劉桂榮

(煙臺職業(yè)學院 汽車工程系，山東 煙臺 264670)

淺析嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與應用*

劉桂榮

(煙臺職業(yè)學院 汽車工程系，山東 煙臺 264670)

對于計算機和電子技術(shù)的應用和發(fā)展來說，嵌入式系統(tǒng)是一個重要的組成部分，它是一項集多種功能為一體的計算機應用系統(tǒng).總的來說它是一項以應用為中心，計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的管理系統(tǒng).本文就從嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)知識出發(fā)，進而結(jié)合相關(guān)的分析，集中論述和探討了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的基本知識以及相關(guān)的選型原則等.

嵌入式系統(tǒng);計算機開發(fā);應用;分析;探討

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)也在日益的發(fā)生著變化和革新，并且在廣泛的領(lǐng)域里得到應用，對于嵌入式計算機系統(tǒng)來說，其在各個行業(yè)中都有著重要的作用，有著廣泛的應用基礎(chǔ).嵌入式系統(tǒng)的使用，奠定在應用計算機技術(shù)基礎(chǔ)上，利用相關(guān)軟件與硬件，完成系統(tǒng)的功能開發(fā)，以此提高項目的可靠性，對成本、功耗等都有著嚴格要求的專項計算機應用管理系統(tǒng).其主要的組成包括四個部分，即微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備以及用戶應用程序.通過對嵌入式系統(tǒng)的運用，我們可以很好的實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制以及檢測，從而進行更好的管理.下面，筆者就將結(jié)合相關(guān)的問題對嵌入式開發(fā)管理系統(tǒng)展開分析和探討.

1 加強對嵌入式系統(tǒng)的認識

1.1 嵌入式系統(tǒng)概述

一般情況下，嵌入式系統(tǒng)包括硬件層、軟件層、中間層、執(zhí)行裝置以及功能層等若干部分.這幾大組成部分各自具有不同的功能和作用，對于整個嵌入式信息系統(tǒng)來說也具有重要的意義.關(guān)于這幾大系統(tǒng)的組成，我們進行了相關(guān)的分析，其中硬件層主要包括嵌入式微處理器、存儲器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口等組成.在該系統(tǒng)中，利用微處理器的作用，增加了電路設(shè)備或者相應電源，以此形成嵌入式的核心控制模式.在該操作系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)相關(guān)應用程序的固化處理，并在ROM中保存.一般情況下，將該程序稱作軟件抽象或者是板極支持包.在這一系統(tǒng)的使用過程中，主要的就是把相關(guān)的系統(tǒng)軟件和底層的硬件部分分離，避免該系統(tǒng)的硬件程序與驅(qū)動程序產(chǎn)生關(guān)聯(lián).在軟件層，包括各種多任務(wù)的操作系統(tǒng)、圖形用戶接口、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和通用組件模塊等.對于實時多任務(wù)操作系統(tǒng)來說正是這一應用軟件的基礎(chǔ)和重要的開發(fā)平臺.這一系統(tǒng)是在進行系統(tǒng)復位之后立即執(zhí)行的程序，具有嵌入式、目標代碼等特征.也就是說，以此作為用戶操作的主要程序，而企業(yè)用戶的程序則構(gòu)建在RTOS中，一般功能層主要由奠定RTOS技術(shù)基礎(chǔ)上的開發(fā)應用程序組成，進而完成相關(guān)被指控對象的控制，這一系統(tǒng)主要的就是面對廣大的用戶的，主要的目的也就是讓用戶更加便捷而且有效的操作，而且在這個過程中往往需要提供一個友好的人機界面.對于執(zhí)行裝置而言，它主要的就是一個可以接受本系統(tǒng)命令的執(zhí)行和控制組成，在執(zhí)行的過程中需要對相關(guān)的操作或者是任務(wù)設(shè)備進行管理.當然，在不同的應用領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)的執(zhí)行裝置一般是不同的，應該根據(jù)具體的應用場合和系統(tǒng)所要求實現(xiàn)的功能選擇不同的設(shè)備和執(zhí)行裝置.

1.2 嵌入式系統(tǒng)的基本特點

在了解了嵌入式系統(tǒng)的基本組成之后，我們對該系統(tǒng)也有了一個基本的了解，總的來說嵌入式系統(tǒng)是一個系統(tǒng)性的管理軟件，其中包括了軟、硬件等一體化運作“器件”.所以我們對其也進行了相關(guān)的分析和研究，其中發(fā)現(xiàn)其具有以下的一些特點.這些特點當然主要的就是針對不同的對象來說的，對于計算機系統(tǒng)的開發(fā)者來說，他可以提供軟件與硬件的協(xié)同發(fā)展，完成實時操作系統(tǒng)的選擇、多種處理器的選型等.這樣一來可以進行開發(fā)和管理應用的資源就相對較少，如此對于一些比較特殊的開發(fā)工具或者是硬軟件有著比較高的要求.而對于用戶來說，嵌入式系統(tǒng)就具有開發(fā)管理簡單，可以很好的進行任務(wù)操作，而且相對安全和可靠，因為對于市場、時間、價格、體積和能耗等，都提出較為嚴格的要求.而該嵌入式系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)相比較，主要具備以下幾方面特征:

