嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)及應(yīng)用論文
摘要：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)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(jìn)步，于此同時(shí)電子產(chǎn)品的大量走進(jìn)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(huì)對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析并說(shuō)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(guò)程方面的不同；還將對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的介紹，對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)中的一些簡(jiǎn)單技巧進(jìn)行相應(yīng)的闡述；最后說(shuō)明嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的綜合應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)技術(shù)；應(yīng)用
在當(dāng)今時(shí)代因?yàn)樾畔a(chǎn)業(yè)和集成電路高速發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，在信息化時(shí)代中嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越發(fā)的重要，同時(shí)嵌入式系統(tǒng)也已經(jīng)在科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、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(jī)產(chǎn)品和數(shù)碼產(chǎn)品的進(jìn)一步的普及和推廣嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)將會(huì)更加快速的發(fā)展，也會(huì)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(yùn)行環(huán)境和相應(yīng)的運(yùn)用上。本文將主要對(duì)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(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)、內(nèi)核加載方式、內(nèi)存管理進(jìn)行簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)中的CPU，微處理器主要是配置在主板上以便于達(dá)到體積小、低能耗的優(yōu)越性能；嵌入式DPS主要是對(duì)離散的時(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算，從而可以提高編譯效率；嵌入式微控制器俗稱(chēng)單片機(jī)，是一種集CPU、存儲(chǔ)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(jìn)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(guò)CPU進(jìn)行切換和調(diào)度，任務(wù)根據(jù)需要有著各自的優(yōu)先級(jí)，現(xiàn)階段嵌入式系統(tǒng)對(duì)不同的優(yōu)先級(jí)任務(wù)進(jìn)行基于優(yōu)先級(jí)的搶占調(diào)度法、對(duì)相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)進(jìn)行時(shí)間片輪換調(diào)度法。
嵌入式系統(tǒng)有專(zhuān)門(mén)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，主要分為硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)：硬實(shí)時(shí)要求系統(tǒng)必須在相應(yīng)的時(shí)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(shí)間；軟實(shí)時(shí)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(shí)間足夠短就好。嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核可以直接在Flash上進(jìn)行運(yùn)行，也可以直接在內(nèi)存中進(jìn)行運(yùn)行，現(xiàn)在很多嵌入式系統(tǒng)采用的是Flash運(yùn)行，雖然內(nèi)存運(yùn)行的速度更快，但是Flash運(yùn)行更加的便捷。嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存管理多數(shù)是沒(méi)有針對(duì)MUU的處理器設(shè)計(jì)的，所以嵌入式系統(tǒng)采用的多是實(shí)存儲(chǔ)器管理策略，對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)不經(jīng)過(guò)MUU直接進(jìn)行地執(zhí)行上輸出，這些訪問(wèn)地址都是物理地址，同時(shí)很多嵌入式系統(tǒng)缺乏對(duì)內(nèi)存空間的保護(hù)。因此作為嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)必須要參與到內(nèi)存的管理中去，要在編譯內(nèi)核時(shí)清楚的知道系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)板有多少內(nèi)存，并且由此進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用程序的編寫(xiě)。
2嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)
針對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究，本文將主要從嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程、嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)移植軟件這兩個(gè)主要的方面進(jìn)行介紹，其中嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)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(duì)齊、位段、代碼優(yōu)化等問(wèn)題。首先介紹嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，在嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中分為宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)，宿主機(jī)進(jìn)行編譯、鏈接、定址過(guò)程，目標(biāo)機(jī)作為嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。在進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，要將程序轉(zhuǎn)化為可以在目標(biāo)機(jī)上進(jìn)行運(yùn)行的二進(jìn)制代碼，整個(gè)過(guò)程分為編譯、鏈接、定址這三個(gè)部分：所謂的編譯就是用一個(gè)平臺(tái)為另一個(gè)平臺(tái)產(chǎn)生代碼，這一過(guò)程一般通過(guò)交叉編譯器完成；鏈接就是將編譯過(guò)程中產(chǎn)生的所有的目標(biāo)文件鏈接成一個(gè)目標(biāo)文件，定址過(guò)程就是將物理存儲(chǔ)器地址指定給目標(biāo)文件的每一個(gè)相對(duì)偏移處。完成以上部分后還需要對(duì)目標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試，只有通過(guò)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(dá)到的效果。
嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)移植軟件主要是因?yàn)槎鄶?shù)的嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員都是先在PC機(jī)上進(jìn)行軟件的編寫(xiě)，之后將軟件進(jìn)行相應(yīng)的移植，在進(jìn)行PC機(jī)上軟件編程過(guò)程中一定要注意軟件的可移植性，防止編程完成后無(wú)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(duì)齊、位段、代碼優(yōu)化的問(wèn)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(duì)齊主要是因?yàn)榍度胧教幚砥鞯膶ぶ贩绞街姓紦?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(shí)進(jìn)行編程時(shí)結(jié)構(gòu)成員之間產(chǎn)生空洞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤或無(wú)法讀取，一般情況下我們運(yùn)用在GCC的項(xiàng)目管理文件,MakeFile中增加編譯選項(xiàng)pack-struck的方式來(lái)解決字節(jié)對(duì)齊問(wèn)題，有時(shí)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(lái)解決字節(jié)對(duì)齊問(wèn)題。位段問(wèn)題主要是因?yàn)槲欢蔚目臻g分配方向因硬件平臺(tái)而異：部分平臺(tái)的位段是從右向左分配的、部分平臺(tái)是從左向右分配的。解決位段問(wèn)題可以采用條件編譯的方式也可以編碼兩個(gè)對(duì)等函數(shù)解決。代碼優(yōu)化主要是嵌入式系統(tǒng)對(duì)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(shí)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(jī)、智能空調(diào)、轎車(chē)、無(wú)線辦公設(shè)備、藍(lán)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(guò)家居中建立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(gè)智能家居體系中，無(wú)論是網(wǎng)關(guān)端口還是安裝在各個(gè)家電上的控制模塊都是需要嵌入式系統(tǒng)的，也正是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)具有較好的內(nèi)嵌式、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，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(yǔ)言芯片、嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)等方面。
參考文獻(xiàn)
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