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嵌入式软件开发介绍 嵌入式软件开发是指为嵌入式系统设计和编写软件的过程。嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定功能的计算机系统,通常嵌入在更大的系统或设备中,如消费电子、工业自动化、医疗设备、汽车电子、航空航天等领域。嵌入式软件开发涉及从需求分析、系统设计、编码、测试到维护的整个生命周期。 1. 嵌入式系统的定义和特点 定义:嵌入式系统是一种专用计算机系统,集成了硬件和软件,用于执行特定任务。这些系统通常具有实时性要求,需要在规定的时间内完成任务。 特点: 专用性:设计用于特定任务或应用。 资源限制:通常具有有限的处理能力、内存和功耗。 实时性:许多嵌入式系统需要在严格的时间约束下运行。 可靠性:系统必须高度可靠,能够在各种环境下稳定工作。 低功耗:特别是在电池供电的设备中,功耗是一个重要的考虑因素。 2. 嵌入式软件开发流程 需求分析: 确定系统需要实现的功能和性能指标。 分析系统的工作环境和约束条件。 系统设计: 选择合适的硬件平台,如微控制器、DSP、FPGA等。 设计软件架构,包括模块划分、通信机制、数据流等。
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嵌入式软件开发流程
一、嵌入式软件开发流程
1.1 嵌入式系统开发概述
由嵌入式系统本身的特性所影响,嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌
入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发 3 大部分,其总
体流程图如图 1.1 所示。
图 1.1 嵌入式系统开发流程图
在系统总体开发中,由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密,往往某些需求只能通过特定
的硬件才能实现,因此需要进行处理器选型,以更好地满足产品的需求。另外,对于有些硬
件和软件都可以实现的功能,就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产
品的成本,但能大大提高产品的性能和可靠性。
再次,开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌
入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如,对开发成本和进度限制较大的产品可以
选择嵌入式 Linux,对实时性要求非常高的产品可以选择 Vxworks 等。
1.2 嵌入式软件开发概述
嵌入式软件开发总体流程为图 4.15 中“软件设计实现”部分所示,它同通用计算机软件开
发一样,分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式
软件需求分析与硬件的需求分析合二为一,故没有分开画出。
由于在嵌入式软件开发的工具非常多,为了更好地帮助读者选择开发工具,下面首先对嵌入
式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。
嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分,比如在需求分析阶段,可以选择 IBM
的 Rational Rose 等软件,而在程序开发阶段可以采用 CodeWarrior(下面要介绍的 ADS 的
一个工具)等,在调试阶段所用的 Multi-ICE 等。同时,不同的嵌入式操作系统往往会有配
套的开发工具,比如 Vxworks 有集成开发环境 Tornado,WindowsCE 的集成开发环境
WindowsCE Platform 等。此外,不同的处理器可能还有对应的开发工具,比如 ARM 的常用
集成开发工具 ADS、IAR 和 RealView 等。在这里,大多数软件都有比较高的使用费用,但
也可以大大加快产品的开发进度,用户可以根据需求自行选择。图 4.16 是嵌入式开发的不
同阶段的常用软件。
图 1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件
嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分,其中又可以分为编译和调试两
部分,下面分别对这两部分进行讲解。
1.交叉编译
嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上
执行的代码。在第 3 章中已经提到,编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的 CPU 所能识别的
机器代码,由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此,不同的 CPU 需要有相应的编译器,而交叉编译
就如同翻译一样,把相同的程序代码翻译成不同 CPU 的对应可执行二进制文件。要注意的是,编译器本身
也是程序,也要在与之对应的某一个 CPU 平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图 4.17 所示。
图 4.17 交叉编译环境
小知识 与交叉编译相对应,平时常用的编译称为本地编译。
这里一般将进行交叉编译的主机称为宿主机,也就是普通的通用 PC,而将程序实际的运行环境称为目
标机,也就是嵌入式系统环境。由于一般通用计算机拥有非常丰富的系统资源、使用方便的集成开发环境
和调试工具等,而嵌入式系统的系统资源非常紧缺,无法在其上运行相关的编译工具,因此,嵌入式系统
的开发需要借助宿主机(通用计算机)来编译出目标机的可执行代码。
由于编译的过程包括编译、链接等几个阶段,因此,嵌入式的交叉编译也包括交叉编译、交叉链接等
过程,通常 ARM 的交叉编译器为 arm-elf-gcc、arm-linux-gcc 等,交叉链接器为 arm-elf-ld、arm-linux-ld
等,交叉编译过程如图 4.18 所示。
图 4.18 嵌入式交叉编译过程
2.交叉调试
嵌入式软件经过编译和链接后即进入调试阶段,调试是软件开发过程中必不可少的一个环节,嵌入式
软件开发过程中的交叉调试与通用软件开发过程中的调试方式有很大的差别。在常见软件开发中,调试器
与被调试的程序往往运行在同一台计算机上,调试器是一个单独运行着的进程,它通过操作系统提供的调
试接口来控制被调试的进程。而在嵌入式软件开发中,调试时采用的是在宿主机和目标机之间进行的交叉
调试,调试器仍然运行在宿主机的通用操作系统之上,但被调试的进程却是运行在基于特定硬件平台的嵌
入式操作系统中,调试器和被调试进程通过串口或者网络进行通信,调试器可以控制、访问被调试进程,
读取被调试进程的当前状态,并能够改变被调试进程的运行状态。
嵌入式系统的交叉调试有多种方法,主要可分为软件方式和硬件方式两种。它们一般都具有如下一些
典型特点。
� 调试器和被调试进程运行在不同的机器上,调试器运行在 PC 机(宿主机),而被调试的进程
则运行在各种专业调试板上(目标板)。
� 调试器通过某种通信方式(串口、并口、网络、JTAG 等)控制被调试进程。
� 在目标机上一般会具备某种形式的调试代理,它负责与调试器共同配合完成对目标机上运行
着的进程的调试。这种调试代理可能是某些支持调试功能的硬件设备,也可能是某些专门的调试
软件(如 gdbserver)。
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