嵌入式系统简介嵌入式系统的组成嵌入式系统开发流程

嵌 入 式 系 统 简 介嵌 入 式 系 统 的 组 成 嵌 入 式 系 统 开 发 流 程 广 义 上 讲 ， 凡 是 带 有 微 处 理 器 的 专 用 软 硬件 系 统 都 可 称 为 嵌 入 式 系 统 。 如 各 类 单 片机 和 DSP系 统 。 这 些 系 统 在 完 成 较 为 单 一 的专 业 功 能 时 具 有 简 洁 高 效 的 特 点 。 但 由 于他 们 没 有 操 作 系 统 ， 管 理 系 统 硬 件 和 软 件的 能 力 有 限 ， 在 实 现 复 杂 多 任 务 功 能 时 ，往 往 困 难 重 重 ， 甚 至 无 法 实 现 从 狭 义 上 讲 ， 那 些 使 用 嵌 入 式 微 处 理 器 构成 独 立 系 统 ， 具 有 自 己 操 作 系 统 ， 具 有 特定 功 能 ， 用 于 特 定 场 合 的 专 用 软 硬 件 系 统称 为 嵌 入 式 系 统 。 1.系 统 内 核 小 ： 由 于 嵌 入 式 系 统 一 般 是 应 用 于 小 型 电 子装 置 的 ， 系 统 资 源 相 对 有 限 ， 所 以 内 核 较之 传 统 的 操 作 系 统 要 小 得 多 。 2.专 用 性 强 ： 嵌 入 式 系 统 的 个 性 化 很 强 ， 其 中 的 软 件系 统 和 硬 件 的 结 合 非 常 紧 密 ， 一 般 要 针 对硬 件 进 行 系 统 的 移 植 。 即 使 在 同 一 品 牌 、 同 一 系 列 的 产 品 中 也需 要 根 据 系 统 硬 件 的 变 化 和 增 减 不 断 进 行修 改 。 同 时 针 对 不 同 的 任 务 ， 往 往 需 要 对 系 统进 行 较 大 更 改 ， 程 序 的 编 译 下 载 要 和 系 统相 结 合 ， 这 种 修 改 和 通 用 软 件 的 “ 升 级 ”是 完 全 不 同 的 概 念 。 3.系 统 精 简 ： 嵌 入 式 系 统 一 般 没 有 系 统 软 件 和 应用 软 件 的 明 显 区 分 ， 不 要 求 其 功 能 设计 及 实 现 上 过 于 复 杂 ， 这 样 一 方 面 利于 控 制 系 统 成 本 ， 同 时 也 利 于 实 现 系统 安 全 。 4.高 实 时 性 OS： 这 是 嵌 入 式 软 件 的 基 本 要 求 ， 而 且软 件 要 求 固 态 存 储 ， 以 提 高 速 度 。 软件 代 码 要 求 高 质 量 和 高 可 靠 性 、 实 时性 。 5.嵌 入 式 软 件 开 发 走 向 标 准 化 ： 嵌 入 式 系 统 的 应 用 程 序 可 以 没 有 操 作 系统 直 接 在 芯 片 上 运 行 。 为 了 合 理 地 调 度 多 任 务 、 利 用 系 统 资 源 、系 统 函 数 以 及 和 专 家 库 函 数 接 口 ， 用 户 必须 自 行 选 配 RTOS（ Real Time Operating System） 开 发 平 台 ， 这 样 才 能 保 证 程 序 执行 的 实 时 性 、 可 靠 性 ， 并 减 少 开 发 时 间 ，保 障 软 件 质 量 。 6.嵌 入 式 系 统 需 要 开 发 工 具 和 环 境 ： 由 于 其 本 身 不 具 备 自 主 开 发 能 力 ， 即 使设 计 完 成 以 后 ， 用 户 通 常 也 是 不 能 对 其 中的 程 序 功 能 进 行 修 改 ， 必 须 有 一 套 开 发 工具 和 环 境 才 能 进 行 开 发 。 这 些 工 具 和 环 境 一 般 是 基 于 通 用 计 算 机上 的 软 硬 件 设 备 以 及 各 种 逻 辑 分 析 仪 、 混合 信 号 示 波 器 等 。 开 发 时 往 往 有 主 机 和 目标 机 的 概 念 ， 主 机 用 于 程 序 的 开 发 ， 目 标机 作 为 最 后 的 执 行 机 ， 开 发 时 需 要 交 替 结合 进 行 。 