嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)及應(yīng)用論文
摘要：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)伴隨著信息產(chǎn)業(yè)和集成電路的高速發(fā)展而快速的進步，于此同時電子產(chǎn)品的大量走進人們的生活，使得嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用也變的越發(fā)的廣泛。本文將會對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)進行簡要的分析并說明嵌入式系統(tǒng)和一般的操作系統(tǒng)在處理方法和處理過程方面的不同；還將對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的相應(yīng)技術(shù)進行相關(guān)的介紹，對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)中的一些簡單技巧進行相應(yīng)的闡述；最后說明嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的綜合應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；開發(fā)技術(shù)；應(yīng)用
在當(dāng)今時代因為信息產(chǎn)業(yè)和集成電路高速發(fā)展已經(jīng)進入信息化時代，在信息化時代中嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越發(fā)的重要，同時嵌入式系統(tǒng)也已經(jīng)在科學(xué)研究、工程設(shè)計、商業(yè)文化、人們的日常生活方面都有著廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)在手機產(chǎn)品和數(shù)碼產(chǎn)品的進一步的普及和推廣嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)將會更加快速的發(fā)展，也會更加廣泛的被應(yīng)用。
1嵌入式系統(tǒng)概述
嵌入式系統(tǒng)主要是分為操作系統(tǒng)和相應(yīng)的硬件兩部分，嵌入式系統(tǒng)和其他操作系統(tǒng)的一些區(qū)別主要是體現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)的運行環(huán)境和相應(yīng)的運用上。本文將主要對嵌入式系統(tǒng)的處理器、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)、任務(wù)調(diào)度、硬實時和軟實時、內(nèi)核加載方式、內(nèi)存管理進行簡要分析。嵌入式系統(tǒng)的處理器主要有三種：嵌入式微處理器、嵌入式DSP、嵌入式微控制器。其中微處理器就相當(dāng)于計算機中的CPU，微處理器主要是配置在主板上以便于達到體積小、低能耗的優(yōu)越性能；嵌入式DPS主要是對離散的時間信號進行處理計算，從而可以提高編譯效率；嵌入式微控制器俗稱單片機，是一種集CPU、存儲器、外設(shè)與一體的集成電路。嵌入式系統(tǒng)一般都是采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，讓內(nèi)核只是提供基本的功能，這樣就可以使系統(tǒng)可以更為方便的進行裁減，方便用戶更加合理的選配相應(yīng)的組件。嵌入式系統(tǒng)一般是可以支持多任務(wù)的，任務(wù)之間通過CPU進行切換和調(diào)度，任務(wù)根據(jù)需要有著各自的優(yōu)先級，現(xiàn)階段嵌入式系統(tǒng)對不同的優(yōu)先級任務(wù)進行基于優(yōu)先級的搶占調(diào)度法、對相同優(yōu)先級的任務(wù)進行時間片輪換調(diào)度法。
嵌入式系統(tǒng)有專門的實時系統(tǒng)，主要分為硬實時和軟實時：硬實時要求系統(tǒng)必須在相應(yīng)的時間中完成相應(yīng)的任務(wù)，系統(tǒng)必須滿足相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)時間；軟實時則只要系統(tǒng)能夠盡快的將所有的任務(wù)完成，只要所用的時間足夠短就好。嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核可以直接在Flash上進行運行，也可以直接在內(nèi)存中進行運行，現(xiàn)在很多嵌入式系統(tǒng)采用的是Flash運行，雖然內(nèi)存運行的速度更快，但是Flash運行更加的便捷。嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存管理多數(shù)是沒有針對MUU的'處理器設(shè)計的，所以嵌入式系統(tǒng)采用的多是實存儲器管理策略，對內(nèi)存的訪問不經(jīng)過MUU直接進行地執(zhí)行上輸出，這些訪問地址都是物理地址，同時很多嵌入式系統(tǒng)缺乏對內(nèi)存空間的保護。因此作為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員在進行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)時必須要參與到內(nèi)存的管理中去，要在編譯內(nèi)核時清楚的知道系統(tǒng)的開發(fā)板有多少內(nèi)存，并且由此進行相應(yīng)的應(yīng)用程序的編寫。