(1)在應用嵌入式系統(tǒng)過程中，其應用特征具有特殊性:它的一些系統(tǒng)設(shè)計常常是為了一些特定的用戶來進行的，例如嵌入式CPU，該CPU的重要特點，也是相對特殊的地方就是它可以很好的對相關(guān)用戶群進行管理，而且具有低功耗、小體積、高集成度等特點，而且在進行利用和開發(fā)的過程中，我們可以很好的對CPU的各種任務(wù)進行集成處理，通過板卡將相關(guān)內(nèi)容存儲到芯片中.這樣，減少嵌入式系統(tǒng)的體積、消耗，滿足區(qū)域小型化發(fā)展目標.但是該器件的移動能力有所增加，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合.

(2)對于嵌入式系統(tǒng)的應用來說，可同時具備相同軟件系統(tǒng)難以實現(xiàn)的功能.尤其對于嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，其要求具有高效性、科學性.同時根據(jù)需要進行設(shè)計，祛除無用的，做到精簡而高效，在這個過程中是力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣一來，也就具有了和其他處理器不同的競爭優(yōu)勢，在系統(tǒng)應用中也將更加高效.

(3)嵌入式系統(tǒng)具有較長的生命周期.對于嵌入式系統(tǒng)來說，它是和相關(guān)具體的應用有機融合.在該過程中，有關(guān)產(chǎn)品的升級換代問題，也可同具體的產(chǎn)品嵌入式系統(tǒng)一起進行.因此，一旦嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)產(chǎn)品進入市場，將具有較強的生命周期，能夠長期有效的進行管理和應用.

(4)我們知道，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和管理的過程中，我們?yōu)榱颂岣呦到y(tǒng)的運行速度以及運行可靠性，一般可以將嵌入式系統(tǒng)中的軟件采取固化處理，存儲在單片機或者芯片中(注意，不得采用磁盤等載體).這樣，嵌入式系統(tǒng)自身已經(jīng)不具備開發(fā)能力，當完成整個系統(tǒng)的設(shè)計之后，用戶不得隨意篡改程序，一切操作行為奠定在開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具基礎(chǔ)上.

2 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

2.1 嵌入式系統(tǒng)的流程

在開發(fā)嵌入系統(tǒng)過程中，最重要的一點就是要進行相關(guān)的流程規(guī)劃和設(shè)計，一般來說，在進行的相應流程規(guī)劃與設(shè)計過程中，主要分為以下幾大階段:需求分析階段、規(guī)格說明階段、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟硬件平臺的選擇、系統(tǒng)集成與測試、產(chǎn)品發(fā)布.下面，筆者就將針對這些環(huán)節(jié)進行分析和探討.

(1)需求分析階段，在嵌入式系統(tǒng)的需求分析階段，其主要的任務(wù)就要對其用戶和系統(tǒng)管理的需求進行全面而有效分析，進而通過這些需求的分析進行研究和探討，掌握整個系統(tǒng)在設(shè)計與開發(fā)初期的需求分析，了解該過程需要完成的任務(wù)，同時滿足相關(guān)的功能性需求.也就是說該系統(tǒng)應該具有哪些基本的功能，例如操作方式、輸入信號、輸出信號等.同時還應滿足一些非功能性的要求，如重量、體積、成本、功耗及系統(tǒng)性能.

(2)規(guī)格說明階段.在進行系統(tǒng)的需求分析之后，我們還需要針對系統(tǒng)的相關(guān)組成或者是功能進行分析和闡述，這就需要我們充分了解相關(guān)需求，獲得更加客觀的系統(tǒng)規(guī)格說明.但應該注意的是，該規(guī)格的闡述和說明的過程中，我們還要對該系統(tǒng)的體系機構(gòu)設(shè)計相關(guān)信息進行說明和表述，全面掌握和了解該系統(tǒng)在設(shè)計結(jié)構(gòu)過程中，需要的各種參數(shù)、尺寸、信息等.以規(guī)格說明角度為出發(fā)點，這是設(shè)計中非常重要的結(jié)果分析，同時也是實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、管理及驗收等重要依據(jù).因此，在對系統(tǒng)規(guī)格進行闡述和說明的時候一定要科學、明了而且是相對清晰和簡潔的.更改規(guī)格說明需要符合顧客的需要，客戶在進行閱讀的過程中不能夠產(chǎn)生相關(guān)的歧義，以便造成對信息系統(tǒng)的錯誤使用，它是一個確保所有設(shè)計者均滿足構(gòu)造要求、了解需求的系統(tǒng).對于各項具體的規(guī)格說明，應認真填寫，以便如實反映客戶需求，并以此作為設(shè)計的參考依據(jù).