嵌 入 式 系 统 由 嵌 入 式 硬 件 与 嵌 入 式 软 件组 成 。 嵌 入 式 硬 件 以 芯 片 、 模 板 、 组 件 、 控 制器 形 式 埋 藏 于 设 备 内 部 。 嵌 入 式 软 件 是 实 时 多 任 务 操 作 系 统 和 各种 专 用 软 件 ， 一 般 固 化 在 ROM或 闪 存 中 。 嵌 入 式 系 统 软 硬 兼 施 ， 融 为 一 体 ， 成 为产 品 ， 但 在 开 发 过 程 中 需 要 一 些 开 发 工具 进 行 辅 助 开 发 。 嵌 入 式微 处 理 器 SDRAMROMI/OA/DD/A 人 机 交 互 接 口 通 用 接 口 实 时 操 作 系 统 (RTOS)图 形 用 户接 口BSP/HAL 硬 件 抽 象 层 /板 极 支 持 包任 务 管 理文 件 系 统 应 用 程 序 嵌 入 式 计 算 机 系 统 硬 件 层 软 件 层中 间 层 功 能 层 对 实 时 多 任 务 有 很 强 的 支 持 能 力 ， 能 完 成 多任 务 并 且 有 较 短 的 中 断 响 应 时 间 ， 从 而 使 内部 的 代 码 和 实 时 内 核 的 执 行 时 间 减 少 到 最 低限 度 。 具 有 功 能 很 强 的 存 储 区 保 护 功 能 。 这 是 由 于嵌 入 式 系 统 的 软 件 结 构 已 模 块 化 ， 而 为 了 避免 在 软 件 模 块 之 间 出 现 错 误 的 交 叉 作 用 ， 需要 设 计 强 大 的 存 储 区 保 护 功 能 ， 同 时 也 有 利于 软 件 诊 断 。 可 扩 展 的 处 理 器 结 构 ， 能 迅 速 地 开 发 出 满 足应 用 需 求 的 产 品 。 嵌 入 式 微 处 理 器 必 须 功 耗 很 低 ， 尤 其 是 用 于便 携 式 的 无 线 及 移 动 的 计 算 和 通 信 设 备 中 靠电 池 供 电 的 嵌 入 式 系 统 更 是 如 此 ， 如 需 要 功耗 只 有 mW甚 至 W级 。 嵌 入 式 系 统 硬 件 核 心 是 嵌 入 式 处 理 器 。 嵌 入 式 处 理 器 可 以 分 为 四 类 ： 嵌 入 式 微 处 理 器 EMPU （ Embedded Microprocessor Unit） 嵌 入 式 微 控 制 器 EMCU （ Embedded Microcontroller Unit） 嵌 入 式 数 字 信 号 处 理 器 EDSP （ Embedded Digital Signal Processor） 嵌 入 式 片 上 系 统 ESoC （ Embedded System on Chip） 嵌 入 式 微 处 理 器 就 是 和 通 用 计 算 机 的 微 处 理 器 对应 的 CPU。 在 应 用 中 ， 一 般 是 将 微 处 理 器 装 配 在专 门 设 计 的 电 路 板 上 ， 在 母 板 上 只 保 留 和 嵌 入 式相 关 的 功 能 即 可 ， 这 样 可 以 满 足 嵌 入 式 系 统 体 积小 和 功 耗 低 的 要 求 。 嵌 入 式 微 处 理 器 制 造 商 ： 摩 托 罗 拉 、 英 特 尔 、IBM、 日 立 、 NEC、 东 芝 、 AMD、 国 家 半 导 体 、Zilog、 IDT、 富 士 通 、 Atmel、 太 阳 、 微 系 统 、 夏普 、 Oki、 飞 利 浦 等 。 主 要 的 嵌 入 式 微 处 理 器 包 括 ： Motorola PowerPC、Intel Pentium、 Motorola 68000、 strong ARM、MIPS、 AMD X86系 列 等 等 。 嵌 入 式 微 控 制 器 又 称 为 单 片 机 ， 它 将 CPU、 存储 器 （ 少 量 的 RAM、 ROM或 两 者 都 有 ） 和 其 它 外设 接 口 封 装 在 同 一 片 集 成 电 路 里 。 