嵌入式系统开发基础.pdf

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1、12主要参考书嵌入式系统基础教程嵌入式系统基础教程俞建新 王健 宋健建机械工业出版社2008年3月第1版3综合实验（课程设计）教材俞建新等编著清华大学出版社本课程上机实验必备教材。给出了典型的嵌入式应用程序编写范例，适合本科生使用和自学。嵌入式应用程序开发综合实验9例4前导课程知识基础课程基础课程计算机组成原理，微机原理与接口软件专业课程软件专业课程操作系统汇编语言，ANSI C（标准 C）硬件专业课程硬件专业课程电子线路，数字电路，集成电路设计521世纪嵌入世纪嵌入式系统应用式系统应用无处不在无处不在一个令人惊讶的一个令人惊讶的数字数字！Processor98%2%得益于各种科学技术的发展，

2、人类已进入一个全新的计算机与消费品和工业品紧密融合的信息时代。嵌入式技术让一切变成可能！6嵌入式技术人才需求学校的困难：现有的计算机人才培养模式，脱离实际工业应用和研发环境，产生虚假的毕业生“供过于求”现象企业的困难：高素质的嵌入式人才难求；现有岗位嵌入式人才缺乏系统全面的嵌入式知识国外也存在同样的问题7电类非计算机专业（如电子工程、自动化等）软件在产品开发中的地位越来越重要。而大部分电类专业的学生却非常缺乏软件编程方面的知识技能。计算机专业大学教学以通用计算机为主，学生的概念中计算机几乎就是网络和数据库，只有很少的学生毕业后投身于嵌入式软件设计，而且硬件知识极度缺乏。企业感叹人才难求，只有在

3、岗培养！存在的问题存在的问题8第一章嵌入式系统开发基础第一章嵌入式系统开发基础1.1嵌入式系统基本概念1.2嵌入式系统的组成结构1.3嵌入式系统硬件组成1.4嵌入式操作系统1.5嵌入式应用软件开发1.6嵌入式系统开发流程1.7嵌入式系统发展的趋势91.1嵌入式系统基本概念1.1.1 嵌入式计算机嵌入式计算机1.1.2 嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念1.1.3 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点1.1.4 嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类1.1.5 嵌入式系统的应用范围嵌入式系统的应用范围1.1.6 嵌入式技术是中国嵌入式技术是中国IT发展的难得机遇发展的难得机遇101.1.1嵌入式计算机嵌入式

4、计算机微处理器的问世极大的促进了控制领域的发展。微处理器的问世极大的促进了控制领域的发展。经过发展，到经过发展，到80年代初微处理器及微控制器各年代初微处理器及微控制器各自已发展为一个庞大的家族，以自已发展为一个庞大的家族，以Intel公司公司x86为为主流的应用于个人计算机主流的应用于个人计算机PC的微处理器格局已的微处理器格局已形成。形成。为了区别于原有使用在为了区别于原有使用在PC的通用计算机，把嵌的通用计算机，把嵌入到对象体系中、实现对象体系智能化控制的微入到对象体系中、实现对象体系智能化控制的微控制器的计算机，称作嵌入式计算机。控制器的计算机，称作嵌入式计算机。11嵌入式系统的定义（

5、1）根据根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定（国际电气和电子工程师协会）的定义：义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置。”英文原文为：devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants.12嵌入式系统的定义（2）国内高校流行的定义：国内高校流行的定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作

6、系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。13嵌入式系统的定义（3）根据中国微机学会的定义：根据中国微机学会的定义：嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可以分为系统级，板级，片级。芯片级嵌入v含程序或算法的处理器模块级嵌入v系统中的某个核心模块板系统级嵌入v主计算机系统14嵌入式硬件历史大事l1971年年11月微处理器诞生，代表产品月微处理器诞生，代表产品Intel 4004微微处理器处理器l1980年美国年美国Intel公司推出公司推出MCS-51单片机单片机l1985年美国年美国Xilinx公司推出公司推出FPGAFPGA现场可编程门阵列现场

