嵌入式系統結構及軟件開發模式

嵌入式ARM系統原理與實例開發北京大學出版社出版楊宗德編著2007年7月2/2/20231北京大學出版社出版楊宗德編著12嵌入式系統軟硬件結構嵌入式軟件開發工具及開發模式第5章嵌入式系統結構及軟件開發模式2/2/20232北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式硬件最小系統結構2/2/20233北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件系統基本模型2/2/20234北京大學出版社出版楊宗德編著通用計算機系統與嵌入式系統對比2/2/20235北京大學出版社出版楊宗德編著12嵌入式系統軟硬件結構嵌入式軟件開發工具及開發模式第5章嵌入式系統結構及軟件開發模式2/2/20236北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發的特點和技術挑戰嵌入式軟件開發需要軟硬件開發環境和工具嵌入式軟硬件必須協同設計需要新的任務設計方法開發過程完成后，系統應用程序代碼需要固化到系統中并進行功能、性能和可靠性測試技術挑戰：軟件的要求更高，開發工作量和難度更大，需要較大的知識集合2/2/20237北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發環境1）交叉開發環境交叉開發軟件一般為一個整合編輯、編譯、匯編、鏈接、調試、工程管理及函數庫等功能模塊的集成開發環境IDE（IntergratedDevelopmentEnvironment）。所謂交叉是指在一種CPU及其環境上開發另一種CPU及其環境上運行的程序。2/2/20238北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發環境2）軟件模擬環境軟件模擬環境也稱為指令集模擬器ISS(InstructionSetSimulator)軟件模擬不可能完全代替真正的硬件環境，這種模擬調試只能作為一種初步調試，主要是用作用戶程序的模擬運行，用來檢查語法、程序的結構等簡單錯誤，用戶最終還必須在真實的硬件環境中實際運行調試，完成整個應用的開發。2/2/20239北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發環境3)評估電路板一般用來作為開發者使用的開發平臺、學習板、實驗板，它們可以作為應用目標板出來之前的軟件測試、硬件調試的電路板2/2/202310北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式應用軟件開發的基本流程基于交叉開發環境的嵌人式應用軟件開發主要分如下幾個步驟：開發環境的建立、源代碼編輯階段、交叉編譯和鏈接、重定位和下載、聯機調試幾個基本階段。開發環境建立源文件編輯階段編譯鏈接下載調試2/2/202311北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式應用軟件開發的基本流程鏈接器命令文件編譯預處理編譯器匯編器Archive工具鏈接器和定位器頭文件（*.h，*.hpp）可重定位目標文件庫文件（*.a，*.lib）頭文件（*.h，*.hpp）C/C++源代碼匯編源代碼源文件列表源文件列表源代碼編輯階段源文件編譯階段鏈接與重定位調試與下載階段重定位文件表（*.o，*.a）共享目標文件（*.o，*.a）可執行映象（*.elf，*.coff）鏈接映射文件（*.map）設備程序員目標開發系統2/2/202312北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發的可移植性和可重用性

在確保軟件的正確性、實時性的前提下，必須關注軟件的可移植性和可重用性。嵌入式軟件與通用軟件的不同在于嵌入式應用軟件高度依賴于目標應用的軟硬件環境，軟件的部分任務功能函數由和處理器密切相關的匯編語言完成，可移植性差。一個運行良好的嵌入式軟件或其中的部分子程序可能在今后的開發中被應用于類似的應用領域。原有的代碼已被反復應用和維護，具有更好的穩定性。在原有的代碼上進行移植將會減少開發的周期、提高開發效率、節約開發成本2/2/202313北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式軟件開發的可移植性和可重用性

采用下面的方法可以提高應用軟件的可移植性和可重用性。多用高級語言少用或者不用匯編語言將不可移植部分局域化提高代碼的可重用性（標準化接口）2/2/202314北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式開發的考慮要素復雜計算與資源緊缺用戶界面的選擇實時性多任務多速率制造成本功耗成品的體積2/2/202315北京大學出版社出版楊宗德編著軟硬件協同設計嵌入式系統設計是使用一組物理硬件和軟件來完成所需功能的過程。系統是指任何由硬件、軟件或者兩者的結合來構成的功能設備。由于嵌入式系統是一個專用的系統，所以嵌入式產品的設計過程中，軟件設計和硬件設計是緊密結合、相互協調的。這就產生了一種全新的發展中的設計理論軟硬件協同設計這種方法的特點是在設計時，從系統功能的實現考慮，把實現時的軟硬件同時考慮進去，硬件設計包括芯片級“功能定制”設計。既可以最大限度的利用有效資源、縮短開發周期，又能取得更好的設計效果。2/2/202316北京大學出版社出版楊宗德編著軟硬件協同設計2/2/202317北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式開發的基本流程系統定義與需求分析系統設計方案的初步確立初步設計方案性價比評估與方案評審論證完善初步方案、初步方案實施軟硬件集成測試系統功能性能測試及可靠性測試 2/2/202318北京大學出版社出版楊宗德編著系統定義與需求分析系統設計初步說明文檔系統總體設計完善初步方案、初步方案實施系統功能劃分與軟硬件協同設計處理器選擇與基本接口器件選擇操作系統選擇開發環境選擇初步設計方案性價比評估與方案評審論證元器件選擇原理圖繪制印刷板設計樣板試制與測試硬件最終功能測試系統硬件測試軟件引導程序編制操作系統移植驅動程序開發軟件測試硬件設計軟件設計軟硬件集成測試系統功能性能、測試及可靠性測試系統初步設計方案與設計描述文檔樣機滿足要求開發流程圖YNYN2/2/202319北京大學出版社出版楊宗德編著常用嵌入式系統軟件開發工具面向硬件的開發工具如ADS嵌入式操作系統開發如GCC面向特定操作系統的應用開發工具2/2/202320北京大學出版社出版楊宗德編著使用ADS開發程序流程及調試方式2/2/202321北京大學出版社出版楊宗德編著嵌入式操作系統開發GCC系列工具嵌入式操作系統多用C/C++開發，因此，要編譯操作系統內容，一般都使用GCC系列工具。GCC可以用來編譯uClinux、Linux、ECOS、uC/OS-II等操作系統。2/2/202322北京大學出版社出版楊宗德編著面向特定操作系統的應用工具WinCE應用軟件開發：如果選用的操作系統為WinCE，則應用軟件需要選擇WinCE的EmbededVC開發環境。Symbian應用程序開發：如果開發Symbian手機應用程序，則Symbian應用程序開發選擇的是Symbian的C/C++集成開發環境。Linux應用程序開發：如果開發的是Linux應用程序，則選擇的開發工具是Linux程序開發工具（GCC/G++/GDB/Makefile）。2/2/202323北京大學出版社出版楊宗德編著Linux交叉編譯調試環境開發程序過程2/2/202324北京大學出版社出版楊宗德編著Linux交叉編譯調試環境開發程序過程（1）程序首先在宿主機（安裝與應用目標板同樣內核的Linux操作系統）編輯編譯，生成可執行文件。（2）通過網絡共享方式將該程序共享給目標板，因為此處是開發Linux應用程序，目標板已經移植了Linux操作系統，因此，可以充分利用Linux操作系統強大的網絡功能，通過共享的方式的原因一方面是減少下載程序的時間，另一方面也是因為目標板資源有很，盡可能少占用目標板資源的考慮。（3）通過Linux操作系統遠程登陸方式登陸到目標板Linux，并在目標板