嵌 入 式 微 控 制 器 制 造 商 ： 摩 托 罗 拉 、 英 特 尔 、英 飞 凌 科 技 、 Atmel、 日 立 、 NEC、 三 菱 、 东芝 、 松 下 、 Microchip、 富 士 、 飞 利 浦 、 德 州仪 器 、 三 星 、 三 洋 、 索 尼 、 Oki、 凌 阳 科 技 等 。 主 要 的 嵌 入 式 微 控 制 器 包 括 ： MCS-51、 MCS-251、 MCS-96/196/296、 P51XA、 C166/167、68K、 Z8、 C540、 PIC、 AVR等 系 列 。 嵌 入 式 DSP专 门 用 来 对 离 散 时 间 信 号 进 行极 快 的 处 理 计 算 ， 提 高 编 译 效 率 和 执 行速 度 。 在 数 字 滤 波 、 FFT、 谱 分 析 、 图 像处 理 等 领 域 应 用 广 泛 。 DSP正 在 大 量 进 入 嵌 入 式 市 场 ， 目 前 广 泛应 用 的 是 TI产 品 TMS320C2000 /C5000系列 ， 另 外 Intel和 Siemens也 有 相 应 的 产品 。 ESoC： 在 一 个 硅 片 上 实 现 一 个 更 为 复 杂 的 系 统 。 各 种 通 用 处 理 器 内 核 将 作 为 SoC设 计 公 司 的 标准 库 ， 成 为 VLSI设 计 中 一 种 标 准 的 器 件 ， 用标 准 的 VHDL等 语 言 描 述 。 用 户 只 需 定 义 出 整 个 应 用 系 统 ， 仿 真 通 过 后 ，就 可 以 将 设 计 图 交 给 半 导 体 工 厂 制 作 样 品 。 这 样 除 个 别 无 法 集 成 的 器 件 以 外 ， 整 个 嵌 入 式系 统 大 部 分 均 可 集 成 到 一 块 或 几 块 芯 片 中 去 ，应 用 系 统 电 路 板 将 变 得 很 简 洁 ， 对 于 减 小 体 积和 功 耗 、 提 高 可 靠 性 非 常 有 利 。 嵌 入 式 系 统 软 件 核 心 包 括 ： 系 统 软 件 ： 嵌 入 式 操 作 系 统 支 撑 软 件 ： 嵌 入 式 软 件 开 发 平 台 及 工 具 应 用 软 件 ： 嵌 入 式 应 用 软 件 1 软 件 要 求 固 态 化 存 储 为 了 提 高 执 行 速 度 和 系 统 可 靠 性 ， 嵌 入 式 系统 中 的 软 件 一 般 都 固 化 在 存 储 器 芯 片 或 单 片 机 本身 中 ， 而 不 是 存 贮 在 磁 盘 中 。 2 软 件 代 码 高 质 量 、 高 可 靠 性 尽 管 半 导 体 技 术 的 发 展 使 处 理 器 速 度 不 断 提高 、 片 上 存 储 器 容 量 不 断 增 加 ， 但 在 大 多 数 应 用中 ， 存 储 空 间 仍 然 是 宝 贵 的 ， 还 存 在 实 时 性 的 要求 。 为 此 要 求 程 序 编 写 和 编 译 工 具 的 质 量 要 高 ，以 减 少 程 序 二 进 制 代 码 长 度 、 提 高 执 行 速 度 。 3 操 作 系 统 软 件 具 有 高 实 时 性 在 多 任 务 嵌 入 式 系 统 中 ， 对 各 项 任 务 进 行 统筹 兼 顾 、 合 理 调 度 是 保 证 系 统 功 能 的 关 键 ， 单 纯提 高 处 理 器 的 速 度 是 无 法 完 成 这 些 要 求 的 ， 也 是没 有 效 率 的 ， 这 种 任 务 调 度 只 能 由 优 化 编 写 的 系统 软 件 来 完 成 ， 因 此 操 作 系 统 软 件 的 高 实 时 性 是基 本 要 求 。 4 嵌 入 式 系 统 应 用 语 言 ： 据 统 计 ， 在 嵌 入 式 系 统 设 计 中 ， 最 受 欢 迎 的前 3种 编 程 语 言 分 别 是 C(74.6%)、 汇 编 (69.6%)和C+ (50.1%)。 