嵌入式系统开发平台化浅析

1、嵌入式系统开发平台化浅析论文导读：它一般由嵌入式CPU.外围硬件设备.嵌入式操作系统及应用程序等4个部分组成。IP级.芯片级、和模块级是嵌入式系 统的三种主要的体系结构形式。但平台化开发模式与传统开发模式还 是有所区别的。关键词：嵌入式系统，平台化开发，嵌入式操作系统在 当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC(Post-PC)时代，随着国 内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们 的生活紧密结合。1嵌入式系统.设计方法和开发平台化的迫切要求1.1嵌入式系统及其特性嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、 体积.功

2、耗有严格要求的专用计算机系统1。它一般由嵌入式CPU.外围硬件设备.嵌入式操作系统及应用程序等4个部分组成，用于实 现对其它设备的控制.监视或管理等功能，该系统是将先进的计算机 技术、半导体技术和电子技术结合后应用到各个具体行业的产物，IP 级.芯片级、和模块级是嵌入式系统的三种主要的体系结构形式，其 中，模块级的形式就是把己成熟的X86处理器构成的计算机系统模块 嵌入到应用系统中，充分利用目前常用的PC架构的通用性和便利性。嵌入式系统通常具有如下五种特性.通常是面向特定应用的，完成单 一或一组紧密相关的特定功能；具有高性能和实时的要求；系统作为 设备的一部分，其运行一般不需要人工干预；系统的

3、电源要求具有较 高的可靠性和安全性；处理器的选择是嵌入式系统设计的关键一步;1.2嵌入式系统设计方法各种硬件平台性能的提高、EDA综合开发工具的长足发展以及软件技术特别是嵌入式实时操作系统EOS的推出, 为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台, 嵌入式系统设计方法可以划分为三个不同的层次：以PCB、CAD和ICE 为主要工具的设计方法；以EDA L：具软件和RTOS为开发平台的设计方法；以IP内核库为设计基础，用软硬件协统设计技术的设计方法。三个层次的设计方法各有其应用范并不会简单地用后者取代前者, 相当长的一段时间内，多采用前两个层次的设计方法。1.3嵌入式系 统开发平台

4、化的迫切要求后PC时代是嵌入式系统时代嵌入式系统 应用领域的广度和深度目前都呈爆炸式增长。传统单片机系统下的小 作坊开发模式而而俱到.开发周期长、门槛高、项目对个别技术人员 的依赖很大，而且很难保证程序质量，因此己经不能满足现今嵌入式 世界的需求。在现代社会化大生产方式下，平台化方式是现代电子产 品进行产品开发唯一的正确模式，嵌入式系统设计模式应该从计算机 软件工程设计模式中吸取有用元素，构建有自己特色的嵌入式开发系 统平台，在进行嵌入式系统开发时，只有应用平台化思想开发模式, 才能以最小的代价最大程度的满足应用的需求。2嵌入式系统的开发 及其平台化2.1嵌入式系统平台化开发模式平台模式不是新

5、概念，很 多嵌入式产品开发人员的工作就是应用平台的雏形，但平台化开发模 式与传统开发模式还是有所区别的。平台化开发模式下，所有个人的 技术贡献完全融化在平台中，企业技术人员必须接受平台培训，并在 平台的高起点上起步。这一模式下，技术人员能够迅速成长，通过平 台培训快速掌握产品开发技术，平台的知识继承减少了企业对个别员工的依附性。2.2嵌入式系统开发的技术要点嵌入式系统开发平台化 包括硬件开发平台化和软件开发平台化两个方面。从硬件方而说，平 台化要求电路的设计尽量做到”模块化S “拼图化。论文发表。首先 最大程度从半导体厂家索取芯片相关资料，减少产品设计中单片机资 源应用的盲目性。其次，针对不同

6、的应用，规划岀优选的硬件结构。最后，产品的硬件主电路应该有良好的通用性和扩展性。论文发表。从软件方而说，可以借鉴计算机软件工程里面的一些思想和方法，具 体实现上，在系统级上引入操作系统平台，借助于操作系统平台多任 务编程思想来简化事务处理模式，缩短开发周期。在代码级建立独立 于具体产品的函数库和驱动接口平台。23嵌入式操作系统是实现平 台化最有力的工具以开发工具和技术咨询为基础，然后掌握处理器结 构及其应用是进行嵌入式开发的正常程序，优秀的开发工具不仅能够 开发出处理器的全部功能，而且其界面是用户友好的，当前，主流嵌 入式系统得开发工具平台可以分为四类：实时在线仿真系统ICE(In-Circu

