嵌入式軟件開發(fā)流程（嵌入式工程師）
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嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程是什么？
一、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程?
1、系統(tǒng)需求分析：根據(jù)需求，確定設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，指定設(shè)計(jì)說明書。?
2、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：描述系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)所述的功能需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型。
3、硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)：基于體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果，對系統(tǒng)的硬件、軟件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。一般情況下嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作大部分都集中在軟件設(shè)計(jì)上，現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法是面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)。?
4、系統(tǒng)集成：把系統(tǒng)的硬件、軟件和執(zhí)行裝置集成在一起進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中的不足之處。
5、系統(tǒng)測試：對設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行測試，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否滿足實(shí)際需求。
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二、嵌入式軟件開發(fā)?
嵌入式軟件開發(fā)的一般流程為需求分析、軟件概要設(shè)計(jì)、軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)和軟件測試。與一般的軟件開發(fā)區(qū)別主要在于軟件實(shí)現(xiàn)的編譯和調(diào)試兩部分即為交叉編譯與交叉調(diào)試。
嵌入式軟件開發(fā)方法
根據(jù)使用的開發(fā)工具套件不同，軟件開發(fā)流程會有差異，但主要步驟大致相同。對于使用宿主機(jī)（PC）的集成化開發(fā)環(huán)境，軟件開發(fā)流程一般包括創(chuàng)建項(xiàng)目、添加文件、編譯連接、下載調(diào)試等步驟，如下圖所示。
圖1：嵌入式軟件開發(fā)流程
（1）創(chuàng)建工程項(xiàng)目：在配置硬件設(shè)備和安裝軟件開發(fā)工具后，就可以開始創(chuàng)建工程項(xiàng)目，通常需要選擇項(xiàng)目文件的存儲位置及目標(biāo)處理器。
（2）添加項(xiàng)目文件：開發(fā)人員需要?jiǎng)?chuàng)建源程序文件，編寫應(yīng)用程序代碼，并添加到工程項(xiàng)目中；還將使用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的庫文件，包括啟動(dòng)代碼、頭文件和一些外設(shè)控制函數(shù)，甚至中間件（Middleware）等。這些文件也需要添加到項(xiàng)目中。
（3）配置工程選項(xiàng)：源于硬件設(shè)備的多樣性和軟件工具的復(fù)雜性，工程項(xiàng)目提供了不少選項(xiàng)，需要開發(fā)人員配置，如輸出文件類型和位置、編譯選項(xiàng)和優(yōu)化類型等，還要根據(jù)選用的開發(fā)板和在線仿真器，配置代碼調(diào)試和下載選項(xiàng)等。
（4）交叉編譯連接：利用開發(fā)軟件工具對項(xiàng)目的多個(gè)文件分別編譯，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，然后連接生成最終的可執(zhí)行文件映像，以下載到目標(biāo)設(shè)備的文件格式保存。如果編譯連接有錯(cuò)誤，返回修改；如果沒有錯(cuò)誤，先進(jìn)行軟件模擬運(yùn)行和調(diào)試，再下載到開發(fā)板運(yùn)行和調(diào)試。
（5）程序下載：目前，絕大多數(shù)微控制器都使用閃存（Flash Memory）保存程序。創(chuàng)建可執(zhí)行文件映像后，需要使用在線仿真器（或串口、網(wǎng)口）將其下載到微控制器的閃存中，實(shí)現(xiàn)閃存的編程；還可以將可執(zhí)行文件下載到SRAM中運(yùn)行。
（6）運(yùn)行和調(diào)試：程序下載后，可以啟動(dòng)運(yùn)行，看是否正常工作。如果有問題，連接在線仿真器，借助軟件開發(fā)工具的調(diào)試環(huán)境進(jìn)行斷點(diǎn)和單步調(diào)試，觀察程序操作的詳細(xì)過程。如果應(yīng)用程序運(yùn)行有錯(cuò)誤，返回修改。
什么是嵌入式軟件開發(fā)
嵌入式軟件開發(fā)屬于軟件開發(fā)的一種。
嵌入式軟件與嵌入式系統(tǒng)是密不可分，嵌入式軟件是基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件，是計(jì)算機(jī)軟件的一種。
嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)主要分為系統(tǒng)總體開發(fā)、嵌入式硬件開發(fā)和嵌入式軟件開發(fā)3大部分。
嵌入式軟件開發(fā)總體流程分為需求分析、軟件概要設(shè)計(jì)、軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)和軟件測試，嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)，主要是軟件實(shí)現(xiàn)部分，可分為編譯和調(diào)試兩部分，嵌入式軟件開發(fā)主要針對計(jì)算能力有限的CPU進(jìn)行的軟件開發(fā)。
嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)
嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)
基于嵌入式系統(tǒng)的具體產(chǎn)品應(yīng)用是計(jì)算機(jī)工程史上的里程碑。深入到了各行各業(yè)，其已成為高科技領(lǐng)域中必不可少的工具。 我下面為你整理了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)的文章，希望對你有所幫助。
1嵌入式系統(tǒng)簡介
嵌入式系統(tǒng)可以抽象出一個(gè)典型的組成模型，其可劃分為硬件層、軟件層及功能層。
1.1嵌入式系統(tǒng)定義
嵌入式系統(tǒng)最通用的定義是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)[1]。
根據(jù)IEEE9(國際電氣和電子工程師協(xié)會)的定義，嵌入式系統(tǒng)也可定義為控制監(jiān)視或輔助設(shè)備機(jī)器和車間運(yùn)行裝置。
嵌入式系統(tǒng)的定義很多，統(tǒng)一起來很難。對于其定義有疑問的部分研究人員將嵌入式系統(tǒng)定義為：“嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式微處理器為內(nèi)核，以微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，電子技術(shù)、對象技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可根據(jù)對象需要所設(shè)置，并且嵌入到對象器件內(nèi)，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用智能化的控制系統(tǒng)?！盵2]
1.2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)
嵌入式系統(tǒng)是面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的，從其應(yīng)用角度分析，具有以下特點(diǎn)：
(1)硬件層，是所有軟件的運(yùn)行基礎(chǔ)，嵌入式系統(tǒng)至少擁有一個(gè)高性能處理器為硬件平臺。如ARM處理器。
(2)軟件層，其能擴(kuò)充和充分發(fā)揮硬件層功能。嵌入式系統(tǒng)需有一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)的軟件平臺，來控制管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源以及合理的組織計(jì)算機(jī)工作流程。如Liunx，UC/OSⅡ等操作系統(tǒng)。
(3)嵌入式系統(tǒng)是先進(jìn)的技術(shù)及資金密集、知識產(chǎn)業(yè)化不斷創(chuàng)新的集成系統(tǒng)。其將先進(jìn)的電子科學(xué)技術(shù)與各行各業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合。
(4)是面向用戶、產(chǎn)品及特定應(yīng)用的。
(5)具有較長的生命周期。與實(shí)際產(chǎn)品相結(jié)合，并與產(chǎn)品升級同步進(jìn)行。
(6)對程序質(zhì)量要求較高。一般都將系統(tǒng)中的軟件固化在存儲器中，大部分都具有較高的實(shí)時(shí)性。
(7)嵌入式系統(tǒng)不具備在其上進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)的能力。需要借助專門的開發(fā)工具和環(huán)境來滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后的程序功能修改工作。
2基于ARM的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用及開發(fā)方法
2.1ARM的技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)
ARM(Advanced RISC Machines)是一種嵌入式微處理器，它具有低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)，采用RISC體系結(jié)構(gòu)，大量使用寄存器，具有高效的指令系統(tǒng)，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，來實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求[3]。基于ARM微處理器的嵌入式系統(tǒng)不同于單片機(jī)、DSP系統(tǒng)，其高性能的特點(diǎn)，在硬件部分的電路板設(shè)計(jì)方面是比較困難的，絕大多數(shù)的ARM板都要在4層以上。其實(shí)ARM最關(guān)鍵的是軟件部分的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)更側(cè)重于軟件方面，包括系統(tǒng)裁減，底層驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序等。