通 用 计 算 机 具 有 完 善 的 操 作 系 统 ， 应 用 程 序 的开 发 以 及 完 成 后 的 软 件 都 在 OS平 台 上 面 运 行 ，但 一 般 不 是 实 时 的 。 嵌 入 式 系 统 则 不 同 ， 应 用 程 序 用 汇 编 语 言 和 C语 言 来 开 发 ， 可 以 没 有 操 作 系 统 直 接 在 芯 片 上运 行 ； 但 是 为 了 合 理 地 调 度 多 任 务 、 利 用 系 统资 源 ， 用 户 必 须 自 行 选 配 RTOS开 发 平 台 ， 这 样才 能 保 证 程 序 执 行 的 实 时 性 、 可 靠 性 ， 并 减 少开 发 时 间 ， 保 障 软 件 质 量 。 一 般 来 说 ， 操 作 系 统 内 核 只 提 供 基 本 的 功 能 ， 如 建 立 和管 理 进 程 、 管 理 设 备 等 。 但 是 ， 一 些 桌 面 操 作 系 统 ， 如Windows等 ， 将 许 多 功 能 引 入 内 核 ， 操 作 系 统 的 内 核 变得 越 来 越 大 。 内 核 变 大 使 得 占 用 的 资 源 增 多 ， 剪 裁 起 来很 麻 烦 。 嵌 入 式 操 作 系 统 采 用 微 内 核 结 构 ， 内 核 只 提 供 基 本 的 功能 ， 比 如 ： 任 务 的 调 度 、 任 务 之 间 的 通 信 与 同 步 、 内 存管 理 、 时 钟 管 理 等 。 其 它 的 应 用 组 件 ， 比 如 网 络 功 能 、文 件 系 统 等 均 工 作 在 用 户 态 ， 以 系 统 进 程 或 函 数 调 用 的方 式 工 作 。 因 而 系 统 都 是 可 裁 减 的 ， 用 户 可 以 根 据 自 己的 需 要 选 用 相 应 的 组 件 。 任 务 的 调 度 有 三 种 方 式 ： 可 抢 占 式 调 度 、 不 可 抢 占 式 调度 和 时 间 片 轮 转 调 度 。 不 可 抢 占 式 调 度 ： 一 个 任 务 一 旦 获 得 CPU就 独 占 CPU运 行 ，除 非 由 于 某 种 原 因 ， 它 决 定 放 弃 CPU的 使 用 权 ； 可 抢 占 式 调 度 ： 基 于 任 务 优 先 级 ， 当 前 正 在 运 行 的 任 务可 以 随 时 让 位 给 优 先 级 更 高 的 处 于 就 绪 态 的 其 它 任 务 ； 时 间 片 轮 转 调 度 ： 当 两 个 或 两 个 以 上 任 务 有 同 样 的 优 先级 ， 不 同 任 务 轮 转 地 使 用 CPU， 直 到 系 统 分 配 的 CPU时 间片 用 完 。 目 前 ， 大 多 数 嵌 入 式 操 作 系 统 对 不 同 优 先 级 的 任 务 采 用基 于 优 先 级 的 抢 占 式 调 度 法 ， 对 相 同 优 先 级 的 任 务 则 采用 时 间 片 轮 转 调 度 法 。 多 数 嵌 入 式 系 统 对 时 间 的 要 求 较 高 ， 称 之 为 实 时 系统 。 有 两 种 类 型 的 实 时 系 统 ： 硬 实 时 系 统 和 软 实 时 系 统 。 软 实 时 系 统 并 不 要 求 限 定 某 一 任 务 必 须 在 一 定 的 时间 内 完 成 ， 只 要 求 各 任 务 运 行 得 越 快 越 好 ； 硬 实 时 系 统 对 系 统 响 应 时 间 有 严 格 要 求 ， 一 旦 系 统响 应 时 间 不 能 满 足 ， 就 可 能 会 引 起 系 统 崩 溃 或 致 命的 错 误 ， 一 般 在 工 业 控 制 中 应 用 较 多 。 一 些 桌 面 操 作 系 统 使 用 了 虚 拟 存 储 器 的 概 念 。 采 用段 式 管 理 、 页 式 管 理 、 或 段 页 式 管 理 。 但 是 ， 大 多 数 嵌 入 式 系 统 不 使 用 虚 存 技 术 ， 对 内 存的 访 问 是 直 接 的 ， 使 用 物 理 地 址 ； 而 且 ， 大 多 数 嵌入 式 操 作 系 统 对 内 存 空 间 没 有 保 护 ， 各 个 进 程 共 享同 一 个 运 行 空 间 。 