嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和開發(fā)運用研究

胡永立

（機科發(fā)展科技股份有限公司，北京 100044）

0 引 言

傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)存在請求處理緩慢和系統(tǒng)開發(fā)效率低等問題，無法滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展需求。在這樣的背景下，新型先進的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)運而生。該系統(tǒng)在具體的開發(fā)中，主要利用了C語言和單片機等的可拓展性和可操作性，并根據(jù)人們的生活需求、工作需求以及學(xué)習(xí)需求不斷對其進行修改、優(yōu)化以及完善，從而提高系統(tǒng)的運行性能，以滿足現(xiàn)代社會的信息化發(fā)展需求。為提高嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率和效果，如何科學(xué)利用嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 嵌入式系統(tǒng)的特點

1.1 處理器特點

對于嵌入式系統(tǒng)而言，其處理器的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。一是嵌入式微處理器在具體的運用中需要借助電路板實現(xiàn)對計算機系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，這種設(shè)計模式在節(jié)省系統(tǒng)空間和提高系統(tǒng)運行性能等方面發(fā)揮出重要作用。二是通過利用單片機，充分結(jié)合CPU和RAM，并將其放置于電路環(huán)境中，為實現(xiàn)系統(tǒng)的集成化、統(tǒng)一化以及智能化管理提供重要的依據(jù)和參考[1]。例如，8051單片機在具體的運用中，主要借助了微系統(tǒng)控制器的應(yīng)用優(yōu)勢，提高了嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)水平。三是在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)期間，為了解決系統(tǒng)信號不穩(wěn)定問題，技術(shù)人員要利用DSP處理器，采用編輯圖片的方式，確保系統(tǒng)操作行為的規(guī)范性和合理性?？傊?，技術(shù)人員在應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的過程中，要根據(jù)該技術(shù)特征，提高嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的高效性與合理性。

1.2 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)特點

嵌入式系統(tǒng)在實際運行中，經(jīng)常因內(nèi)核層的束縛而影響設(shè)備管理工作的有效開展，因此技術(shù)人員要在全面了解和把握微內(nèi)核結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，確保嵌入式系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定且安全地運行。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)具有功能復(fù)雜、維護難度高以及占用空間大等特征，技術(shù)人員要根據(jù)這些特征，采用調(diào)度處理任務(wù)的方式，以提高用戶的使用體驗[2]。此外，隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提高，人們?yōu)榱俗非蟾玫纳钯|(zhì)量，逐漸加大了對嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，并對嵌入式系統(tǒng)的功能提出了更高的要求，因此技術(shù)人員在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)期間，要重點突出該系統(tǒng)內(nèi)存管理優(yōu)勢，從而最大限度地提高嵌入式系統(tǒng)的運行效率和效果，確保嵌入式系統(tǒng)在激烈的市場競爭中立于不敗之地[3]。

1.3 內(nèi)核加載特點

內(nèi)核加載特點主要體現(xiàn)在以下兩個方面，一方面將嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核運行環(huán)境設(shè)置為Flash運行環(huán)境，在Flash運行模式的應(yīng)用背景下，利用內(nèi)核實現(xiàn)對節(jié)目相關(guān)映象內(nèi)容的獲取和整理，以滿足嵌入式系統(tǒng)的加載需求。另一方面與內(nèi)存加載環(huán)境相比，F(xiàn)lash加載模式的應(yīng)用存在一定的局限性，通過利用Flash界面可以呈現(xiàn)系統(tǒng)壓縮文件，并對系統(tǒng)壓縮文件進行解壓和處理，但整個處理過程非常復(fù)雜。為了從根本上解決這一問題，技術(shù)人員需要在讀取存儲RAM數(shù)據(jù)的過程中，確保嵌入式系統(tǒng)在內(nèi)存加載環(huán)境下穩(wěn)定運行，以達(dá)到提高系統(tǒng)運行性能的目的[4]。

2 嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分類

2.1 嵌入式開發(fā)技術(shù)