7、可编程门阵列Field Programmable Gate Arrayl1994年英国年英国ARM公司推出公司推出ARM610l1988年年 DSP微处理器问世微处理器问世代表产品是美国德州公司TMS320C3015嵌入式软件历史回顾l早期的单片机执行由专用的监控程序控制，不含操作早期的单片机执行由专用的监控程序控制，不含操作系统。系统。目前许多简单的单片机应用仍然使用监控程序作为控制软件。l1980年代，开始在单片机上使用基于操作系统的控年代，开始在单片机上使用基于操作系统的控制程序。制程序。l现在高端嵌入式系统软件都在操作系统的支持下运行现在高端嵌入式系统软件都在操作系统的支持下运行161

8、.1.3 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点专专门门用于特用于特定任务定任务嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台。技术技术融合融合集计算机，通信及其它高新技术于一体。有有实时约束实时约束一般采用实时操作系统有有功耗约束功耗约束软件软件没没有系统有系统和和应用的区应用的区别，软件别，软件固化固化。系统系统内核小内核小软硬件软硬件可裁剪可裁剪高可靠性高可靠性资源比资源比PC少少得得多多嵌入式系统嵌入式系统需要需要专用的专用的开开发发工具工具非垄断市场非垄断市场17专家观点（1）嵌入式系统嵌入式系统只只是是单板单板机在机在某种场合下某种场合下的应用的应用个体经营的单片机公司经理语我我们们的控

9、制的控制装置装置产品都产品都用嵌入式系统用嵌入式系统设设计计方案方案中科院自动化研究所工程师语单片单片机是嵌入式系统的初机是嵌入式系统的初级级形形态态，SOC是嵌入式系统的是嵌入式系统的高高级级形形态态南京市单片机协会理事资深专家语。18专家观点（2）要要想想成成功功地设地设计一个嵌入式系统，计一个嵌入式系统，就必须寻找或就必须寻找或开开发一个发一个合合适适的软件的软件和和硬件硬件平台平台。电子工程专辑()主编语嵌入式系统是嵌入式系统是信息信息产产业业走向二十走向二十一世一世纪知识纪知识经经济济时时代的代的最重最重要要的经的经济增长济增长点点之之一，对中国的一，对中国的信息信息产产业业来说充满

10、来说充满了机遇了机遇和和挑挑战战。单片机实验室高级工程师语国国内内外外嵌入式系统嵌入式系统市场市场是是广阔天地广阔天地，嵌入式系统是，嵌入式系统是新新的经的经济增济增长长点。点。北京计算机高级专家工控学会资深理事语。191.4 嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类有多种对嵌入式系统的分类方法，以下是部分分类方有多种对嵌入式系统的分类方法，以下是部分分类方法：法：按用途分类：军用/民用按载体分类：宇航/车载 按通信性质分类：无线/有线按网络性质分类：联网/单机按环境分类：普通/恶劣按功耗分类：低功耗/普通功耗主要分类方法主要分类方法按硬件软件性质20按照技术复杂度分类根据控制技术的复杂度可以把嵌入式

11、系统分为三类：根据控制技术的复杂度可以把嵌入式系统分为三类：无操作系统控制的嵌入式系统NOSES，Non-OS control Embedded System；小型操作系统控制的嵌入式系统SOSES，Small OS control Embedded System；大型操作系统控制的嵌入式系统LOSES，Large OS control Embedded System。21嵌入式系统的应用领域移动电话信息家电视听设备飞机人造卫星导弹鱼雷车辆机器人掌上电脑医疗设备工业控制计算机外围设备水面舰船潜艇坦克战车自行火炮环境监测其它交通管理嵌入式系统22民用嵌入式设备或产品1MOTOC350彩屏彩屏WA

12、P移动电话移动电话彪骐数字机顶盒彪骐数字机顶盒BlackBerry 7230移移动电话动电话DL7100/DL7200数字式示波器数字式示波器嵌入式嵌入式GIS畅视畅视2000可视电话可视电话Palm Zire71型型个人数字助理个人数字助理23民用嵌入式设备或产品224汽车电子产品（18个嵌入式控制模块）CAN总线网络VOLVO S80汽车的CAN总线网络25马达控制器车灯嵌入式系统嵌入式系统示例示例汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统26智能玩具与机器人智能玩具与机器人27高性能武器平台的基础28基于基于VXw