2.2ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程
基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開發(fā)流程如圖1所示。
2.3ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法
(1)建立系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境
嵌入式系統(tǒng)資源受限制，如果在其硬件平臺上直接編寫軟件，比較困難。因此根據(jù)其特點(diǎn)須在特定的開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行。搭建相應(yīng)的軟硬件平臺：在宿主機(jī)(HOST)也就是PC機(jī)上安裝開發(fā)工具，并將編寫好的軟件程序進(jìn)行交叉編譯生成二進(jìn)制代碼，最后將其移植到目標(biāo)板的特定位置運(yùn)行。這種在宿主機(jī)(HOST)環(huán)境下開發(fā)，在目標(biāo)板(TARGET)上運(yùn)行的開發(fā)模式叫交叉開發(fā)模式，交叉開發(fā)模型如圖2所示。
(2)Boot Loader引導(dǎo)程序開發(fā)
Boot loader是在嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行前運(yùn)行的一段程序，與我們經(jīng)常提到的BIOS功能相近，每種體系結(jié)構(gòu)都有與其相匹配的Boot Loader。通過Boot loader程序的運(yùn)行，可以初始化硬件設(shè)備，建立系統(tǒng)的內(nèi)存空間映射圖，這樣就可以將系統(tǒng)的軟、硬件環(huán)境設(shè)定在一個(gè)合適的狀態(tài)，方便于最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核，并且為運(yùn)行用戶應(yīng)用程序準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。
Boot loader程序由匯編和C程序兩部分組成，程序執(zhí)行過程也分為匯編和C程序代碼部分兩個(gè)階段。匯編程序與硬件設(shè)備相關(guān)，不便移植，第一階段需要完成初始化看門狗、設(shè)置中斷異常向量表、堆棧、配置存儲器等，之后再跳轉(zhuǎn)到第二階段的C語言程序入口處。C程序代碼部分主要完成初始化本階段所需要的外部設(shè)備，調(diào)用NANDFLASH的API函數(shù)，配置SDRAM空間，并將用戶的`程序代碼從NANDFLASH存儲器中復(fù)制到SDRAM中，最后再跳轉(zhuǎn)到用戶程序的入口[4]。
3嵌入式技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域
嵌入式技術(shù)無處不在，已經(jīng)深入到了生活的各個(gè)領(lǐng)域，為我們的生活帶來了很大的方便。
(1)無線通訊領(lǐng)域。特別是智能手機(jī)，全球95%的手機(jī)采用了ARM芯片，隨著手機(jī)功能愈像電腦，手機(jī)更需要功能強(qiáng)大的嵌入式芯片?，F(xiàn)在，全球售出的每一部手機(jī)中平均就有2.4塊ARM芯片。
(2)工業(yè)控制領(lǐng)域?；贏RM核的32位微控制器芯片逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮了很大的作用。
(3)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)寬帶技術(shù)不斷發(fā)展，基于ARM技術(shù)的ADSL芯片也逐步進(jìn)入競爭范圍，并取得一定優(yōu)勢。而且，語音及視頻處理也應(yīng)用了ARM技術(shù)，同時(shí)對DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了新的挑戰(zhàn)。
(4)儀器儀表方面。有智能儀器、智能儀表、醫(yī)療器械、色譜儀、示波器等。
(5)民用方面。如電子玩具、電子字典、游戲機(jī)、錄像機(jī)、復(fù)讀機(jī)、投影儀、照相機(jī)、空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、防盜控制器、激光驅(qū)動(dòng)器、變速控制器、汽車點(diǎn)火控制器、避雷控制、農(nóng)業(yè)節(jié)水控制系統(tǒng)、保安控制系統(tǒng)等方面。
(6)導(dǎo)航控制方面。如導(dǎo)彈控制、航天導(dǎo)航系統(tǒng)、電子干擾系統(tǒng)等。
(7)數(shù)據(jù)處理方面。如圖文圖表終端、復(fù)印機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器等。
(8)農(nóng)業(yè)交通方面。智能公路(汽車導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務(wù))、植物工廠(特種植物工廠、無土栽培技術(shù)、智能種子工程)、虛擬顯示VR機(jī)器人、信息家電(家用電器的網(wǎng)絡(luò)化)等等。
除此以外，眾多領(lǐng)域都用到了基于ARM微處理器的嵌入式技術(shù)，在生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
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