一 个 进 程 在 执 行 前 ， 系 统 必 须 为它 分 配 足 够 的 连 续 地 址 空 间 ， 然 后 全 部 载 入 主 存 储器 。 由 此 可 见 ， 嵌 入 式 系 统 的 开 发 人 员 必 须 参 与 系 统 的内 存 管 理 ， 对 软 件 中 的 一 些 内 存 操 作 必 须 格 外 小 心 。 嵌 入 式 操 作 系 统 内 核 可 以 在 Flash上 直 接 运 行 ，也 可 以 加 载 到 内 存 中 运 行 。 Flash的 运 行 方 式 ， 是 把 内 核 的 可 执 行 映 像 烧写 到 Flash上 ， 系 统 启 动 时 从 Flash的 某 个 地 址开 始 执 行 。 这 种 方 法 实 际 上 是 很 多 嵌 入 式 系 统所 采 用 的 方 法 。 内 核 加 载 方 式 是 把 内 核 的 压 缩 文 件 存 放 在Flash上 ， 系 统 启 动 时 读 取 压 缩 文 件 在 内 存 里解 压 ， 然 后 开 始 执 行 。 这 种 方 式 相 对 复 杂 一 些 ，但 是 运 行 速 度 可 能 更 快 ， 因 为 RAM的 存 取 速 率要 比 Flash高 。 国 内 RTOS： 女 娲 Hopen 桑 夏 2000 Delta OS 中 软 Linux2.0 Linux HardHat Linux (Monta Vista) Red Flag Linux（ 红 旗 Linux） HBOS（ “ 天 堂 之 鸟 ” ） Suse Red Hat Embedix LynxOS (LynuxWorks) 国 外 RTOS： VX Works (风 河 系 统 ) Windows CE (微 软 ) VRTX (明 导 资 讯 ) Palm PowerTV AMX (KADAK) C Executive PSX (JMI) VelOSity (Green Hills) OS-9 (Microware Systems) OSE (Enea OSE Systems) QNX (QNX Software Sys) RTXC (Lineo/Embedded Power Corp) SuperTask! (US Software) ThreadX (Express Logic) TNT/RTX (VenturCom) Windows NT Embedded/XP (微 软 ) 编 译 器 ： GNU编 译 器 调 试 工 具 ： GNU调 试 工 具 集 成 开 发 环 境 （ IDE） 绘 图 入 门 工 具 算 法 开 发 工 具 ： UML/SDL工 具 库 网 络 /通 信 协 议 配 置 管 理 工 具 需 求 管 理 工 具 DSP开 发 工 具 器 件 驱 动 器 开 发 工 具 软 硬 件 协 同 验 证 工 具 Java工 具 存 储 器 分 析 工 具 软 件 仿 真 /建 模 工 具 Win CE工 具 测 试 软 件 事 件 跟 踪 工 具 内 电 路 仿 真 器 （ ICE） ROM仿 真 器 JTAG仿 真 器 逻 辑 分 析 器 示 波 器 1 嵌 入 式 软 件 开 发 的 特 点 嵌 入 式 系 统 与 通 用 计 算 机 系 统 的 差 别 ： 人 机 交 互 界 面 有 限 的 功 能 时 间 关 键 性 和 稳 定 性 嵌 入 式 软 件 开 发 的 特 点 ：需 要 交 叉 开 发 环 境 ： 交 叉 开 发 环 境 是 指 实 现 编 译 、链 接 和 调 试 应 用 程 序 代 码 的 环 境 。 与 运 行 应 用 程序 的 环 境 不 同 ， 它 分 散 在 有 通 信 连 接 的 宿 主 机 与目 标 机 环 境 之 中 。 