嵌入式实时操作系统嵌入式系统软件的开发

PART2 嵌 入 式 实 时 操 作 系 统第 8讲 嵌 入 式 系 统 软 件 的 开 发 1 主 要 内 容 嵌 入 式 软 件 开 发 工 具 嵌 入 式 系 统 开 发 模 式 实 时 软 件 分 析 设 计 方 法 第 一 节嵌 入 式 软 件 开 发 工 具嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件的交叉开发环境嵌入式软件实现阶段的开发过程嵌入式软件开发工具的发展趋势 嵌 入 式 软 件 开 发 工 具“工 欲 善 其 事 ， 必 先 利 其 器 ” 嵌入式软件开发工具的集成度和可用性将直接关系到嵌入式系统的开发效率。 嵌 入 式 软 件 开 发 工 具 的 分 类 嵌 入 式 软 件 开 发 阶 段 嵌 入 式 软 件 开 发 工 具 的 分 类 根 据 不 同 的 阶 段 ， 嵌 入 式 软 件 开 发 工 具可 以 分 为 ： 需 求 分 析 工 具 （ Requirement Analysis Tools） 软 件 设 计 工 具 (Software Design Tools) 编 码 、 调 试 工 具 (Coding Tools) 测 试 工 具 (Testing Tools) 配 置 管 理 工 具 、 维 护 工 具 等 主 要 嵌 入 式 软 件 开 发 工 具 产 品RequirementAnalysis SoftwareDesign Coding Test Release PhasesTAUObjectGeodeRational Rose RealTimeRhapsodyTornadopRISM+SpectraWin CE PlatformBuilderCodeWarriorXray DebuggerLogiscopeCodeTESTLambdaTOOL 主 流 嵌 入 式 编 译 器 ：KEIL、 CodeWarrior、 IAR、 GNU 、CADUL .等 嵌 入 式 软 件 类 型围 绕 开 发 类 型 来 选 择 嵌 入 式 软 件 开 发 工 具 ：1. 测 试 、 调 试 类 软 件 ： 编 写 简 单 的 板 级 测 试 软件 ， 主 要 是 辅 助 硬 件 的 调 试 2. 驱 动 ： 开 发 基 本 的 驱 动 程 序 3. 系 统 支 持 软 件 ： 开 发 特 定 嵌 入 式 操 作 系 统 的驱 动 程 序 （ 板 级 支 持 包 ） 4. 嵌 入 式 操 作 系 统 ： 内 核 及 其 他 系 统 软 件5. 应 用 软 件 嵌 入 式 软 件 的 交 叉 开 发 环 境 交 叉 开 发 环 境 是 指 用 于 嵌 入 式 软 件 开 发 的所 有 工 具 软 件 的 集 合 ， 一 般 包 括 ： 文 本 编 辑 器 交 叉 编 译 器 交 叉 调 试 器 仿 真 器 下 载 器 等 交 叉 开 发 环 境 由 宿 主 机 和 目 标 机 组 成 ， 宿主 机 与 目 标 机 之 间 在 物 理 连 接 的 基 础 上 建立 起 逻 辑 连 接 。 交 叉 开 发 环 境目 标 机 硬 件目 标 机 应 用 系 统 应 用 软 件 应 用 中 间 件 目 标 机 OS 宿 主 机 硬 件宿 主 机 OS调试代理 运行库 宿 主 机 开 发 环 境 编 辑 编 译 连 接 调 试运 行 平 台 Target 开 发 平 台 Host 嵌 入 式 软 件 的 交 叉 开 发 环 境 宿 主 机 （ Host） ： 是 用 于 开 发 嵌 入 式 系 统 的 计 算机 。 一 般 为 PC机 （ 或 者 工 作 站 ） ， 具 备 丰 富 的 软硬 件 资 源 ， 为 嵌 入 式 软 件 的 开 发 提 供 全 过 程 支 持。 目 标 机 （ Target） ： 即 所 开 发 的 嵌 入 式 系 统 ， 是嵌 入 式 软 件 的 运 行 环 境 ， 其 硬 件 软 件 是 为 特 定 应用 定 制 的 。 在 开 发 过 程 中 ， 目 标 机 端 需 接 收 和 执 行 宿 主 机 发出 的 各 种 命 令 如 设 置 断 点 、 读 内 存 、 写 内 存 等 ，将 结 果 返 回 给 宿 主 机 ， 配 合 宿 主 机 各 方 面 的 工 作。 嵌 入 式 软 件 的 交 叉 开 发 环 境 物 理 连 接 和 逻 辑 连 接 物 理 连 接 是 指 宿 主 机 与 目 标 机 通 过 物 理 线 路 连接 在 一 起 ， 连 接 方 式 主 要 有 三 种 ：串 口以 太 口OCD（ On Chip Debug） 方 式 ， 如 JTAG、 BDM等 物 理 连 接 是 逻 辑 连 接 的 基 础 。 逻 辑 连 接 指 宿 主 机 与 目 标 机 间 按 某 种 通 信 协 议建 立 起 来 的 通 信 连 接 ， 目 前 逐 步 形 成 了 一 些 通信 协 议 的 标 准 。 嵌 入 式 软 件 实 现 阶 段 的 开 发 过 程 设 计 完 成 后 ， 嵌 入 式 软 件 的 开 发 进 入 实 现 阶 段 ，可 分 为 三 个 步 骤 ： 生 成 、 调 试 和 固 化 运 行 。 软 件 的 生 成 主 要 是 在 宿 主 机 上 进 行 ， 利 用 各 种 工 具 完成 对 应 用 程 序 的 编 辑 、 交 叉 编 译 和 链 接 工 作 ， 生 成 可供 调 试 或 固 化 的 目 标 程 序 。 调 试 是 通 过 交 叉 调 试 器 完 成 软 件 的 调 试 工 作 。 调 试 完成 后 还 需 进 行 必 要 的 测 试 工 作 。 