在對嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)的過程中，主機和目標(biāo)機器所發(fā)揮的作用是不同的。主機主要負(fù)責(zé)對代碼的編譯和鏈接，以實現(xiàn)對計算機運行異常問題的有效解決，而目標(biāo)機器為嵌入式系統(tǒng)的安全運行提供了重要硬件平臺[5]。利用主機可以轉(zhuǎn)化處理相關(guān)應(yīng)用程序，然后在目標(biāo)機器的應(yīng)用背景下，將最終的處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為二進制代碼。整個過程主要涉及到了編譯、鏈接以及處理3個操作步驟。其中，編譯主要是指通過利用交叉編譯器對代碼進行編譯的過程，通過利用交叉編譯器可以采用跨平臺編譯的方式快速生成并編譯代碼。用于編譯代碼的工具主要有兩種，一種是交叉編譯器，另一種是閃光燈編譯器。鏈接主要是指為了提高文件編篡的效率和效果，將所有目標(biāo)文件鏈接到同一個對象文件中，以實現(xiàn)對相關(guān)目標(biāo)文件的快速查找和調(diào)用。處理主要是指嵌入式系統(tǒng)根據(jù)物理內(nèi)存地址，為每一個目標(biāo)文件自動分配內(nèi)存地址，從而形成新的目標(biāo)文件，然后利用嵌入式系統(tǒng)加工處理這些新目標(biāo)文件，使其轉(zhuǎn)換為二進制的文件[6]。

目標(biāo)機器調(diào)試作為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的重要階段，在提高嵌入式系統(tǒng)運行性能方面發(fā)揮著重要作用，因此技術(shù)人員要重視對目標(biāo)機器的科學(xué)調(diào)試，以提高目標(biāo)機器的運行效率，同時還要利用交叉調(diào)試器，根據(jù)目標(biāo)機器調(diào)試需求，有效連接多條BDM電纜，以實現(xiàn)對串行端口的構(gòu)建。此外，還要重視對任務(wù)級的科學(xué)調(diào)試，確保主機所運行的各種應(yīng)用程序具有一定的穩(wěn)定性、可靠性以及安全性，同時利用嵌入式系統(tǒng)將目標(biāo)機器內(nèi)的RAM轉(zhuǎn)換為ROM，從而提高目標(biāo)機器調(diào)試效率和效果。

為了進一步提高嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率和效果，充分發(fā)揮和利用嵌入式開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，技術(shù)人員要將目標(biāo)機器固定在系統(tǒng)內(nèi)存中，確保目標(biāo)機器接通電源后能夠自動開啟和關(guān)閉，以實現(xiàn)對嵌入式系統(tǒng)相關(guān)功能操作的自動化和智能化控制。最后，利用主機將調(diào)試器產(chǎn)生的各種操作指令發(fā)送給目標(biāo)機器，由目標(biāo)機器利用相關(guān)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)信息數(shù)據(jù)的下載，從而實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)自動調(diào)試功能的設(shè)計和開發(fā)，同時收集和整理目標(biāo)機器在調(diào)試過程中所出現(xiàn)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，并將這些信息數(shù)據(jù)反饋給主機。

2.2 軟件移植技術(shù)

2.2.1 字節(jié)順序

為了提高嵌入式系統(tǒng)的運行性能，技術(shù)人員要重視對軟件移植技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，通過將該技術(shù)應(yīng)用于PC編程中科學(xué)設(shè)計字節(jié)順序。字節(jié)順序主要有兩種類型，一種是小字節(jié)順序，另一種是大字節(jié)順序，這種字節(jié)順序代表冗余數(shù)據(jù)在各種程序中所存儲的順序[7]。如果相關(guān)信息數(shù)據(jù)以高地址和低字節(jié)方式存儲于內(nèi)存中，則這種存儲方式被稱為小字節(jié)順序。如果以高字節(jié)和低地址方式存儲于內(nèi)存中，則這種存儲方式被稱為大字節(jié)順序。平臺不同，PC字節(jié)順序也存在很大的差異性，因此技術(shù)人員要有針對性地選擇合適的字節(jié)順序，從而提高PC編程水平，只有這樣才能保證嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率和運行性功能。

2.2.2 字節(jié)對齊

為了保證嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)水平，技術(shù)人員要重視對字節(jié)對齊方法的應(yīng)用，確保系統(tǒng)所使用的字節(jié)始終處于對齊狀態(tài)。例如，為了最大限度地提高軟件的易操作性和易移植性，技術(shù)人員要采用安裝閉幕的方式為系統(tǒng)設(shè)計發(fā)送報文功能，確保相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性以及安全性，以解決字節(jié)無法對齊問題，提高嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，為用戶帶來良好的使用體驗[8]。

2.2.3 位 段

在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)期間，技術(shù)人員要做好空間段的確定和分配，尤其是位段分配。技術(shù)人員要按照從右到左的順序，實現(xiàn)對位段的合理分配，同時還要根據(jù)不同信息數(shù)據(jù)的種類和數(shù)量，采用條件編譯的方式對位段序列進行編譯處理，確保位段在各個平臺上都能夠可靠、穩(wěn)定且安全地運行[9]。