13、orks的火星探路者的火星探路者29社会发展方面：嵌入式Internet应用30我们正步入一个崭新的“数字世界”无线连接无线连接是是“数字胶水数字胶水”嵌入式应用嵌入式应用311.1.6嵌入式技术是中国IT发展的难得机遇后后PC时代，即非时代，即非PC信息设备大显神通的时代，信息设备大显神通的时代，嵌入式系统正是非嵌入式系统正是非PC设备的主体，由于其应用设备的主体，由于其应用广、领域特色突出，谁也无力独吞这一市场。广、领域特色突出，谁也无力独吞这一市场。互联网技术在世界范围的扩展和中国通信事业互联网技术在世界范围的扩展和中国通信事业的高速发展，已为我国开发嵌入式产品造就了广的高速发展，已为我

14、国开发嵌入式产品造就了广大市场，此外我国是人口大国，素有智力优势大市场，此外我国是人口大国，素有智力优势321.2 嵌入式系统的组成结构1.2.1 嵌入式系统硬件基本结构介绍嵌入式系统硬件基本结构介绍1.2.2 嵌入式系统软件的层次结构嵌入式系统软件的层次结构1.2.3 启动程序启动程序BootLoader介绍介绍33应用程序实时操作系统（RTOS）输入输出接口处理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮点运算协处理器DMA电源管理典型的嵌入式系统组成人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标设备驱动程序、

15、HAL、BSP文件系统/图形用户应用程序接口驱动层OS层应用层软件硬件以太网看门狗及复位电路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM内存341.2.1嵌入式系统硬件基本结构介绍Chip Board CircuitCPU CoreExternal DevicesUSBLCDPenKeyboardIRDAOthersConnection for DebuggingPortsResetCircuitOscillationCircuitPowerSupplyDMATimerPrescalerA/DI/O PortInterruptControlerConnectingDRAMC

16、onnectingSRAMConnectingFlashConnectingROMCPUBCU351.2.2嵌入式系统软件的层次结构嵌入式系统软件的层次结构具有操作系统的嵌入式软件层次具有操作系统的嵌入式软件层次驱动层程序驱动层程序实时操作系统（实时操作系统（RTOS）操作系统的应用程序接口（操作系统的应用程序接口（API）应用程序应用程序36嵌入式系统的软件基本构成371.3 嵌入式系统硬件组成嵌入式系统硬件组成1.3.1嵌入式处理器嵌入式处理器1.3.2典型嵌入式处理器介绍典型嵌入式处理器介绍1.3.3嵌入式嵌入式SoC1.3.4可编程片上系统可编程片上系统SOPC1.3.5嵌入式外围接口

17、电路和设备接口嵌入式外围接口电路和设备接口381.3.1嵌入式处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式DSP处理器391.3.1嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部分，嵌入嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部分，嵌入式处理器有多种功能。式处理器有多种功能。按照处理器功能分类，主要如下五种按照处理器功能分类，主要如下五种：通用型嵌入式微处理器（简称：MPU）微控制器（MCU）数字信号处理器（DSP）混合处理器和片上系统（SOC）嵌入式双核或者多核处理器40嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理

18、器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。CPUROMRAM外设1外设2单板计算机41嵌入式微控制器嵌入式微控制器又称为单片机，它将嵌入式微控制器又称为单片机，它将CPU、存储器（少量的、存储器（少量的RAM、ROM或或两者都有）和其它外设封装在同一片集

19、两者都有）和其它外设封装在同一片集成电路里。成电路里。复位部件看门狗部件晶振部件I/O部件中断部件ROM部件SRAM部件定时器部件CPU核42嵌入式DSP处理器是嵌入式是嵌入式DSP处理器和嵌入式处理器经过单片化处理器和嵌入式处理器经过单片化设计，片上增加丰富的外设成为具有高性能设计，片上增加丰富的外设成为具有高性能DSP功功能的能的SoC；是在通用微处理器、微控制器或是在通用微处理器、微控制器或SoC中增加中增加DSP协处理器，例如协处理器，例如Intel的的MCS-296和和Siemens的的TriCore。43片上系统把一个或多个把一个或多个CPU单元以及功能部件集成在单个芯片单元以及功