固 化 运 行 是 先 用 一 定 的 工 具 将 应 用 程 序 固 化 到 目 标 机上 ， 然 后 启 动 目 标 机 ， 在 没 有 任 何 工 具 干 预 的 情 况 下应 用 程 序 能 自 动 地 启 动 运 行 。 嵌 入 式 软 件 生 成 阶 段 三 个 过 程 源 代 码 程 序 的编 写 编 译 成 各 个 目标 模 块 链 接 成 可 供 下载 调 试 或 固 化的 目 标 程 序 编 辑 器 交 叉 编译 器 交 叉 链接 器源 程 序 目 标模 块 可 供 调试 /固化库 文 件 交 叉 编 译 把 在 宿 主 机 上 编 写 的 高 级 语 言 程 序 编 译 成可 以 运 行 在 目 标 机 上 的 代 码 ， 即 在 宿 主 机上 能 够 编 译 生 成 另 一 种 CPU（ 嵌 入 式 微 处 理器 ） 上 的 二 进 制 程 序 。 嵌 入 式 软 件 的 调 试 交 叉 调 试 器 是 指 调 试 程 序 和 被 调 试 程 序 运 行 在 不 同 机 器 上的 调 试 器 调 试 器 通 过 某 种 方 式 能 控 制 目 标 机 上 被 调 试 程序 的 运 行 方 式 通 过 调 试 器 能 查 看 和 修 改 目 标 机 上 的 内 存 、 寄存 器 以 及 被 调 试 程 序 中 的 变 量 等 交 叉 调 试 非 交 叉 调 试调 试 器 和 被 调 试 程 序 运 行 在 不 同的 计 算 机 上 调 试 器 和 被 调 试 程 序 运 行 在 同 一台 计 算 机 上可 独 立 运 行 ， 无 需 操 作 系 统 支 持 需 要 操 作 系 统 的 支 持被 调 试 程 序 的 装 载 由 调 试 器 完 成 被 调 试 程 序 的 装 载 由 专 门 的Loader程 序 完 成需 要 通 过 外 部 通 信 的 方 式 来 控 制被 调 试 程 序 不 需 要 通 过 外 部 通 信 的 方 式 来 控制 被 调 试 程 序可 以 直 接 调 试 不 同 指 令 集 的 程 序 只 能 直 接 调 试 相 同 指 令 集 的 程 序 嵌 入 式 软 件 的 调 试 交 叉 调 试 方 式 Crash and Burn Rom Monitor Rom Emulator In Circuit Emulator On Chip Debugging Simulator方 式 （ 非 交 叉 ） Crash and Burn 最 早 的嵌 入 式应 用 软件 调 试方 法 。在 宿 主 机 上 编 写 代 码反 复 检 查 代 码 ， 直 到 编 译通 过 ， 生 成 可 执 行 程 序将 程 序 固 化 （ Burn） 到 目 标 机 的 非 易 失性 存 储 器 （ E2PROM、 FLASH等 ） 中在 宿 主 机 上 反 复 检 查码 ， 查 找 问 题 根 源 改 写 代 码启 动 目 标 机 运 行 ， 观察 程 序 是 否 正 常 工 作N Y 结 束 ROM Monitor ROM Monitor是 被 固 化 且 运 行 在 目 标 机 上 的一 段 程 序 ， 负 责 监 控 目 标 机 上 被 调 试 程 序的 运 行 ， 与 宿 主 机 端 的 调 试 器 一 起 完 成 对应 用 程 序 的 调 试 。 调 试 器 与 ROM Monitor之 间 的 通 信 遵 循 远 程调 试 协 议 。 ROM Monitor调 试 方 式调 试 器Windows或 其 它 桌面 操 作 系 统PC机 等 硬 件 嵌 入 式硬 件监 控 程序 (ROM Monitor) 被 调 试程 序宿 主 机 目 标 机逻 辑 上 的 连 接物 理 上 的 连 接 ROM Monitor 在 目 标 机 上 电 或 复 位 后 首 先 执 行 的 就 是 ROM Monitor， 它 对 目 标 机 进 行 一 些 必 要 的 初 始化 初 始 化 要 求 的 外 围 设 备 ， 如 最 基 本 的 串 口 和 用于 内 存 刷 新 的 系 统 计 时 器 芯 片 ； 初 始 化 用 于 下 载 映 像 的 内 存 系 统 ； 初 始 化 中 断 控 制 器 和 安 装 中 断 处 理 程 序 。 初 始 化 自 己 的 程 序 空 间 等 待 宿 主 机 端 的 命 令 ROM Monitor ROM Monitor能 配 合 调 试 器 完 成 ： 程 序 映 像 下 载 对 目 标 机 系 统 内 存 的 读 写 对 寄 存 器 的 读 写 设 置 和 清 除 不 同 类 型 的 断 点 单 步 执 行 指 令 复 位 系 统 等 调 试 功 能 ROM Monitor调 试 过 程（ 1） 启 动 目 标 机 ， 监 控 器 掌 握 对 目 标 机 的 控 制 ， 等 待 和调 试 器 建 立 连 接 ；（ 2） 启 动 调 试 器 ， 并 和 监 控 器 建 立 起 通 信 连 接 ；（ 3） 使 用 调 试 器 将 应 用 程 序 下 载 到 目 标 机 上 的 RAM空 间中 ；（ 4） 使 用 调 试 器 进 行 调 试 ， 发 出 各 种 调 试 命 令 ， 监 控 器解 释 并 执 行 这 些 命 令 ， 通 过 目 标 机 上 的 各 种 异 常 来获 取 对 目 标 机 的 控 制 ， 将 命 令 执 行 结 果 回 传 给 调 试器 ； （ 5） 如 果 程 序 有 问 题 ， 在 调 试 器 的 帮 助 下 定 位 错 误 ； 修改 之 后 再 重 新 编 译 链 接 并 下 载 程 序 ， 开 始 新 的 调 试， 如 此 反 复 直 至 程 序 正 确 运 行 为 止 。 