2.2.4 代碼優(yōu)化

由于嵌入式系統(tǒng)具有一定的固有屬性，因此該系統(tǒng)對軟件的可靠性和安全性提出了更高的要求，因此為了保證嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率和效果，技術(shù)人員要重視對代碼的優(yōu)化，通過刪除冗余代碼，以確保代碼的精簡性，從而提高代碼編寫質(zhì)量、代碼執(zhí)行效率以及嵌入式系統(tǒng)的運行性能，確保對該系統(tǒng)功能的完善性和實用性產(chǎn)生積極影響[10]。

3 嵌入式系統(tǒng)組成

嵌入式系統(tǒng)主要由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩大核心部分組成。其中，硬件設(shè)備主要由微處理器、SDRAM、ROM以及Flash等各種存儲器和通用設(shè)備接口等硬件組成。軟件系統(tǒng)主要由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、文件處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、圖形用戶系統(tǒng)以及通用組件模塊等子系統(tǒng)組成。嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)的過程中主要用到RTOS開發(fā)平臺，為保證嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率和運行性能提供了重要的平臺支持。嵌入式系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 嵌入式系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計示意圖

4 嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用

4.1 人機對話

目前，在信息時代的發(fā)展背景下，智能手機功能越來越強大，具有人機對話功能，通過利用智能手機，采用喊對方名字的方式，無需手動操作，就可以自動撥打?qū)Ψ诫娫挕４送馐袌錾箱N售的兒童玩具也具有人機對話功能，通過自動輸入人類的聲音，就可以實現(xiàn)對玩具的智能化控制等。而以上功能的實現(xiàn)主要依賴與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。通過應(yīng)用該系統(tǒng)將嵌入式開發(fā)技術(shù)和軟件移植技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于嵌入式語音芯片設(shè)計中，從而提高嵌入式系統(tǒng)的運行性能，為實現(xiàn)人機對話以及促進我國科技向人性化和智能化方向不斷發(fā)展提供重要的依據(jù)和參考。

4.2 多媒體網(wǎng)關(guān)

某移動互聯(lián)網(wǎng)公司成功開發(fā)了多種功能強大且實用性強的多媒體網(wǎng)關(guān)，為改變?nèi)藗兊纳罘绞?、學(xué)習(xí)方式以及工作方式發(fā)揮出了重要作用。多媒體網(wǎng)關(guān)在具體的運用中，通過借助藍(lán)牙設(shè)備，確保相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃裕⒋_保各個藍(lán)牙設(shè)備之間能夠建立起有效連接，使得相關(guān)信息數(shù)據(jù)可以利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)高效共享和傳輸，從而進一步提高信息數(shù)據(jù)的利用率。在多媒體網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用背景下出現(xiàn)了一種新型家庭網(wǎng)絡(luò)，通過應(yīng)用家庭網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的快速交換和通信，為保證人們家庭交流的高效性和方便性提供了重要的技術(shù)支持。家庭網(wǎng)絡(luò)工作原理為在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用背景下，通過使用系統(tǒng)硬件設(shè)備，全面檢查和控制歸屬網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)，確保相關(guān)設(shè)備能夠可靠、穩(wěn)定且安全地運行，為保證家庭網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性創(chuàng)造良好條件。

4.3 移動數(shù)據(jù)庫

目前，要想提高移動數(shù)據(jù)庫的開發(fā)效率和效果，技術(shù)人員需要重視對嵌入式系統(tǒng)的科學(xué)應(yīng)用。確保移動終端與服務(wù)器同步，然后借助服務(wù)器將相關(guān)信息數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定地傳輸?shù)揭苿咏K端，也可以實現(xiàn)用戶移動數(shù)據(jù)塊對相關(guān)資源數(shù)據(jù)的快速訪問。例如，在救護車上搶救重度患者的過程中，醫(yī)護人員可以利用移動數(shù)據(jù)庫快速查詢附近醫(yī)院，確?；颊吣軌蛟谧疃虝r間內(nèi)被送往醫(yī)院及時搶救，從而避免患者因搶救不及時而影響生命安全。

5 結(jié) 論

為了提高嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率和效果，技術(shù)人員要在科學(xué)配置硬件平臺相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過綜合運用嵌入式開發(fā)技術(shù)和軟件移植技術(shù)，解決嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)過程中出現(xiàn)的各種問題，以滿足用戶使用需求，確保嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作能夠正常、穩(wěn)定且有序地開展，為提高現(xiàn)代社會經(jīng)濟水平和促進科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展提供有力的保障。