(3)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計.對于該系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點來說，主要對整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃、描述與操作.眾所周知，當完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，我們需要對整個系統(tǒng)的構(gòu)建進行分析和說明.在進行系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計的時候，可以有效的對系統(tǒng)的一些功能和非功能的需求進行說明，這些功能需要如何的去進行實現(xiàn)，其中包括相關(guān)硬件、軟件以及執(zhí)行機構(gòu)的功能劃分，以及系統(tǒng)硬件與軟件的選型等.一般情況下，硬件與軟件的選擇還包括硬件部件、處理器、操作系統(tǒng)、軟件開發(fā)工具、軟件組件以及編程語言等.都會在操作系統(tǒng)中進行相關(guān)的闡述和說明，以便更好的去了解和應用.

2.2 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)管理分析

隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展以及信息系統(tǒng)的開發(fā)管理應用，嵌入式的系統(tǒng)開發(fā)已經(jīng)進入了一個相對規(guī)范和科學化的過程，我們在進行嵌入式信息系統(tǒng)開發(fā)和管理的過程中，通常需要遵循一些原則進而來進行相關(guān)的開發(fā)和管理，并在此基礎(chǔ)來進行研發(fā)和管理的.對嵌入式的系統(tǒng)開發(fā)來說，一般嵌入式開發(fā)有其自身的一些特點，而且在這個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的過程中還需要一些前期的分析和管理，上面，筆者已經(jīng)進行了相關(guān)的說明，下面我們就針對相關(guān)的問題進行系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的分析.

(1)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計.在進行體系機構(gòu)的設(shè)計過程中，需要針對于該系統(tǒng)所提供的一系列功能性以及非功能性需求進行分析，從而使得系統(tǒng)在開發(fā)和管理的過程中對相關(guān)的軟件、硬件以及執(zhí)行裝置功能劃分等.同時包括系統(tǒng)硬件及軟件的選型問題.對于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)來說，體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)具有重要的意義，因為一個好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計成功與否的關(guān)鍵.

(2)對硬件/軟件協(xié)同設(shè)計.在進行了嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，我們就要基于體系結(jié)構(gòu)，進而對系統(tǒng)的軟件、硬件進行相關(guān)的開發(fā)和設(shè)計管理.在這個過程中為了更加高效而且快速的完成，我們在產(chǎn)品的開發(fā)過程中設(shè)計往往是并行的.對于設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的思路來說，大多關(guān)注軟件的設(shè)計，包括軟件的組件技術(shù)、模塊設(shè)計等，這也是現(xiàn)代化軟件工程中的常見方式.

(3)系統(tǒng)的集成開發(fā)和設(shè)計.在完成了相關(guān)的硬軟件開發(fā)之后，我們就要進行系統(tǒng)的組合與集成，也就是說我們要在這個階段把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝置進行組合安裝，集成在一起，完成之后還需要進行科學有效的調(diào)試管理，從而在調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)相關(guān)的問題并改進單元設(shè)計過程中的錯誤.

(4)系統(tǒng)測試.完成相關(guān)的系統(tǒng)集成工作之后，對于整個系統(tǒng)來說就進入了測試的階段，在這一階段，我們主要的工作就是對設(shè)計好的系統(tǒng)進行測試，看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求.只有保證測試的成功并且符合相關(guān)的需要，我們的系統(tǒng)開發(fā)才算真正的完成.

3 嵌入式系統(tǒng)的應用分析

對于嵌入式的信息系統(tǒng)應用來說，其前景是非常廣泛的，它滲透到了我們生活中的方方面面，不僅在一些家電，例如冰箱、洗衣機，還在一些交通工具上有所應用，如小汽車等，還包括一些遠程的會議系統(tǒng)管理等，由此可見，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)應用具有很大的市場需要.因此在這個過程中，我們一定要按照相關(guān)的需求進行科學有效的管理，掌握該系統(tǒng)運用的相關(guān)要求以及應用操作規(guī)范，在此基礎(chǔ)之上把該系統(tǒng)運用到我們的日常生活當中，這樣也就大大提高我們生活的水平.

［1］周立功.PDIUSBD12 USB固件編程與驅(qū)動開發(fā)［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2003.

［2］孫天澤.嵌入式設(shè)計及LINUX驅(qū)動開發(fā)指南——基于ARM9處理器［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［3］孔慶超.嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與應用分析［J］.科技資訊，2008，(8).

［4］劉正華.嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)以及管理應用問題分析［J］.科技資訊，2009，(7).

［5］吳祖茂.對于嵌入式信息系統(tǒng)的研究和分析［J］.中國科技信息博覽，2009，(9).

TP368.1

A

1006－5342(2012)06－0030－02

2012－04－06