ROM Monitor优 点1) 提 高 调 试 程 序 的 效 率 ， 缩 短 开 发 周 期 ，降 低 成 本2) 简 单 、 方 便3) 可 扩 展 性 强 ， 可 支 持 许 多 高 级 调 试 功 能4) 成 本 低 廉 ， 不 需 专 门 的 调 试 硬 件 支 持5) 几 乎 所 有 的 交 叉 调 试 器 都 支 持 这 种 方 式 ROM Monitor缺 点1) Debug Monitor需 要 用 Crash and Burn方 法 开 发 。2) 当 ROM Monitor占 用 CPU时 ， 应 用 程 序 不 响 应 外 部 的 中 断， 因 此 不 便 调 试 有 时 间 特 性 的 程 序 。3) 某 些 调 试 功 能 依 赖 于 CPU硬 件 的 支 持 （ 如 硬 件 断 点 功 能）4) ROM Monitor要 占 用 目 标 机 一 定 数 量 的 资 源 ， 如 CPU、RAM、 ROM和 通 信 设 备 等 资 源 。5) 调 试 环 境 不 同 于 实 际 目 标 环 境 。 仿 真 开 发 方 式嵌 入 式 应 用 的 开 发 经 常 会 遭 遇 缺 少 目 标机 环 境 、 缺 乏 目 标 机 芯 片 等 资 源 的 问 题， 而 开 发 过 程 又 不 可 能 停 止 ， 因 此 自 然就 提 出 了 根 据 不 同 的 应 用 需 要 ， 利 用 仿真 器 件 、 仿 真 环 境 进 行 开 发 的 方 法 。 硬 件 仿 真 开 发 ROM Emulator ICE OCD 软 件 仿 真 开 发 ROM EmulatorROM Emulator是 一 种 用 于 替 代 目 标 机 上 的ROM芯 片 的 设 备 ， 即 ROM仿 真 器 。 利 用 这 种设 备 ， 目 标 机 可 以 没 有 ROM芯 片 ， 但 目 标 机的 CPU可 以 读 取 ROM Emulator设 备 上 ROM芯片 的 内 容 ： ROM Emulator设 备 上 的 ROM芯 片的 地 址 可 以 实 时 地 映 射 到 目 标 机 的 ROM地 址空 间 ， 从 而 仿 真 （ Emulation） 目 标 机 的ROM。 ROM EmulatorROM Emulator的 调 试 方 式 是 一 种 不 完 全 的调 试 方 式 ： ROM Emulator设 备 只 是 为 目 标机 提 供 ROM芯 片 和 在 Target和 Host间 建 立 一条 高 速 的 通 信 通 道 ， 因 此 它 经 常 和 前 面 两种 调 试 方 式 结 合 起 来 形 成 一 种 完 备 的 调 试方 式 。 ROM Emulator的 典 型 应 用 就 是 和 ROM Monitor的 调 试 方 式 相 结 合 。 ROM Emulator 优 点目 标 机 可 以 没 有 ROM芯 片 、 可 以 使 用 ROM Emulator提 供 的 ROM空 间 且 不 需 要 用 别 的 工具 来 写 ROM。 缺 点目 标 机 必 须 能 支 持 外 部 ROM存 储 空 间 ， 而 且由 于 其 通 常 要 和 ROM Monitor配 合 使 用 ， 因此 它 拥 有 ROM Monitor的 所 有 缺 点 。 ICE ICE（ In-Circuit Emulator） 是 一 种 用 于替 代 目 标 机 上 CPU的 设 备 ， 即 在 线 仿 真 器 。 它 比 一 般 的 CPU有 更 多 的 引 出 线 ， 能 够 将 内部 的 信 号 输 出 到 被 控 制 的 目 标 机 。 ICE上 的 Memory也 可 以 被 映 射 到 用 户 的 程 序空 间 ， 这 样 即 使 目 标 机 不 存 在 的 情 形 下 也可 以 进 行 代 码 的 调 试 。 宿 主 开发 平 台目 标 平 台 ICEICE调 试 结 构 连 接 ICE和 目 标 机 时 ， 一 般 是 将 目 标 机 的 CPU取下 ， 而 将 ICE的 CPU引 出 线 接 到 目 标 机 的 CPU插槽 。 用 ICE进 行 调 试 时 ， 在 Host端 运 行 的 调 试 器 通过 ICE来 控 制 目 标 机 上 运 行 的 程 序 。ICE ICE功 能 特 点 同 时 支 持 软 断 点 和 硬 件 断 点 的 设 置 设 置 各 种 复 杂 的 断 点 和 触 发 器 实 时 跟 踪 目 标 程 序 的 运 行 ， 并 可 实 现 选 择 性 的跟 踪 支 持 “ Time Stamp” 允 许 用 户 设 置 “ Timer” 提 供 “ Shadow RAM”， 能 在 不 中 断 被 调 试 程 序的 运 行 下 查 看 内 存 和 变 量 即 非 干 扰 调 试 查 询 ICE 适 用 于 ：1) 调 试 实 时 的 应 用 系 统2) 调 试 设 备 驱 动 程 序3) 对 硬 件 进 行 功 能 和 性 能 的 测 试4) 实 时 性 能 分 析 缺 点 ：1) 价 格 太 昂 贵 ， 不 利 于 团 队 开 发2) 所 仿 CPU有 限 OCDOCD（ On Chip Debugging） 是 CPU芯 片 提 供的 一 种 调 试 功 能 （ 片 上 调 试 ） ， 可 以 认 为是 一 种 廉 价 的 ICE功 能 ： OCD的 价 格 只 有 ICE的 20%， 但 提 供 了 ICE 80%的 功 能 。 