得開發(fā)任務(wù)[10]。3）設(shè)計(jì)相應(yīng)的任務(wù)地址，確保計(jì)算機(jī)軟件滿足時(shí)效性要求。

3 嵌入式實(shí)時(shí)軟件應(yīng)用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件

根據(jù)嵌入式實(shí)時(shí)軟件要求，綜合分析計(jì)算機(jī)軟件中硬件配置情況。本次所設(shè)計(jì)的嵌入式實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)軟件選用AT91RM90200微處理器，它是基于ARM920T內(nèi)核針對(duì)通信領(lǐng)域、系統(tǒng)控制開發(fā)的新型處理器，它的片內(nèi)集成RS232、CANBUS，配備以太網(wǎng)、USB等通信接口，能滿足不同通信規(guī)格的要求，便于處理器對(duì)其進(jìn)行同步控制[11-12]。同時(shí)，在該系統(tǒng)中，也能快速實(shí)現(xiàn)事件突發(fā)訪問(wèn)功能，從而提升計(jì)算機(jī)嵌入式軟件的響應(yīng)實(shí)時(shí)性。微處理器構(gòu)成見圖2。

圖2 AT91RM90200微處理器主要構(gòu)成部分

3.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件

計(jì)算機(jī)軟件中設(shè)計(jì)的嵌入式實(shí)時(shí)軟件，從軟件設(shè)計(jì)層面分析，要面向模塊展開設(shè)計(jì)，從而提升計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的開發(fā)能力，重點(diǎn)控制該軟件的操作流程。進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，最重要的組件接口，可以依據(jù)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，接入相應(yīng)的服務(wù)信息，或構(gòu)建高級(jí)組件系統(tǒng)[13]。這種高層次組件具有獨(dú)立性、重用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中加入嵌入式實(shí)時(shí)軟件，有助于提升計(jì)算機(jī)軟件的獨(dú)立性和實(shí)時(shí)性。

3.3 程序?qū)崿F(xiàn)代碼

隨著嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的廣泛使用，高級(jí)語(yǔ)言編程成為設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。因匯編語(yǔ)言與相應(yīng)的微處理器硬件結(jié)構(gòu)存在密切的聯(lián)系，具有移植性較差的弊端，不便在軟件中重復(fù)使用[14]。高級(jí)編程語(yǔ)言通用性較強(qiáng)，且方便推廣、維護(hù)，因此，使用高級(jí)編程語(yǔ)言具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)階段，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)中使用的編程語(yǔ)言種類較多，但只有少數(shù)語(yǔ)言得到廣泛應(yīng)用。其中，最常用的是C和C++。C++是在面向?qū)ο蟪绦?、結(jié)構(gòu)化等方面對(duì)C的改進(jìn)形式，本文計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中，采用C++語(yǔ)言對(duì)軟件進(jìn)行編程，部分實(shí)現(xiàn)代碼如下：

4 嵌入式實(shí)時(shí)軟件開發(fā)前景

嵌入式實(shí)時(shí)軟件開發(fā)及應(yīng)用過(guò)程中具有便捷性、高效性的特點(diǎn)，同時(shí)，這種軟件可以在眾多計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中普遍使用，表明其具有良好的使用價(jià)值。它的應(yīng)用價(jià)值也為嵌入式軟件的開發(fā)工作開辟新的應(yīng)用前景。同時(shí)，由于嵌入式實(shí)時(shí)軟件實(shí)際設(shè)計(jì)中具有較強(qiáng)的靈活性和交互性，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作能力產(chǎn)生重要的影響[15]。分析嵌入式實(shí)時(shí)軟件可知，其主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)為軟件具有實(shí)時(shí)性、易控性和便于操作等特點(diǎn)，同時(shí)，這種嵌入式實(shí)時(shí)軟件的應(yīng)用促使計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)具有突破性進(jìn)展[16]，但進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須注意其實(shí)際開發(fā)過(guò)程中，它對(duì)硬件平臺(tái)具有極強(qiáng)的依賴性，這需要研究者對(duì)軟件規(guī)劃、硬件關(guān)系展開合理的規(guī)劃，并做好軟件的測(cè)試和維護(hù)工作，從上述方面維護(hù)并保障嵌入式軟件的質(zhì)量。綜上所述，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，開發(fā)嵌入式實(shí)時(shí)軟件不僅能提升軟件設(shè)計(jì)的效率，也能改善并修改軟件設(shè)計(jì)中的復(fù)雜問(wèn)題，從而提升整個(gè)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量水平，充分證明嵌入式實(shí)時(shí)軟件擁有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。

5 結(jié) 論

總之，在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用嵌入式實(shí)時(shí)軟件，設(shè)計(jì)合理的軟件和硬件，根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分層設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)代碼，促使軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)化、靈活，從而提高計(jì)算機(jī)軟件的實(shí)時(shí)性和可操作性，確保軟件多項(xiàng)操作功能。本次研究以嵌入式實(shí)時(shí)軟件影響因素、特點(diǎn)、開發(fā)流程等方面展開分析，以實(shí)例驗(yàn)證嵌入式實(shí)時(shí)軟件在軟件、硬件等設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，由設(shè)計(jì)軟件實(shí)例可知，嵌入式實(shí)時(shí)軟件能夠增加計(jì)算機(jī)軟件的信息量，促使其滿足現(xiàn)代信息化發(fā)展要求。

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Research on the application of embedded real time software in computer software design

GAN Rong
（Shaanxi Polytechnic Institute，Xianyang 712000，China）

Along with our country to speed up the informatization process，computer skills，computer software is widely used in various fields.In the design of embedded real-time software is applied in computer software，computer software fault，convenient for real-time processing to further simplify the design process，computer software to improve the quality of computer software system running effect.This paper briefly expounds the main cause of embedded real-time software affected and characteristics，analysis of computer embedded software development process and the design requirements,the use of the software design of hardware and software design introduces the main points,further elaborates the development of embedded real-time software and application prospect,in order to make an important reference for similar software design and development research and reference.

embedded real-time software； computer software； software and hardware design； development process

TN99

A

1674－6236（2017）16-0143-03

2016-06-20稿件編號(hào)：201606134

甘 蓉（1984—），女，陜西咸陽(yáng)人。研究方向：計(jì)算機(jī)。