7、it Emulator)；语言编译器(Compiler Tools)；源程序模拟器(Simulator)；嵌入式操作系统(Embedded Operation Systems)o其中,嵌入式操作系统与传统单片机运行模式相比具有显著优点，是目前实 现平台化最有力的工具。传统的单片机没有操作系统，因此运行的应 用程序只能是单进程。当实际操作需要有多个进程同时运行时，只能 采用中断方法或者多个MCU (每个MCU运行一个进程)来完成。前 者容易形成中断嵌套而溢岀，后者则无疑增加了硬件成木，且MCU 之间需要串口通信，实时性得不到保证。嵌入式芯片在程序存储容量 上普遍达到了 MBYTE级，在速度方面，

8、普遍可以达到20M以上，这使得嵌入式操作系统调度进程的实时性得到了保证。因此之需要有一 个精简的、足够小的OS内核，就可以把它固化在Flash ROM,在加电引导后控制应用程序的多个任务并行运行。论文发表。由于嵌入式操 作系统的上述优点，它所起到的作用也是很值得一提的。首先，嵌入 式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，嵌入式实时操作系统充 分发挥了 32位CPU的多任务潜力。再次，嵌入式实时操作系统提高了开发效率，缩短了开发周期。当然，应用嵌入式实时操作系统开发 也存在一些难点，主要有进程调度、启动加载、任务的划分三个方而。2.4嵌入式系统的生命周期与其他任务事物一样，嵌入式系统产品也 有其

9、自身的生命周期。首先得到对嵌入式系统的需求，然后才能开发 岀产品的概念模型，接着进一步进行产品的生产设计、生产以及扩展。影响系统生命周期的主要因素有以下四个，系统成木的获取、系统验 证.维护与后勤、升级。2.5嵌入式系统开发的一般过程和具体步骤 在嵌入式开发过程分为两个主要部分，选择宿主机和目标机以及调试 目标机上的应用程序。宿主机执行编译、链接、定址；目标机是运行 嵌入式软件的硬件平台。嵌入式调试试用交叉调试器，采用宿主机 目标机的调试方式，包括任务级、源码级和汇编级的调试。结合相关 理论和项目经验，将嵌入式平台化开发一般分为五个步骤：客户需求 分析.确定选用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统、

10、硬件设计和软件 设计.测试、文档整理。客户需求分析嵌入式系统的客户需求一般都 明确清晰，但应考虑客户潜在的后续应用，在设计系统硬件时尽可能 留岀余量。确定选用的嵌入式处理器和嵌入式操作系统首先要确定所 选作为整个系统硬件部分核心的嵌入式芯片类型，这一部直接决定了 是否选择以及选择何种嵌入式操作系统。选择嵌入式处理器的基木原 则是要满足具体功能性和非功能性指标需求的、市场应用反应良好的.硬件配置最少，另外，开发人员对此系列处理器的熟悉程度和它对嵌 入式操作系统的支持程度也应属于考虑因素。其次，根据应用需要和 己经选择的嵌入式处理器来决定是否选择以及选择何种嵌入式操作 系统。嵌入式操作系统的性能评

11、价指标.能支持何种处理器硬件平台 和何种API以及是否支持该应用的服务等十考虑的重点方面。硬件设 计和软件设计两者的关系串行或者并行均可，即可以先设计和调试硬 件部分，再设计和调试软件部分，也可以同时进行硬件和软件的设计 调试工作。常见的开发模式有串行的瀑布模式开发过程，属于并行模 式的V模式开发过程和在此基础上进行改进的机遇硬件抽象层和操 作系统移植层的系统设计三种。无论串行还是并行，每一种方法都有 各自的优点和缺点，要根据实际项目的需要选择系统设计模式。测试 该步骤包括对硬件测试、软件测试、以及软硬件的综合测试，硬件测 试多借助示波器.万能表、逻辑分析仪等工具，电磁兼容测试仪是新 兴的测试工具。是软件测试过程的四个分步骤是单元测试.集成测试、 确认测试、系统测试。软硬件联合测试一般非常重视实际的运行检验 尤其是进行各种意外情况的检验以测试系统的健壮性。文档整理平台 的技术文档必须有全而注释，技术交流内容必须以文字说明，全而注 释应以无障碍移植为考核标准。文