20、能部件集成在单个芯片上。这种芯片就是所谓的片上系统上。这种芯片就是所谓的片上系统SoC。为了解决SoC设计中遇到的难题，设计方法必须进一步优化。因此，人们提出了基于FPGA的SoC设计方案可编程片上系统（System On a Programmable Chip，称为SOPC）。随着百万门级的FPGA芯片、功能复杂的IP 核（知识产权核）和可重构的嵌入式处理器软核的出现，作为未来电子系统设计新领域的SoPC技术已经成为了国际上电子系统设计新技术的热点，具有广阔的应用前景。Altera公司、Xilinx公司、Lattice公司、QuickLogic公司等全球最重要的FPGA及EDA公司都分别推出

21、了SoPC系统解决方案。441.3.2典型嵌入式处理器介绍ARM处理器处理器MIPS处理器处理器PowerPC处理器处理器Sparc处理器处理器45ARM处理器简介ARM 即即Advanced RISC Machines的缩写。的缩写。ARM公司是设计公司，是公司是设计公司，是知识产权（IP:Intellectual Property）供应商，靠转让设计许可由合作伙伴来生产各具特供应商，靠转让设计许可由合作伙伴来生产各具特色的芯片。色的芯片。有30多家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议。ARM处理器的处理器的3大特点：大特点：小体积、低功耗、成本低、高性能16位32位双指令集全球众多

22、的合作伙伴46ARM处理器应用ARM系列处理器提供的解决方案包括：系列处理器提供的解决方案包括：在无线、消费电子和图像应用方面的开放平台智能卡和SIM卡的安全应用嵌入式系统教学实验设备网络设备：路由器、调制解调器等移动电话、智能手机等47MIPS嵌入式微处理器MIPS处理器处理器MIPS计算机公司研发一种高端嵌入式内核标准MIPS的英文原文：Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages中文意义是内部无互锁流水级微处理器尽量利用软件办法避免流水线的数据相关问题尽量利用软件办法避免流水线的数据相关问题48PowerPC处理器自从自从1994年

23、第一个年第一个PowerPC处理器处理器PowerPC 601问世以来，问世以来，已经有几十种已经有几十种PowerPC独立微处理器与嵌入式微处理器投放独立微处理器与嵌入式微处理器投放市场，其主频范围从市场，其主频范围从32MHz到到1GHz不等。不等。嵌入式的嵌入式的PowerPC 405（主频最高为（主频最高为266MHz）和）和PowerPC 440（主频最高为（主频最高为550MHz）处理器内核可以用于各种集成的）处理器内核可以用于各种集成的系统芯片（系统芯片（SOC，system-on-a-chip）设备上，在电信、金）设备上，在电信、金融和其他许多行业具有广泛的应用。融和其他许多行

24、业具有广泛的应用。491.3.3嵌入式SoC20世纪世纪90年代后，嵌入式系统设计从以嵌入式微处理年代后，嵌入式系统设计从以嵌入式微处理器器/DSP为核心的为核心的“集成电路集成电路”级设计不断转向级设计不断转向“集成系集成系统统”级设计，提出了级设计，提出了SoC的基本概念。的基本概念。目前嵌入式系统已进入单片系统目前嵌入式系统已进入单片系统SoC的设计阶段，并的设计阶段，并开始逐步进入实用化、规范化阶段，集成电路已进入开始逐步进入实用化、规范化阶段，集成电路已进入SoC的设计流程。的设计流程。50嵌入式SoC单片系统设计要从整个系统性能要求出发，把微处理单片系统设计要从整个系统性能要求出发

25、，把微处理器、模型算法、芯片结构、外围器件各层次电路直至器器、模型算法、芯片结构、外围器件各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，并通过建立在全新理念上的系件的设计紧密结合起来，并通过建立在全新理念上的系统软件和硬件的协同设计，在单个芯片上完成整个系统统软件和硬件的协同设计，在单个芯片上完成整个系统的功能。的功能。为了加快单片系统设计周期和提高系统的可靠性，目为了加快单片系统设计周期和提高系统的可靠性，目前最有效的一个途径就是通过授权，使用已成熟且经过前最有效的一个途径就是通过授权，使用已成熟且经过优化的优化的IP内核模块来进行设计集成和二次开发，利用胶内核模块来进行设计集成和二次开发，利用胶粘

