王泓清

摘要

隨著現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更加頻繁，同時(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)要求也進(jìn)一步提高。物聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展是時(shí)代和生活的要求，而物聯(lián)網(wǎng)主要是由硬件與軟件程序兩部分構(gòu)成，硬件是物聯(lián)網(wǎng)的基本要求，而軟件程序同樣是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，軟件程序與硬件共同成就了物聯(lián)網(wǎng)的“霸業(yè)”，另一方面，軟件程序與硬件兩者之間相輔相成、相互作用，軟件程序會(huì)影響到硬件功能的發(fā)揮，硬件設(shè)備需求的變化也會(huì)要求軟件程序效率、質(zhì)量的提高。本文就軟件編程是如何讓硬件身段更靈活做了簡單介紹。

【關(guān)鍵詞】編譯效能 設(shè)計(jì)彈性 微控制器

軟件大致有三個(gè)階段，分為匯編語言、編譯語言、腳本語言三個(gè)時(shí)期，在不同的階段有不同的要求，每個(gè)階段的技能集又存在著差異，大數(shù)據(jù)、傳感數(shù)據(jù)、視覺、語音等軟件工程也是軟件編程的重中之重，并且這對(duì)軟件工程師的能力要求也大大提高，工程師們不僅把精力聚焦于設(shè)計(jì)研發(fā)上，而且要深入到固件編寫和算法開發(fā)方面，為了減輕軟件開發(fā)的壓力，改進(jìn)軟件的環(huán)境與編程方式是必然的。

1 整合開發(fā)環(huán)境，引入“硬”為“軟”用新思想

1.1 統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境

統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境對(duì)于軟件可編程元件的設(shè)計(jì)有著非同尋常的意義，統(tǒng)一的環(huán)境不僅有利于降低研發(fā)成本且節(jié)省時(shí)間、提高效率。為軟件編程技術(shù)提供了口徑一致的技術(shù)元件，節(jié)省研發(fā)團(tuán)隊(duì)精力，免去了尋找匹配元件的麻煩。另外，由于硬件的部分效能也與軟件編程設(shè)計(jì)彈性有關(guān)的原因，供貨商有時(shí)會(huì)運(yùn)用不同的解決方案，尤其是當(dāng)他們面對(duì)龐大的市場需求和成本問題時(shí)，他們會(huì)將不同系列的軟件彼此孤立起來，各有各的位置，并且它們的核心與指令集也不相互交融，這就為研發(fā)信息間的傳遞造成了阻礙，也增加了研發(fā)的成本，所以，統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境是有必要的，有需求的。

1.2 時(shí)未來語言的預(yù)期

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)的更新，許多傳統(tǒng)的技術(shù)正在被淘汰，匯編語言逐漸被C語言所取代。然而現(xiàn)在在人工智能的熱潮下，人工智能也開始應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)的多方面，Python開始正式進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)，顯然在人工智能方面Python比C更適合。在統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境的大需求下，Python這個(gè)被稱為“萬金油粘合”的語言也更迎合環(huán)境大需求。

1.3 “硬”為軟用

其本質(zhì)就是將硬件知識(shí)引入軟件編程，例如：三裁判系統(tǒng)，傳統(tǒng)編程需要考慮邏輯，畫流程圖確認(rèn)無邏輯漏洞后方可編程，然而使用數(shù)字電子技術(shù)的邏輯門芯片與卡諾圖知識(shí)，幾分鐘即可完成前期準(zhǔn)備。

（1）按需求畫卡諾圖。

（2）用軟件編出需要的邏輯門（或、與、非的組合）。

（3）利用對(duì)邏輯門知識(shí)編出所需程序。

利用卡諾圖、真值表、邏輯表達(dá)式之間的轉(zhuǎn)換，可以結(jié)合更多硬件知識(shí)完成更復(fù)雜需求。這正是結(jié)合硬件知識(shí)的軟件工程中的新“設(shè)計(jì)模式”。

