基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及研究

王家宇

（湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院，孝感 432000）

嵌入式系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的專用系統(tǒng)，在其開(kāi)發(fā)過(guò)程中離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，而單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)端調(diào)度、信號(hào)控制、數(shù)據(jù)管理等功能。近些年，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，單片機(jī)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，但是有關(guān)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)還存在諸多不足。因此，本文對(duì)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，希望可以有效的促進(jìn)單片機(jī)性能的發(fā)展。

1 嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的專用系統(tǒng)，主要由處理器、硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)等構(gòu)成，具有強(qiáng)大的系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)管理等功能。其核心部件是內(nèi)嵌的處理器，能夠?qū)⒏鞣N功能集成到一塊小小的芯片上，集成化水平非常高。一般來(lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)是結(jié)合設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，有效地提升了設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)也需要與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，借助于不同的網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)功能上的拓展。

經(jīng)過(guò)近些年的發(fā)展，我國(guó)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍然存在諸多不足，尤其是在微內(nèi)核、集成性方面亟待改進(jìn)，此外由于其體積較小，所以在存儲(chǔ)功能上也比較有限，在以后的開(kāi)發(fā)工作中需要在這方面加以改進(jìn)，以滿足越來(lái)越復(fù)雜的應(yīng)用要求。

2 單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，運(yùn)用CAD、PCB工具來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際需要，在功能上進(jìn)行細(xì)分，將其劃分為具有不同功能的模塊，分別進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。由于嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是依據(jù)實(shí)際的性能參數(shù)要求實(shí)現(xiàn)的，對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，以取得最佳的運(yùn)行效果，因此不同的嵌入式系統(tǒng)在功能上有很大區(qū)別。而且，在設(shè)計(jì)工作中要將系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)資源進(jìn)行合理的配置，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的編碼，從而實(shí)現(xiàn)想要的功能。嵌入式系統(tǒng)追求的是集成化、模塊化，所以就要將各個(gè)功能模塊集成到一塊芯片上，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的遠(yuǎn)端調(diào)度、信號(hào)控制、數(shù)據(jù)管理等功能。在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了便于在多個(gè)設(shè)備之間交叉使用，我們可以將各種應(yīng)用接口設(shè)置為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得嵌入式系統(tǒng)在具體應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)，為了確保嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的合理性，可以提前進(jìn)行模擬運(yùn)行，通過(guò)模擬運(yùn)行發(fā)現(xiàn)是否存在問(wèn)題，如有問(wèn)題也能及時(shí)的加以解決，有效的縮減了開(kāi)發(fā)時(shí)間，加快了工作進(jìn)度。

對(duì)于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)，可以先對(duì)有關(guān)程序的運(yùn)行邏輯進(jìn)行檢測(cè)，分析系統(tǒng)運(yùn)行后的狀態(tài)，同時(shí)能夠獲得各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，以此加快系統(tǒng)的調(diào)試進(jìn)程。通過(guò)EDA工具的應(yīng)用，對(duì)單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行高效的開(kāi)發(fā)，減輕了工作人員的開(kāi)發(fā)難度，在軟件開(kāi)發(fā)完成后，直接將其添加到嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，開(kāi)發(fā)工作就順利完成了。

3 單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的微內(nèi)核

3.1 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的微內(nèi)核主要由以下兩個(gè)部分構(gòu)成：資源管理調(diào)度系統(tǒng)與硬件映射系統(tǒng)。前者主要用于各種資源的存儲(chǔ)管理，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信傳輸。后者主要用于將硬件結(jié)構(gòu)映射在相應(yīng)的平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方面的功能。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，有效的減輕了單片機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)擔(dān)，對(duì)其集成性能有著顯著的提高，并且還能改善其移植能力和拓展能力。一般來(lái)說(shuō)，微內(nèi)核沒(méi)有shell以及圖形用戶接口，因此它的某些功能是可以去除的；再就是操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序不是非常明確，或者說(shuō)前者也屬于后者中的一部分；內(nèi)存容量不大，所需存儲(chǔ)功能并不復(fù)雜，多數(shù)情況下都是直接采用的物理地址，構(gòu)成相對(duì)比較簡(jiǎn)單。而且，微內(nèi)核在任務(wù)劃分上也比較簡(jiǎn)潔，具有一定的可預(yù)見(jiàn)性。

3.2 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)對(duì)單片機(jī)性能的影響

微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，盡管可以有效的改善嵌入系統(tǒng)的移植能力和拓展能力，但是隨著系統(tǒng)功能要求的不斷提高，微內(nèi)核也變得越來(lái)越復(fù)雜，進(jìn)而影響到系統(tǒng)的整體性能，尤其是嵌入式系統(tǒng)在單片機(jī)中的通用性。人們?cè)谶\(yùn)用單片機(jī)時(shí)，都是通過(guò)遠(yuǎn)程設(shè)備來(lái)進(jìn)行控制的，在這一過(guò)程中，微內(nèi)核都會(huì)參與其中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻繁的復(fù)制，大大增加了系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)擔(dān)，同時(shí)微內(nèi)核還會(huì)受到傳統(tǒng)操作流程的限制，對(duì)操作系統(tǒng)的功能造成不利影響，因此就要對(duì)微內(nèi)核進(jìn)行不斷的優(yōu)化，從而在整體上提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，嵌入式微內(nèi)核是利用時(shí)鐘進(jìn)行控制的，在其運(yùn)行時(shí)，能夠自動(dòng)獲取運(yùn)行程序，同時(shí)也能夠自行書寫，有利于擴(kuò)展性能、通用性能的提高。相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)都是由內(nèi)核控制的，主要依靠的是消息機(jī)制實(shí)施通信，因此微內(nèi)核的性能會(huì)受到通信開(kāi)銷的影響，為了確保微內(nèi)核的運(yùn)行效率，需要對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行優(yōu)化，使得應(yīng)用程序能夠直接調(diào)用庫(kù)內(nèi)程序，微內(nèi)核的使用靈活性也能得到大大的改善。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)成為相關(guān)領(lǐng)域的熱門研究課題。本文通過(guò)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的分析，對(duì)基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及其內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，希望可以有效的提高單片機(jī)的運(yùn)行性能、通用性能，最終實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的集成化發(fā)展。

[1] 蘇燕，張建平，阮瑩，等.單片機(jī)嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].科技資訊，2016，14（13）：28-29.

[2] 王海珍.基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].數(shù)碼世界，2017（2）：32-32.

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