OCD调 试 结 构调 试 器Windows或 其 它 桌面 操 作 系 统PC机 等 硬 件 被 调 试 程 序OCD接口 嵌 入 式硬 件宿 主 机 目 标 机逻 辑 上 的 连 接物 理 连 接仿 真 器 针 形 连 接 器并 口 、 串 口或 网 络 接 口 为 特 定 处 理器 而 建 造 OCD 调 试 方 法1) 将 CPU的 模 式 分 为 一 般 模 式 和 调 试 模 式2) 一 般 模 式 下 ， CPU从 内 存 读 取 指 令 执 行3) 调 试 模 式 下 ， CPU首 先 从 调 试 端 口 读 取 指 令 ， 通 过 调 试端 口 可 以 控 制 CPU进 入 和 退 出 调 试 模 式 ； Host端 的 调 试器 可 以 直 接 向 目 标 机 发 送 要 执 行 的 指 令 ， 读 写 目 标 机 的内 存 和 各 种 寄 存 器 ， 控 制 目 标 程 序 的 运 行 以 及 完 成 各 种复 杂 的 调 试 功 能 。 OCD 优 点1) 不 占 用 目 标 机 的 资 源2) 调 试 环 境 和 最 终 的 程 序 运 行 环 境 基 本 一 致3) 支 持 软 硬 断 点 、 Trace功 能4) 精 确 计 量 程 序 的 执 行 时 间5) 提 供 时 序 分 析 功 能 OCD 缺 点1) 调 试 的 实 时 性 不 如 ICE2) 不 支 持 非 干 扰 调 试 查 询3) CPU必 需 具 有 OCD功 能 OCD 存 在 各 种 实 现 BDM（ Background Debugging Mode） JTAG（ Joint Test Access Group） （ 主 流 方 式 ） OnCE（ On Chip Emulation） 各 种 OCD仿 真 器 实 例 边 界 扫 描 技 术 （ JTAG） JTAG标 准 测 试 访 问 接 口 与 边 界 扫 描 结 构 （Standard Test Access Port and Boundary Scan Architecture） ， 已 被 IEEE1149.1标 准所 采 纳 ， 是 面 向 用 户 的 测 试 接 口 。 该 接 口 一 般 由 4个 引 脚 组 成 ： 测 试 数 据 输 入 （ TDI） 测 试 数 据 输 出 （ TDO） 测 试 时 钟 （ TCK） 测 试 模 式 选 择 引 脚 （ TMS） 异 步 测 试 复 位 引 脚 （ TRST， 可 选 ） 边 界 扫 描 技 术 （ JTAG） 优 点 可 以 通 过 边 界 扫 描 操 作 测 试 整 个 板 的 电 气 连 接 ， 特 别为 表 面 贴 元 件 提 供 方 便 各 个 引 脚 信 号 的 采 样 ， 并 可 强 制 引 脚 输 出 用 以 测 试 外围 芯 片 可 以 软 件 下 载 、 执 行 、 调 试 和 控 制 ， 为 复 杂 的 实 时 跟踪 调 试 提 供 路 径 可 以 进 行 多 内 核 和 多 处 理 器 的 板 级 和 芯 片 级 的 调 试 ，通 过 串 接 ， 为 芯 片 制 造 商 提 供 芯 片 生 产 、 测 试 的 途 径 不 占 用 系 统 资 源 ， 能 够 调 试 没 有 外 部 总 线 的 芯 片 ， 代价 非 常 小 边 界 扫 描 技 术 （ JTAG） 缺 点 通 过 串 口 依 次 传 递 数 据 ， 速 度 比 较 慢 只 能 进 行 软 件 断 点 级 别 的 调 试 不 能 完 成 实 时 跟 踪 和 多 种 事 件 触 发 等 复 杂 调 试功 能 几 种 增 强 版 本 ARM芯 片 的 实 时 调 试 方 案 （ E-TRACE） 背 景 调 试 模 式 BDM 片 上 仿 真 OnCE Nexus标 准 提 出 一 个 在 JTAG之 上 的 嵌 入 式 处 理 器 调 试 的 统 一标 准 将 调 试 开 发 分 成 四 级 第 一 级 使 用 JTAG的 简 单 静 态 调 试 ； 第 二 级 支 持 编 程 跟 踪 和 实 时 多 任 务 的 跟 踪 ， 并 允 许 用户 用 I/O引 脚 作 为 多 路 复 用 辅 助 调 试 口 ； 第 三 级 包 括 处 理 器 运 行 时 的 数 据 写 入 跟 踪 和 存 储 器 的读 写 跟 踪 ； 第 四 级 增 加 了 存 储 替 换 并 触 发 复 杂 的 硬 件 断 点 。 Nexus标 准 通 过 Nexus 标 准 可 以 解 决 以 下 问 题 调 试 内 部 总 线 没 有 引 出 的 处 理 器 ， 如 含 有 片内 存 储 器 的 芯 片 传 统 在 线 仿 真 器 无 法 实 现 的 高 速 调 试 深 度 流 水 线 和 有 片 上 Cache的 芯 片 ， 能 够 探测 具 体 哪 条 指 令 被 取 指 和 最 终 执 行 可 以 稳 定 地 进 行 多 内 核 处 理 器 的 调 试 Simulator交 叉 开 发 方 式 存 在 如 下 缺 点 ： 硬 件 支 持 必 须 有 目 标 机 或 评 估 板 易 使 用 性 普 通 编 程 人 员 不 熟 悉 廉 价 性 成 本 高 可 移 植 性 、 可 扩 展 性 不 高 团 队 开 发 较 难 开 发 周 期 较 长 Simulator 一 种 软 件 仿 真 器 ， 在 宿 主 机 上 创 建 一 个 虚 拟 的目 标 机 环 境 ， 再 将 应 用 系 统 下 载 到 这 个 虚 拟 目标 机 上 运 行 调 试 。 