宿 主 机 (Host)是 一 台 通 用 计 算 机 ， 一 般 是 PC机 。 它 通 过 串 口 或 网 络 连 接 与 目 标 机 通 信 。 目 标 机 (Target) 可 以 是 嵌 入 式 应 用 软 件 的实 际 运 行 环 境 ， 也 可 以 是 能 替 代 实 际 环 境 的 仿真 系 统 。 嵌 入 式 软 件 开 发 的 特 点 ：引 入 任 务 设 计 方 法 需 要 固 化 程 序 软 件 开 发 难 度 大 嵌 入 式 应 用 软 件 对 实 时 性 、 稳 定 性 、 可 靠性 、 抗 干 扰 性 等 性 能 的 要 求 都 比 通 用 软 件 的要 求 更 为 严 格 和 苛 刻 。 2.2 嵌 入 式 系 统 开 发 的 流 程 嵌 入 式 软 件 的 开 发 流 程 与 通 用 软 件 的 开 发 流 程大 同 小 异 ， 但 开 发 所 使 用 的 设 计 方 法 具 有 嵌 入 式开 发 的 特 点 。 整 个 开 发 流 程 可 分 为 ：需 求 分 析 阶 段设 计 阶 段生 成 代 码 阶 段固 化 阶 段 v 需 求 分 析 阶 段 嵌 入 式 系 统 应 用 需 求 中 最 为 突 出 的 是 注 重 应 用 的 时效 性 ， 需 求 分 析 阶 段 的 主 要 任 务 是 ：(1)对 问 题 的 识 别 和 分 析 对 用 户 提 出 的 问 题 进 行 抽 象 识 别 用 以 产 生 以 下 的需 求 ： 功 能 需 求 、 性 能 需 求 、 环 境 需 求 、 可 靠 性 需 求 、安 全 需 求 、 用 户 界 面 需 求 、 资 源 使 用 需 求 、 软 件 成 本与 开 发 进 度 需 求 。 v 需 求 分 析 阶 段(2)制 订 规 格 说 明 文 档 经 过 对 问 题 的 识 别 ， 产 生 了 系 统 各 方 面 的 需 求 。通 过 对 规 格 的 说 明 ， 文 档 得 以 清 晰 、 准 确 地 描 述 。这 些 说 明 文 档 包 括 需 求 规 格 说 明 书 和 初 级 的 用 户 手册 等 。(3)需 求 评 审 需 求 评 审 作 为 系 统 进 入 下 一 阶 段 前 最 后 的 需 求分 析 复 查 手 段 ， 在 需 求 分 析 的 最 后 阶 段 对 各 项 需 求进 行 评 估 ， 以 保 证 软 件 需 求 的 质 量 。 需 求 评 审 的 内容 包 括 正 确 性 、 无 歧 义 性 、 安 全 性 、 可 验 证 性 、 一致 性 、 可 理 解 性 、 可 修 改 性 、 可 追 踪 性 等 多 个 方 面 。 v 设 计 阶 段 系 统 的 设 计 阶 段 包 括 系 统 设 计 、 任 务 设 计 和 任 务的 详 细 设 计 。 由 于 嵌 入 式 系 统 中 任 务 的 并 发 性 ， 嵌入 式 软 件 开 发 中 引 入 了 DARTS(Design Approach for Real-Time System) DARTS设 计 方 法 ： 是 结 构 化 分 析 /结 构 化 设 计 的扩 展 。 它 给 出 划 分 任 务 的 方 法 ， 并 提 供 定 义 任 务间 接 口 的 机 制 。 DARTS设 计 方 法 的 设 计 步 骤 如 下 ：(1)数 据 流 分 析 (2)划 分 任 务 (3)定 义 任 务 间 的 接 口 v 生 成 代 码 阶 段 生 成 代 码 阶 段 需 要 完 成 的 工 作 包 括 代 码 编 程 、交 叉 编 译 和 链 接 、 交 叉 调 试 和 测 试 等 。 代 码 编 程v 生 成 代 码 阶 段 在 嵌 入 式 系 统 的 开 发 过 程 中 ， 一 般 采 用 的 方 法是 先 在 通 用 PC上 编 程 ， 然 后 通 过 交 叉 编 译 链 接 ， 将程 序 做 成 目 标 平 台 上 可 以 运 行 的 二 进 制 代 码 格 式 。