2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)
針對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的研究，本文將主要從嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程、嵌入式系統(tǒng)平臺移植軟件這兩個主要的方面進行介紹，其中嵌入式系統(tǒng)平臺移植軟件是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)又涉及到字節(jié)順序、字節(jié)對齊、位段、代碼優(yōu)化等問題。首先介紹嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中分為宿主機和目標(biāo)機，宿主機進行編譯、鏈接、定址過程，目標(biāo)機作為嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺。在進行開發(fā)時，要將程序轉(zhuǎn)化為可以在目標(biāo)機上進行運行的二進制代碼，整個過程分為編譯、鏈接、定址這三個部分：所謂的編譯就是用一個平臺為另一個平臺產(chǎn)生代碼，這一過程一般通過交叉編譯器完成；鏈接就是將編譯過程中產(chǎn)生的所有的目標(biāo)文件鏈接成一個目標(biāo)文件，定址過程就是將物理存儲器地址指定給目標(biāo)文件的每一個相對偏移處。完成以上部分后還需要對目標(biāo)機上的應(yīng)用程序進行調(diào)試，只有通過相應(yīng)的調(diào)試才能保證系統(tǒng)能夠完整的發(fā)揮其想要達到的效果。
嵌入式系統(tǒng)平臺移植軟件主要是因為多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員都是先在PC機上進行軟件的編寫，之后將軟件進行相應(yīng)的移植，在進行PC機上軟件編程過程中一定要注意軟件的可移植性，防止編程完成后無法移植。想要保證軟件的可移植性就必須要提到字節(jié)順序、字節(jié)對齊、位段、代碼優(yōu)化的問題。其中字節(jié)順序是數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的排放順序，一般分為大端字節(jié)順序、小端字節(jié)順序兩種，大端字節(jié)順序是高字節(jié)排到低地址處、低字節(jié)排到高位置處，小端字節(jié)順序與大端字節(jié)順序相反，是將高字節(jié)排到高地址處、低字節(jié)排到低地址處。嵌入式系統(tǒng)多數(shù)都是大端字節(jié)順序的。字節(jié)對齊主要是因為嵌入式處理器的尋址方式中占據(jù)某字節(jié)的數(shù)據(jù)只能放在該字節(jié)整數(shù)倍的內(nèi)存地址中去，這種處理方式使得有時進行編程時結(jié)構(gòu)成員之間產(chǎn)生空洞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取錯誤或無法讀取，一般情況下我們運用在GCC的項目管理文件,MakeFile中增加編譯選項pack-struck的方式來解決字節(jié)對齊問題，有時還在收數(shù)據(jù)包處增加拆包函數(shù)、發(fā)數(shù)據(jù)包處增加組包函數(shù)來解決字節(jié)對齊問題。位段問題主要是因為位段的空間分配方向因硬件平臺而異：部分平臺的位段是從右向左分配的、部分平臺是從左向右分配的。解決位段問題可以采用條件編譯的方式也可以編碼兩個對等函數(shù)解決。代碼優(yōu)化主要是嵌入式系統(tǒng)對代碼的質(zhì)量要求較高，需要注意提高代碼效率、減小代碼的大小、避免內(nèi)存泄露。
3嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用
在信息化時代的今天嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)涉及到我們生活的方方面面，在我們的生活中隨處可以發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品。這些應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品有我們的智能洗衣機、智能空調(diào)、轎車、無線辦公設(shè)備、藍牙設(shè)備等。例如在21世紀(jì)的今天，人們都比較注重生活的質(zhì)量水平，很多家庭都使用了智能家居系統(tǒng)，智能家居系統(tǒng)通過家居中建立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行全面控制家電，嵌入式系統(tǒng)是構(gòu)成智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵，在整個智能家居體系中，無論是網(wǎng)關(guān)端口還是安裝在各個家電上的控制模塊都是需要嵌入式系統(tǒng)的，也正是因為嵌入式系統(tǒng)具有較好的內(nèi)嵌式、實時性好的特點，所以智能家居體系才能這么完善和便于使用。嵌入式系統(tǒng)還可以用于嵌入式語言芯片、嵌入式移動數(shù)據(jù)庫等方面。
參考文獻
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