软 件 仿 真 的 对 象 仿 真 处 理 器 仿 真 外 设 仿 真 环 境 软 件 仿 真 的 级 别 指 令 级 仿 真 开 发 API级 仿 真 开 发 宿 主 机 OS 编 辑 ：C、C+编 译 、 链 接 应 用 仿 真 开 发 环 境 示 意 图 调 试目 标 操 作 系 统 库TOSLib应 用 编 程 接 口API 仿 真 调试 代 理EDA 应 用 系 统 通 信 用 户 虚 拟 目 标 硬 件V-Target 虚 拟 目 标 环 境 IDE应 用 仿 真 开 发 环 境 示 意 图 设 计 编 码 测 试 运 行 维 护 下 载 调 试 固 化交 叉 调 试 固 化 运 行 仿 真 编 译 仿 真 调 试 正 确 N 仿 真 库 编 译 链 接 Y 运 行 库结 合 了 仿 真 的 软 件 开 发 过 程 Simulator 优 点最 大 好 处 就 是 可 以 不 用 真 正 的 目 标 机 ， 可以 在 目 标 机 环 境 并 不 存 在 的 条 件 下 开 发 目标 机 上 的 应 用 系 统 ， 并 且 在 调 试 时 可 以 利用 Host资 源 提 供 更 详 细 的 错 误 诊 断 信 息 。 Simulator 缺 点1) 和 实 际 的 运 行 环 境 差 别 很 大2) 设 备 模 拟 的 局 限 性 较 大3) 实 时 特 性 较 差4) 对 Host的 资 源 要 求 较 高 适 用 范 围对 时 间 特 性 没 有 严 格 要 求 、 没 有 特 殊 外 设 、 只需 要 验 证 逻 辑 正 确 的 应 用 程 序 。 嵌 入 式 软 件 的 测 试 测 试 工 具 ： 能 够 用 来 辅 助 测 试 的 工 具 ， 主 要 用来 支 持 测 试 人 员 的 工 作 ， 本 身 不 能 直 接 用 来 进行 测 试 。 测 试 工 具 一 般 都 是 通 用 工 具 ， 测 试 人员 应 该 根 据 实 际 情 况 对 它 们 进 行 适 当 的 调 整 。 嵌 入 式 软 件 测 试 中 经 常 用 到 的 测 试 工 具 有 ： 内 存 分 析 工 具 性 能 分 析 工 具 覆 盖 分 析 工 具 缺 陷 跟 踪 工 具 等 嵌 入 式 软 件 的 测 试内 存 分 析 工 具 嵌 入 式 系 统 的 内 存 资 源 通 常 是 受 限 的 ， 内 存 分析 工 具 可 以 用 来 处 理 在 进 行 动 态 内 存 分 配 时 产生 的 缺 陷 。 当 动 态 分 配 的 内 存 被 错 误 地 引 用 时， 产 生 的 错 误 通 常 难 以 再 现 ， 出 现 的 失 效 难 以追 踪 ， 使 用 内 存 分 析 工 具 可 以 很 好 地 检 测 出 这类 缺 陷 。 目 前 常 用 的 内 存 分 析 工 具 有 软 件 和 硬 件 两 种 ： 基 于 软 件 的 内 存 分 析 工 具 可 能 会 对 代 码 的 执 行 性 能带 来 很 大 影 响 ， 从 而 影 响 系 统 的 实 时 性 ； 基 于 硬 件 的 内 存 分 析 工 具 对 系 统 性 能 影 响 小 ， 但 价格 昂 贵 ， 并 且 只 能 在 特 定 的 环 境 中 使 用 。 嵌 入 式 软 件 的 测 试性 能 分 析 工 具 嵌 入 式 系 统 的 性 能 通 常 是 一 个 非 常 关 键的 因 素 ， 开 发 人 员 一 般 需 要 对 系 统 的 某些 关 键 代 码 进 行 优 化 来 改 进 性 能 。 性 能 分 析 工 具 可 以 提 供 有 关 数 据 ， 帮 助 确 定 哪 些 任 务 消 耗了 过 多 的 执 行 时 间 ， 从 而 可 以 决 定 如 何 优 化软 件 ， 以 获 得 更 好 的 时 间 性 能 。 引 导 开 发 人 员 发 现 在 系 统 调 用 中 存 在 的 错 误以 及 程 序 结 构 上 的 缺 陷 。 嵌 入 式 软 件 的 测 试覆 盖 分 析 工 具 在 进 行 白 盒 测 试 时 ， 可 以 使 用 代 码 覆 盖 分 析 工具 追 踪 哪 些 代 码 被 执 行 过 分 析 过 程 一 般 通 过 插 桩 来 完 成 ， 插 桩 可 以 是 在测 试 环 境 中 嵌 入 硬 件 ， 也 可 以 是 在 可 执 行 代 码中 加 入 软 件 ， 或 者 是 两 者 的 结 合 。 开 发 人 员 通 过 对 分 析 结 果 进 行 总 结 ， 可 以 确 定哪 些 代 码 被 执 行 过 ， 哪 些 代 码 被 遗 漏 了 。 目 前 常 用 的 覆 盖 分 析 工 具 一 般 都 提 供 有 关 功 能覆 盖 、 分 支 覆 盖 、 条 件 覆 盖 等 信 息 。 覆 盖 分 析 工 具 实 例 测 试 工 具 实 例 ： 逻 辑 分 析 仪 工 作 机 理 ： 在 不 打 断 被 测 程 序 运 行 流 程的 基 础 上 ， 对 程 序 运 行 中 的 相 关 信 息 进行 采 集 和 分 析 ， 然 后 通 过 真 实 再 现 程 序运 行 的 逻 辑 流 程 和 分 析 程 序 运 行 数 据 ，帮 助 用 户 优 化 系 统 设 计 和 解 决 出 现 的 问题 。 与 调 试 工 具 的 对 比 调 试 器 ： 照 相 机 逻 辑 分 析 仪 ： 摄 像 机 测 试 工 具 实 例 ： 逻 辑 分 析 仪 主 要 功 能 ： 真 实 再 现 程 序 运 行 流 程 发 现 系 统 死 锁 及 软 件 造 成 的 死 机 发 现 系 统 内 存 泄 漏 指 导 对 任 务 的 合 理 划 分 指 导 关 键 路 径 设 计 与 验 证 指 导 合 理 分 配 任 务 堆 栈 CPU使 用 率 统 计 指 导 合 理 设 计 中 断 服 务 程 序 测 试 工 具 实 例 ： 逻 辑 分 析 仪嵌 入 式 应 用 软 件 运 行 的 逻 辑 流 程 测 试 工 具 实 例 ： 逻 辑 分 析 仪系 统 堆 栈 使 用 率 分 析 嵌 入 式 软 件 的 固 化 运 行 当 调 试 完 成 之 后 ， 程 序 代 码 需 要 被 完 全 烧入 到 目 标 板 的 非 易 失 性 存 储 器 （ 如 ROM或 闪存 ） 中 ， 并 且 在 真 实 的 硬 件 环 境 上 运 行 ，这 个 过 程 叫 做 固 化 。 