最 后 将 程 序 下 载 到 目 标 平 台 上 的 特 定 位 置 ， 在 目 标板 上 启 动 运 行 这 段 二 进 制 代 码 。 v 生 成 代 码 阶 段交 叉 编 译 和 链 接 嵌 入 式 软 件 开 发 编 码 完 成 后 ， 要 进 行 编 译 和 链 接 以生 成 可 执 行 代 码 。 但 是 ， 在 开 发 过 程 中 设 计 人 员 普 遍使 用 Intel的 x86系 列 CPU的 计 算 机 进 行 开 发 ， 而 目 标环 境 的 处 理 芯 片 却 是 多 种 多 样 的 ， 如 ARM， DSP，PowerPC， DragonBall系 列 等 ， 这 就 要 求 开 发 机 上 的编 译 器 能 支 持 交 叉 编 译 。 嵌 入 式 集 成 开 发 环 境 都 支 持 交 叉 编 译 、 链 接 ， 如WindRiver公 司 的 Tornado 以 及 GNU套 件 等 。 交 叉编 译 链 接 生 成 两 种 类 型 的 可 执 行 文 件 ： 调 试 用 的 可 执行 文 件 和 固 化 的 可 执 行 文 件 。 v 生 成 代 码 阶 段交 叉 调 试交 叉 调 试 ， 又 叫 远 程 调 试 ， 具 有 以 下 特 点 ： 调 试 器 和 被 调 试 的 程 序 运 行 在 不 同 的 机 器 上 。调 试 器 运 行 在 PC或 工 作 站 上 ， 而 被 调 试 程 序 运 行在 各 式 的 专 用 目 标 机 上 ； 调 试 器 通 过 某 种 通 信 方 式 与 目 标 机 建 立 联 系 ，如 串 口 、 并 口 、 网 络 、 JTAG或 者 专 用 的 通 信 方 式 ； 在 目 标 机 上 一 般 具 有 某 种 调 试 代 理 ， 这 种 代 理 能 与 调试 器 一 起 配 合 完 成 对 目 标 机 上 运 行 程 序 的 调 试 。 这 种代 理 可 以 是 某 种 能 支 持 调 试 的 硬 件 ， 也 可 以 是 某 种 软件 ； 目 标 机 可 以 是 一 种 仿 真 机 。 通 过 在 宿 主 机 上 运 行 目 标机 的 仿 真 软 件 ， 仿 真 一 台 目 标 机 ， 使 整 个 调 试 工 作 只在 一 台 计 算 机 上 进 行 。 嵌 入 式 系 统 开 发 的 测 试 与 通 用 软 件 的 测 试 相 似 ， 分 为单 元 测 试 和 系 统 集 成 测 试 。v 生 成 代 码 阶 段测 试 v 固 化 阶 段嵌 入 式 系 统 的 应 用 软 件 是 针 对 特 定 的 实 际 专 业 领 域 的 ， 基 于 相应 的 嵌 入 式 硬 件 平 台 ， 并 能 完 成 用 户 预 期 任 务 的 计 算 机 软 件 。 嵌 入 式 软 件 的 特 点 如 下 ：(1)软 件 要 求 固 态 化 存 储 。(2)软 件 代 码 要 求 高 质 量 、 高 可 靠 性 。(3)系 统 软 件 的 高 实 时 性 是 基 本 要 求 。(4)多 任 务 实 时 操 作 系 统 成 为 嵌 入 式 应 用 软 件 的 必 需 。 总 结 ： 嵌 入 式 软 件 开 发 的 要 点 嵌 入 式 应 用 软 件 高 度 依 赖 目 标 应 用 的 软 硬 件 环境 ， 软 件 的 部 分 任 务 功 能 函 数 由 汇 编 语 言 完 成 ，具 有 高 度 的 不 可 移 植 性 。 为 了 保 证 实 时 性 能 ， 使 用 效 率 高 和 速 度 快 的 汇编 语 言 是 不 可 避 免 的 。 