26、逻辑技术粘逻辑技术GLT（Glue Logic Technology），把这些），把这些IP内核模块嵌入到内核模块嵌入到SoC中。中。51嵌入式SoCARM公司以公司以IP提供者的身份向各大半导体制造商出售知提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权，自己却不介入芯片的生产和销售。识产权，自己却不介入芯片的生产和销售。ARM芯核的芯核的卓越特性，使其成为卓越特性，使其成为32位嵌入式应用开发工程师的首选位嵌入式应用开发工程师的首选;基于基于ARM处理器核的处理器核的SoC芯片的应用开发得到广泛的芯片的应用开发得到广泛的应用。应用。SoC芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家芯片已经成为提高移动

27、通信、网络、信息家电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能的核心器电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能的核心器件，是嵌入式系统的硬件核心。件，是嵌入式系统的硬件核心。52嵌入式SoC举例531.3.4可编程片上系统SOPC采用超深亚微米工艺技术；采用超深亚微米工艺技术；使用一个以上的嵌入式处理器使用一个以上的嵌入式处理器/DSP；外部可以对芯片进行编程；外部可以对芯片进行编程；主要采用第三方主要采用第三方IP进行设计；进行设计；足够的片上可编程逻辑资源；足够的片上可编程逻辑资源；具有处理器调试接口和具有处理器调试接口和FPGA编程接口；编程接口；可能包含部分可编程模拟电路；可能包含部分

28、可编程模拟电路；单芯片、低功耗、微封装。单芯片、低功耗、微封装。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作可编程片上系统硅片上，称作可编程片上系统SOPC541.3.5嵌入式外围接口电路和设备接口根据外围设备的功能可分为以下5类存储器类型存储器类型通信接口通信接口输入输出设备输入输出设备设备扩展接口设备扩展接口电源及辅助设备电源及辅助设备551.4 嵌入式操作系统1.4.1嵌入式操作系统嵌入式操作系统1.4.2嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统1.4.3典型嵌入式操作系统介绍典型嵌入式操作系统介绍561.4.1嵌入式操作系统嵌入式操作系统就是支持嵌入式系

29、统工作的操作嵌入式操作系统就是支持嵌入式系统工作的操作系统。系统。嵌入式系统一般具有实时特点。所谓实时系统，嵌入式系统一般具有实时特点。所谓实时系统，是指一个优先等级高的任务能够获得立即的、没有是指一个优先等级高的任务能够获得立即的、没有延迟的服务，它不需要等候任何其它任务。而且在延迟的服务，它不需要等候任何其它任务。而且在得到得到CPU的使用权后，它可以一直执行到工作结束的使用权后，它可以一直执行到工作结束或是有更高等级的进程出现为止。或是有更高等级的进程出现为止。嵌入式系统的需要，嵌入式操作系统必须包括操嵌入式系统的需要，嵌入式操作系统必须包括操作系统的一些最基本的功能，如中断处理与进程调

30、作系统的一些最基本的功能，如中断处理与进程调度，用户可以通过度，用户可以通过API来使用操作系统。来使用操作系统。571.4.2嵌入式实时操作系统大多嵌入式系统应用在实时环境中，因此嵌入大多嵌入式系统应用在实时环境中，因此嵌入式操作系统跟实时（式操作系统跟实时（Real-Time）操作系统密切）操作系统密切联系在一起。联系在一起。实时操作系统可以根据实际应用环境的要求对实时操作系统可以根据实际应用环境的要求对内核进行剪裁和重新配置，组成可根据实际的不内核进行剪裁和重新配置，组成可根据实际的不同应用领域而有所不同。但以下几个重要组成部同应用领域而有所不同。但以下几个重要组成部分是不太变化的：实时

31、内核、网络组件、文件系分是不太变化的：实时内核、网络组件、文件系统和图形接口等。统和图形接口等。58应用程序驱动程序、硬件抽象层、板级支持包文件系统/图形用户接口驱动层OS层应用层扩展模块基本模块进程调度内存管理调度文件管理进程调度OS核图形驱动数据库模块应用程序接口（API）硬件（Hardware）网络模块调度图1-4 RTOS体系结构图59C/OS-II 嵌入式操作系统内核嵌入式操作系统内核VxWorks嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统WinCE操作系统操作系统Linux操作系统操作系统1.4.3典型嵌入式操作系统介绍60C/OS-II嵌入式操作系统C/OS-II是一个可裁减的、源码开