调 试 环 境 与 固 化 环 境 的 区 别 ： 代 码 定 位 不 同 初 始 化 部 分 不 同 嵌 入 式 软 件 的 固 化 运 行阶 段 调 试 环 境 固 化 环 境编 译 目 标 文 件 需 要 调 试 信 息 目 标 文 件 不 需 要 调 试 信 息链 接 应 用 系 统 目 标 代 码 不 需 要 Boot模 块 ， 此 模 块 已 由 目 标 板 上 的监 控 器 程 序 实 现 。 应 用 系 统 目 标 代 码 必 须 以 Boot模 块 作 为 入 口 模 块 。定 位 程 序 的 所 有 代 码 段 、 数 据 段 都依 次 被 定 位 到 调 试 空 间 的 RAM中 。 程 序 的 各 逻 辑 段 按 照 其 不 同 的属 性 分 别 定 位 到 非 易 失 性 存 储空 间 （ ROM） 或 RAM中 。下 载 宿 主 机 上 的 调 试 器 读 入 被 调 试 文 件 ，并 将 其 下 载 到 目 标 机 上 的 调 试 空 间中 ， 目 标 机 掉 电 后 所 有 信 息 全 部 丢失 。 在 宿 主 机 上 利 用 固 化 工 具 将 可 固 化的 应 用 程 序 写 入 目 标 机 的 非 易 失 性存 储 器 中 ， 目 标 机 掉 电 后 信 息 不 丢失 。运 行 被 调 试 程 序 在 目 标 监 控 器 的 控 制 下运 行 ， 并 与 后 者 共 享 某 些 资 源 ， 如CPU资 源 、 RAM资 源 以 及 通 信 设 备（ 如 串 口 、 网 口 等 ） 资 源 。 程 序 在 真 实 的 目 标 硬 件 环 境 上运 行 嵌 入 式 软 件 的 固 化 运 行 Boot模 块 ： 当 应 用 程 序 在 真 实 的 目 标 环 境 下 运 行时 将 首 先 执 行 该 程 序 ， 它 至 少 由 系 统 加 电 时 执 行的 代 码 组 成 。 Boot模 块 的 主 要 功 能 ： 初 始 化 CPU环 境 ， 使 目 标 机硬 件 到 已 知 的 状 态 初 始 化 芯 片 的 引 脚 初 始 化 系 统 外 部 控 制 寄 存 器 初 始 化 基 本 输 入 输 出 设 备 初 始 化 MMU， 包 括 片 选 控 制 寄 存 器 等 执 行 数 据 拷 贝 嵌 入 式 软 件 开 发 工 具 发 展 趋 势 向 着 开 放 的 、 集 成 化 的 方 向 发 展 具 有 系 统 设 计 、 可 视 化 建 模 、 仿 真 和 验 证 功 能 自 动 生 成 代 码 和 文 档 具 有 更 高 的 灵 活 性 第 二 节嵌 入 式 系 统 开 发 模 式概述处理器及硬件开发平台的选定操作系统选定开发环境选定 嵌 入 式 系 统 开 发 模 式 概 述 最 大 特 点 ： 软 硬 件 综 合 开 发 。原 因 ：1)嵌 入 式 产 品 是 软 硬 件 的 结 合 体2)软 件 针 对 硬 件 开 发 、 固 化 ， 不 能进 行 任 意 修 改 嵌入式系统开发过程 系 统 定 义 时 期符 合 要 求硬 件 设 计 制 作 软 件 设 计 实 现软 硬 件 集 成功 能 性 能 测 试 产 品 Yes系 统 总 体 设 计No 系 统 总 体 设 计软硬件划分系统总体框架 处理器选定 操作系统选定 开发环境选定 硬 件 设 计 制 作硬 件 概 要 设 计硬 件 详 细 设 计硬 件 制 作硬 件 测 试 功 能 模 块 图 设 计逻 辑 电 路 图 设 计PCB 设 计 与 制 作PCB 测 试 软 件 设 计 实 现软 件 概 要 设 计软 件 详 细 设 计软 件 实 现软 件 测 试 软 硬 件 协 同 开 发 通 常 的 嵌 入式 系 统 开 发 软 /硬 件 协同 开 发 嵌 入 式软 件 开 发嵌 入 式硬 件 开 发 嵌 入 式 系 统集 成 、 测 试 、验 证嵌 入 式 软 件 开 发 嵌 入 式 硬 件 开 发嵌 入 式 系 统协 同 设 计 、 测 试 、 验 证 处 理 器 及 硬 件 开 发 平 台 的 选 定选 择 依 据 ： 应 用 的 类 型 及 I/O接 口 主 频 及 功 耗 对 不 同 类 型 存 储 器 的 支 持 封 装 产 品 生 命 力 和 厂 家 实 力 、 技 术 支 持 及 第 三方 软 件 的 支 持 硬 件 开 发 平 台 的 选 择 操 作 系 统 选 定选 择 依 据 ： 选 择 嵌 入 式 OS的 必 要 性 自 建 、 购 买 或 使 用 开 源 软 件 对 嵌 入 式 操 作 系 统 的 功 能 、 性 能 要 求 与 硬 件 平 台 和 开 发 工 具 的 关 系 行 业 标 准 技 术 支 持 版 税 或 服 务 费 操 作 系 统 与 硬 件 平 台 的 关 系 操 作 系 统 应 支 持 选 定 的 硬 件 平 台 如 果 不 支 持 ， 需 考 虑 移 植 工 作 不 同 类 型 嵌 入 式 微 处 理 器 之 间 的 移 植 ： 任 务 上下 文 切 换 、 时 钟 、 中 断 等 同 类 型 微 处 理 器 但 不 同 类 型 硬 件 板 之 间 的 