尽 可 能 提 高 嵌 入 式 应 用 软 件 的 可 移 植 性 方 法 ： (1)尽 量 用 高 级 语 言 开 发 ， 少 用 汇 编 语 言 (2)局 域 化 不 可 移 植 部 分 (3)提 高 软 件 的 可 重 用 性 2.3 嵌 入 式 系 统 的 调 试嵌 入 式 系 统 的 调 试 过 程 ： 2.3 嵌 入 式 系 统 的 调 试嵌 入 式 系 统 的 调 试 方 法 ：1 源 程 序 模 拟 器 方 式2 监 控 器 方 式3 仿 真 器 方 式 v 源 程 序 模 拟 器 方 式 源 程 序 模 拟 器 (Simulator)是 在 PC机 上 ， 通 过 软 件手 段 模 拟 执 行 为 某 种 嵌 入 式 处 理 器 编 写 的 源 程 序 的测 试 工 具 。 注 意 :模 拟 器 的 功 能 毕 竟 是 以 一 种 处 理 器 模 拟 另 一种 处 理 器 的 运 行 ， 在 指 令 执 行 时 间 、 中 断 响 应 、 定时 器 等 方 面 很 有 可 能 与 实 际 处 理 器 有 相 当 大 的 差 别 。另 外 ， 它 无 法 仿 真 嵌 入 式 系 统 在 应 用 系 统 中 的 实 际执 行 情 况 。 比 如 ： ARM公 司 的 ARMulator模 拟 器 v 监 控 器 方 式 监 控 器 (Monitor)调 试 方 式 需 要 目 标 机 与 宿 主 机 协 调 。首 先 ， 在 宿 主 机 和 目 标 机 之 间 通 过 串 口 、 以 太 口 等 建 立 物 理连 接 ， 然 后 在 宿 主 机 上 运 行 调 试 器 ， 目 标 机 运 行 监 控 程 序 和被 调 试 程 序 ， 从 而 建 立 宿 主 机 与 目 标 机 的 逻 辑 连 接 。 宿 主 机通 过 调 试 器 与 目 标 机 的 监 控 器 建 立 通 信 连 接 ， 它 们 相 互 间 的通 信 遵 循 远 程 调 试 协 议 。 比 如 ARM公 司 的 Angel。 v 仿 真 器 方 式 仿 真 器 调 试 方 式 是 在 微 处 理 器 的 内 部 嵌 入 额 外 的 控 制模 块 。 当 特 定 的 触 发 条 件 满 足 时 ， 系 统 将 进 入 某 种 特 殊 状态 。 在 这 种 状 态 下 ， 被 调 试 的 程 序 暂 时 停 止 运 行 ， 宿 主 机的 调 试 器 通 过 微 处 理 器 外 部 特 设 的 通 信 口 访 问 各 种 寄 存 器 、存 储 器 资 源 ， 并 执 行 相 应 的 调 试 指 令 。 在 宿 主 机 的 通 信 端 口 和 目 标 板 调 试 通 信 接 口 之 间 ， 通信 接 口 的 引 脚 信 号 可 能 存 在 差 异 ， 因 此 在 这 两 者 之 间 往 往可 以 通 过 一 块 信 号 转 换 电 路 板 连 接 。 一 般 高 档 的 微 处 理 器 都 带 JTAG (Joint Test Action Group,联 合 测 试 行 动 组 )接 口 ， 它 是 一 种 边 界 扫 描 标 准 ，只 需 5根 引 脚 就 可 以 实 现 在 线 仿 真 的 功 能 。 2.4 板 级 支 持 包 由 于 嵌 入 式 系 统 中 采 用 微 处 理 器 微 控 制 器 的 多 样 性 ， 嵌 入式 操 作 系 统 的 可 移 植 性 显 得 更 加 重 要 。 所 以 有 些 嵌 入 式 操 作系 统 的 内 核 明 确 分 成 两 层 ， 上 层 一 般 称 为 “ 内 核 ” ， 而 低 层则 称 为 “ 硬 件 抽 象 层 ” ， 底 层 的 缩 写 是 HAL， 也 有 的 厂 商(如 VxWorks的 提 供 者 WindRiver公 司 )把 硬 件 抽 象 层 称 为 BSP，即 板 级 支 持 包 (Board Support Package)。 板 级 支 持 包 是 操作 系 统 与 目 标 应 用 硬 件 环 境 的 中 间 接 口 ， 它 是 软 件 包 中 具 有平 台 依 赖 性 的 那 一 部 分 。板 级 支 持 包 的 主 要 功 能 包 括 两 部 分 ：在 系 统 启 动 时 ， 对 硬 件 进 行 初 始 化 为 驱 动 程 序 提 供 访 问 硬 件 的 手 段