32、放的、结构小巧、可是一个可裁减的、源码开放的、结构小巧、可剥夺型的实时多任务内核，主要面向中小型嵌入式系统，剥夺型的实时多任务内核，主要面向中小型嵌入式系统，具有执行效率高、占用空间小、可移植性强、实时性能优具有执行效率高、占用空间小、可移植性强、实时性能优良和可扩展性强等特点。良和可扩展性强等特点。C/OS-II最大程度上使用最大程度上使用ANSI C语言开发，现已成功语言开发，现已成功移植到近移植到近40多种处理器体系上。多种处理器体系上。61WinCE操作系统Microsoft Windows CE是针对有限资源的平台而设计的多线程、是针对有限资源的平台而设计的多线程、完整优先权、多任务

33、的操作系统，但它不是一个硬实时操作系统。完整优先权、多任务的操作系统，但它不是一个硬实时操作系统。Windows CE嵌入式操作系统最大的特点是能提供与嵌入式操作系统最大的特点是能提供与PC机类似的机类似的图形界面和主要的应用程序。图形界面和主要的应用程序。Windows CE嵌入式操作系统的界面显示大多数在嵌入式操作系统的界面显示大多数在Windows里出里出现的标准部件，包括桌面、任务栏、窗口、图标和控件等等。现的标准部件，包括桌面、任务栏、窗口、图标和控件等等。62嵌入式操作系统学用特点一览表下面列出主要的嵌入式操作系统属性，供大家学习时参考。下面列出主要的嵌入式操作系统属性，供大家学习

34、时参考。中中中中中中慢慢快快学学习习速速率率上层上层上层上层上层上层全部全部全部全部产品产品开发开发大大大大大大大大小小代代码码规规模模高高中中高高中中/高高中中岗位岗位报酬报酬黑盒黑盒快快强强商商用用Symbian黑盒黑盒快快中中商商用用Win CE黑盒黑盒快快强强商商用用VxWorks白盒白盒慢慢强强开开源源Linux白盒白盒慢慢中中开开源源uC-OS系统系统理解理解产产品品上上市市职职业业竞竞争争开开源源商商用用操作系统操作系统名称名称631.5 嵌入式应用软件开发1.5.1嵌入式软件开发的特点和技术挑战嵌入式软件开发的特点和技术挑战1.5.2嵌入式软件开发环境嵌入式软件开发环境1.5.

35、3嵌入式应用软件开发的基本流程嵌入式应用软件开发的基本流程1.5.4嵌入式软件开发的可移植性和可重用性嵌入式软件开发的可移植性和可重用性641.5.1嵌入式软件开发的特点和技术挑战嵌入式软件开发需要软硬件开发环境和工具嵌入式软硬件必须协同设计需要新的任务设计方法开发过程完成后，系统应用程序代码需要固化到系统中进行功能、性能和可靠性测试技术挑战：软件的要求更高，开发工作量和难度更大651.5.2嵌入式软件开发环境1）交叉开发环境）交叉开发环境交叉开发软件一般为一个整合编辑、编译汇编链交叉开发软件一般为一个整合编辑、编译汇编链接、调试、工程管理及函数库等功能模块的集成开发环境接、调试、工程管理及函

36、数库等功能模块的集成开发环境IDE（Intergrated Development Environment）。）。66AXDDocking windowsDocking toolbarsRegistersSource/Disassembly Memory 67ADS1.2支持的调试方式ELF/DWARF2 imageHost running debuggerMulti-ICEAngelARMulator指令级仿真串口方式调试，目标板上运行monitorJTAG调试68嵌入式软件开发环境2）软件模拟环境）软件模拟环境软件模拟环境也称为指令集模拟器软件模拟环境也称为指令集模拟器IIS(Instru