移 植： 硬 件 接 口 及 设 备 驱 动 程 序 操 作 系 统 与 开 发 工 具 的 关 系 工 具 是 否 能 为 基 于 特 定 操 作 系 统 的 应 用 开发 提 供 最 大 支 持 ： 运 行 库 与 OS相 结 合 提 供 应 用 工 程 创 建 和 管 理 功 能 ， 构 建 基 于 特 定操 作 系 统 的 应 用 框 架 对 操 作 系 统 的 剪 裁 与 配 置 提 供 高 级 调 试 功 能 提 供 配 套 的 应 用 逻 辑 分 析 工 具 、 覆 盖 测 试 工 具等 开 发 环 境 及 工 具 选 定 对 硬 件 平 台 的 支 持 所 使 用 的 编 程 语 言 C/C+ 汇 编 语 言 JAVA 与 嵌 入 式 操 作 系 统 的 关 系 第 三 节实 时 软 件 分 析 设 计 方 法DARTS分析设计方法 DARTS分 析 设 计 方 法 嵌 入 式 实 时 软 件 系 统 的 生 存 周 期 需 求 分 析 与 说 明 系 统 设 计 DARTS设 计 方 法 数 据 流 分 析 划 分 任 务 定 义 任 务 接 口 任 务 设 计 模 块 构 筑 任 务 与 系 统 集 成 嵌 入 式 实 时 软 件 系 统 的 生 命 周 期 需 求 分 析 与 详 细 说 明 系 统 设 计 任 务 分 解 , 定 义 任 务 间 接 口 关 系 任 务 设 计 按 模 块 方 式 设 计 每 个 任 务 ， 定 义 模 块 间 接 口 模 块 构 筑 完 成 每 个 模 块 的 详 细 设 计 、 编 码 和 单 元 测 试 任 务 与 系 统 集 成 系 统 测 试 实 例 说 明 机 器 人 控 制 器 系 统上 电手 动 停 止 结 束断 电运 行程 序 选 择 控 制 面 板 控 制 设 备 由 内 部 控制 器 和 外 部 控 制 面板 组 成 控 制 器 控 制 六 个 转轴 ， 并 与 数 字 I/O传 感 器 交 互 作 用 。 转 轴 和 I/O由 程 序控 制 该 程 序 由 控 制 面 板操 作 启 动 执 行 按 下 “ 上 电 ” 按 钮 ， 系 统 进 入 了 上 电 状 态 。 上 电 成 功 后 ， 系 统 进 入 了 手 动 状 态 。 此 时 ， 操作 者 可 以 通 过 程 序 选 择 开 关 选 择 程 序 按 下 “ 运 行 ” 按 钮 ， 则 选 定 的 程 序 开 始 运 行 ，系 统 转 为 运 行 态 。 程 序 运 行 中 如 果 按 下 “ 停 止 ” 键 ， 程 序 被 挂 起 。之 后 ， 操 作 者 可 以 按 下 “ 运 行 ” 键 ， 使 程 序 恢复 执 行 ， 也 可 按 下 “ 结 束 ” 键 ， 结 束 程 序 。 按 下 “ 结 束 ” 键 后 ， 系 统 进 入 终 止 态 。 当 程 序最 终 终 止 执 行 时 ， 系 统 返 回 手 动 状 态 。 控 制 执 行 过 程 需 求 分 析 与 说 明断 电 态 通 电 态手 动 态 运 行 态终 止 态 挂 起 态上电上电 成功断电启动程序选择程序 终止结束启动停止状 态 变 迁 图 系 统 设 计 系 统 设 计 说 明 该 系 统 如 何 被 分 解 成 多 个任 务 ， 如 何 定 义 任 务 间 的 关 系 任 务 划 分 方 法 DARTS设 计 方 法 DARTS设 计 方 法 数 据 流 分 析 ： 每 个 数 据 流 图 都 包 含 ： 变 换 圈 , 表 示 系 统 完 成 的 功 能 箭 头 ， 表 示 变 换 间 的 数 据 流 动 数 据 存 储 区 ， 表 示 数 据 的 存 储 场 所 数 据 字 典 ， 定 义 了 数 据 流 和 数 据 存 储 区 所包 含 的 数 据 项 机 器 人 控 制 器 数 据 流 图 程 序面 板 输 入 有效性 检 查 解 释 程 序各 语 句 读 传感 器处 理 面 板输 入 处 理I/O命 令处 理 动作 命 令 向 传 感器 输 出 输 出 动 作轴 数 据 接 收确 认输 出 到面 板 轴 控 制器 读 面 板 输 入按 下按 钮 面 板 输 入 有 效 的面 板 输 入 运 行开 始 结 束 动 作命 令 动 作确 认I/O命 令传 感 器 值 输 入传 感 器 输 入传 感 器输 出 输 出面 板输 出显 示 灯 运 行 停 止重 启 动 轴 块 轴 确 认轴 输 入 轴 输 出动 作 块 划 分 任 务 就 是 识 别 出 并 行 性 的 功 能 需 要 考 虑 的 是 系 统 内 功 能 的 异 步 性 。 分析 数 据 流 图 中 的 变 换 ， 确 定 哪 些 变 换 可以 并 行 ， 哪 些 变 换 本 质 上 是 顺 序 的 。 一 个 任 务 可 对 应 一 个 变 换 ， 也 可 对 应 多个 变 换 。 