2 創(chuàng)造更多設(shè)計(jì)彈性，“軟”“硬”兼容

2.1 微處理器的分類及應(yīng)用

根據(jù)微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域，微處理器大致可以分為三類：通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器。一般而言，通用處理器追求高性能，它們用于運(yùn)行通用軟件，配備完備、復(fù)雜的操作系統(tǒng);嵌入式微處理器強(qiáng)調(diào)處理特定應(yīng)用問題的高性能，主要用于運(yùn)行面向特定領(lǐng)域的專用程序，配備輕量級(jí)操作系統(tǒng)，主要用于蜂窩電話、CD播放機(jī)等消費(fèi)類家電;微控制器價(jià)位相對(duì)較低，在微處理器市場上需求量最大，主要用于汽車、空調(diào)、自動(dòng)機(jī)械等領(lǐng)域的自控設(shè)備。因此，微處理器的應(yīng)用直接關(guān)系到軟件系統(tǒng)的復(fù)雜程度，同時(shí)，軟件可編程技術(shù)也要隨時(shí)做出調(diào)整，在一個(gè)完整的電子設(shè)備中，軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)二者之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，往往一個(gè)新的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，會(huì)迫使硬件設(shè)備的改變，所以，“軟硬兼施”才是硬道理。

2.2 配置DSP核心

DSP是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，它不僅具有可編程性，而且它的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用的微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。因此，我們?cè)谲浖删幊碳夹g(shù)運(yùn)用的過程中，配置DSP這種運(yùn)行較高的微處理器表明我們要在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部核心上改變運(yùn)行情況，并且打造出屬于自己的核心配置，所以，新型軟件開發(fā)系統(tǒng)的不斷完善也是促進(jìn)DSP處理器升級(jí)的推動(dòng)力，也可以真正實(shí)現(xiàn)軟件可編程技術(shù)對(duì)硬件設(shè)備的“軟化”作用。

2.3 高彈性的代價(jià)

所謂高彈性就是指，物體在外力消失時(shí)，可以立刻恢復(fù)原來形狀。在軟件可編程技術(shù)過程中，隨著計(jì)算機(jī)等終端產(chǎn)品生命周期的縮短，DSP和CPU等軟件可編程技術(shù)的生命周期也受到影響，它們的生命周期是依附于產(chǎn)品之上的，如果為了獲得較高的生命彈性，那么這些軟件可編程技術(shù)就必須擁有較高的利用率，同時(shí)也要具備高超的技術(shù)水平，盡量將研發(fā)周期縮短，及時(shí)適應(yīng)快速變化的計(jì)算機(jī)市場，更確切的講是要跟上高新技術(shù)變化的節(jié)奏，所以，要享受高彈性就要付出一定的代價(jià)。3軟件可編程的始祖

微控制器是將微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。微控制器誕生于20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其成本越來越低，而性能越來越強(qiáng)大，這使其應(yīng)用已經(jīng)無處不在，遍及各個(gè)領(lǐng)域。微控制器可從不同方面進(jìn)行分類：根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機(jī);根據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為Harvard結(jié)構(gòu)和Uon Neumann結(jié)構(gòu);根據(jù)內(nèi)嵌程序存儲(chǔ)器的類別可分為OTP，掩膜、EPROM/EEPROM和閃存Flash;另外，微控制器都“嵌入”在其他裝置內(nèi)部來控制該產(chǎn)品的功能和操作。所以，微控制器也是軟件編程的前身，它與微處理器一起影響著軟件可編程技術(shù)的發(fā)展。

4 總結(jié)

軟件編程家族本就比較龐大，因此，內(nèi)部成員之間的關(guān)系也比較復(fù)雜，再加上外部環(huán)境因素的影響，也就是硬件對(duì)其的作用，更加使得軟件編程的情況復(fù)雜難辨，所以當(dāng)面對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境時(shí)，更應(yīng)當(dāng)努力探索軟件開發(fā)技術(shù)，提高軟件可編程技術(shù)水平。

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