37、ction Set Simulator)软件模拟不可能完全代替真正的硬件环境，这种模软件模拟不可能完全代替真正的硬件环境，这种模拟调试只能作为一种初步调试，主要是用作用户程序的模拟调试只能作为一种初步调试，主要是用作用户程序的模拟运行，用来检查语法、程序的结构等简单错误，用户最拟运行，用来检查语法、程序的结构等简单错误，用户最终还必须在真实的硬件环境中实际运行调试，完成整个应终还必须在真实的硬件环境中实际运行调试，完成整个应用的开发。用的开发。69嵌入式软件开发环境3)评估电路板评估电路板一般用来作为开发者使用的学习板、实验板，可以作一般用来作为开发者使用的学习板、实验板，可以作为应用目标板出

38、来之前的软件测试、硬件调试的电路板为应用目标板出来之前的软件测试、硬件调试的电路板一 套 完 整 的 E m b e s t A R M 开 发 环 境：包 括 E m b e s t I D E 集 成 开 发环 境、E m b e s t E m u la to r f o r A R M J T A G 仿 真 器、F la s h 编 程 器、E m b e s t S 3 C E V 4 0 评 估 板、各 种 连 接 线、电 源 适 配 器。在 实 际嵌 入 式 系 统 开 发 当 中，用 户 可 以 根 据 自 己 需 求 灵 活 选 择 配 置。70源程序编译器目标文件链接器可

39、重定位程序定位器可执行文件1.5.3嵌入式应用软件开发的基本流程71采用下面的方法可以提高应用软件的可移植性和可重用性。多用高级语言少用或者不用汇编语言多用高级语言少用或者不用汇编语言将不可移植部分局域化将不可移植部分局域化提高代码的可重用性提高代码的可重用性1.5.4嵌入式软件开发的可移植性和可重用性721.6 嵌入式系统开发流程1.6.1嵌入式开发的考虑要素嵌入式开发的考虑要素1.6.2软硬件协同设计软硬件协同设计1.6.3嵌入式开发的基本流程嵌入式开发的基本流程731.6.1嵌入式开发的考虑要素在嵌入式系统设计开发时必须考虑以下因素：在嵌入式系统设计开发时必须考虑以下因素：功能可靠实用、

40、便于升级功能可靠实用、便于升级实时并发处理，及时响应实时并发处理，及时响应体积符合要求，结构紧凑体积符合要求，结构紧凑接口符合规范，易于操作接口符合规范，易于操作配置精简稳定，维护便利配置精简稳定，维护便利功耗管理严格，成本低廉功耗管理严格，成本低廉741.6.2软硬件协同设计嵌入式系统设计是使用一组物理硬件和软件来完成嵌入式系统设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。所需功能的过程。由于嵌入式系统是一个专用的系统，所以嵌入式产由于嵌入式系统是一个专用的系统，所以嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种

41、全新的发展中的合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论软硬件协同设计设计理论软硬件协同设计这种方法的特点是在设计时，从系统功能的实现考这种方法的特点是在设计时，从系统功能的实现考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级括芯片级“功能定制功能定制”设计。设计。75软硬件协同设计761.6.3嵌入式开发的基本流程系统定义与需求分析系统定义与需求分析系统设计方案的初步确立系统设计方案的初步确立初步设计方案性价比评估与方案评审论证初步设计方案性价比评估与方案评审论证完善初步方案、初步方案实施完善初步方案、初步方案实施软硬件集成测试软硬

42、件集成测试系统功能性能测试及可靠性测试系统功能性能测试及可靠性测试771.7 嵌入式系统的发展趋势1.7.1即将来临的以即将来临的以ARM为核心的为核心的32位浪潮位浪潮1.7.2嵌入式系统与嵌入式系统与Internet的融合的融合1.7.3未来嵌入式系统的发展趋势未来嵌入式系统的发展趋势78未来嵌入式技术发展未来嵌入式系统的发展趋势791.8 嵌入式系统的学科领域嵌入式系统技术领域本身的核心学科和技术有嵌入式系统技术领域本身的核心学科和技术有4个，分个，分别是：微电子学、计算机科学与技术、电子工程学、自别是：微电子学、计算机科学与技术、电子工程学、自动控制学。动控制学。与嵌入式系统关联密切的技术领域主要有：与嵌入式系统关联密切的技术领域主要有：信息安全、普适计算、人机交互、多媒体技术、数据库、无线传感器网络等等801.9 重要的中文网站地址嵌入式系统研发社嵌入式系统研发社http:/