DARTS设 计 方 法 划 分 任 务 原 则 I/O 依 赖 性 功 能 的 时 间 关 键 性 计 算 需 求 功 能 内 聚 时 间 内 聚 周 期 执 行 DARTS设 计 方 法 I/O 依 赖 性 Device I/O Task App.Task 如 果 变 换 依 赖 于 I/O， 速 度 受 限 I/O， 可 独 立 成任 务 在 系 统 中 创 建 与 I/O设 备 数 目 相 当 的 I/O任 务 I/O任 务 只 实 现 与 设 备 相 关 的 代 码 I/O任 务 的 执 行 只 受 限 于 I/O设 备 的 速 度 ， 而 不是 处 理 器 在 任 务 中 分 离 设 备 相 关 性 功 能 的 时 间 关 键 性 将 有 时 间 关 键 性 （ deadline） 的 功 能 分 离 出 来 ， 组 成 独 立 运 行 的 任 务 赋 予 这 些 任 务 高 的 优 先 级 ， 以 满 足 对 时 间 的 需 要event 1event 2 Task 1Task 2Task 3 Task 3deadline 1 deadline 2 计 算 量 大 的 功 能 占 用 CPU的 时 间 多 ， 把 计 算 功 能 捆绑 成 任 务 ， 以 消 耗 CPU的 剩 余 时 间 赋 予 计 算 任 务 较 低 优 先 级 , 能 被 高 优 先 级 的 任 务抢 占 ， 保 持 高 优 先 级 的 任 务 是 轻 量 级 的 多 个 计 算 任 务 可 安 排 成 同 优 先 级 ， 按 时 间 片 循 环轮 转 计 算 需 求 功 能 内 聚将 紧 密 相 关 的 功 能 变 换 组 成 一 个 任 务 ， 减 少 通信 的 开 销把 每 个 变 换 都 作 为 同 一 任 务 中 一 个 个 独 立 的 模块 ， 不 仅 保 证 了 模 块 级 的 功 能 内 聚 ， 也 保 证 了任 务 级 的 功 能 内 聚event 1 F1(x) + F3(x) event 2 F2(x) 时 间 内 聚将 在 同 一 时 间 内 完 成 的 各 功 能 （ 即 使 这 些 功 能是 不 相 关 的 ） 形 成 一 个 任 务功 能 组 的 各 功 能 是 由 相 同 的 外 部 事 件 驱 动 的（ 如 时 钟 等 ） ， 这 样 每 次 任 务 接 收 到 一 个 事 件 ，它 们 都 可 以 同 时 执 行由 于 减 少 了 任 务 调 度 及 切 换 的 次 数 ， 减 少 了 系统 的 开 销Clock Tick eventF1(x) + F2(y)+F3(z) F4(x)+F5(y) 周 期 执 行一 个 需 要 周 期 执 行 的 变 换 可 以 作 为 一 个 独立 的 任 务 ， 按 一 定 的 时 间 间 隔 被 激 活将 在 相 同 周 期 内 执 行 的 各 功 能 组 成 一 个 任务频 率 高 的 任 务 赋 予 高 优 先 级F1 F2 F110HZ 10HZ15HZ15HZ F2 I/O时 间内 聚 功 能内 聚 时 间内 聚 定 义 任 务 接 口 任 务 间 通 信 模 块 TCM（ Task Communication Module） 任 务 同 步 模 块 TSM（ Task Synchronization Module） DARTS设 计 方 法 消 息 通 信 模 块 信 息 隐 藏 模 块 任 务 间 通 信 模 块数 据存 储区写 数 据读 数 据 读 数 据任 务 A 任 务 B 信 息 隐 藏 模 块 任 务 同 步 模 块源 S： 发 事 件 信 号 (E)S 目 标 D： 等 待 事 件 (E)D 任 务 设 计 任 务 体 系 结 构 ： 详 细 定 义 任 务 包 含 的 子模 块 和 模 块 间 的 关 系 任 务 执 行 流 程 ： 尽 可 能 详 细 地 描 述 任 务的 处 理 过 程 任 务 内 数 据 结 构 任 务 内 模 块 间 接 口 详 细 说 明 系 统 中 各 任 务 的 设 计 考 虑 和 执行 流 程 ， 以 利 于 程 序 员 编 制 程 序 。 任 务 设 计 任 务 设 计 模 块 构 筑 系 统 和 任 务 设 计 完 成 后 ， 进 行 每 个 模 块的 详 细 设 计 ， 直 到 每 个 具 体 的 函 数 在 单 元 测 试 前 不 必 编 完 模 块 全 部 程 序 ，可 以 分 阶 段 编 码 和 测 试 模 块 的 详 细 设 计 应 一 气 呵 成 ， 避 免 系 统以 非 结 构 化 方 式 形 成 函 数 设 计 函 数 描 述 给 出 对 该 函 数 的 简 要 描 述 ， 说 明 设计 目 的 、 意 义 以 及 特 点 功 能 说 明 该 函 数 应 具 有 的 功 能 ， 可 采 用 IPO图（ 输 入 一 处 理 一 输 出 图 ） 形 式 性 能 说 明 对 该 函 数 的 性 能 要 求 ， 包 括 精 度 、灵 活 性 和 时 间 特 性 等 输 入 定 义 每 个 输 入 项 的 特 性 ， 包 括 名 称 、 标识 、 数 据 类 型 和 格 式 、 取 值 范 围 、 输 入 方 式 、数 据 来 源 、 保 密 方 式 等 输 出 定 义 每 个 输 入 项 的 特 性 ， 特 征 同 输 入 算 法 详 细 说 明 本 函 数 所 选 用 的 算 法 ， 具 体 的 计 算 公 式 和 计算 步 骤 流 程 用 流 程 图 辅 以 必 要 的 说 明 来 表 示 本 函 数 的 逻 辑 流 程 接 口 说 明 本 函 数 与 其 他 函 数 的 调 用 关 系 ， 包 括 说 明 参 数 赋值 和 调 用 方 式 以 及 相 关 数 据 结 构 （ 如 数 据 库 、 文 件 ） 。 存 储 分 配 说 明 本 函 数 的 存 储 分 配 限 制 条 件 说 明 本 函 数 运 行 所 受 限 制 测 试 计 划 说 明 对 本 函 数 的 测 试 计 划 ， 包 括 技 术 要 求 、 输 入数 据 、 预 期 结 果 、 人 员 安 排 等函 数 设 计 任 务 与 系 统 集 成 模 块 逐 个 连 接 、 测 试 以 构 成 任 务 任 务 被 逐 个 连 接 和 测 试 形 成 最 终 系 统 可 分 两 步 集 成 在 宿 主 机 上 模 拟 集 成 （ 软 集 成 ） 在 目 标 机 上 集 成 谢 谢 ！