時(shí)間：2023-09-15 17:32:35
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計(jì)算機(jī)嵌入式技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞:嵌入式;軟件測(cè)試技術(shù);關(guān)鍵技術(shù)
引言
嵌入式軟件測(cè)試技術(shù)作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的信息技術(shù)，其在運(yùn)行早期采取手工操作方式，這種操作方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且極易受到人為因素的影響而出現(xiàn)較大偏差。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的引入，在一定程度上優(yōu)化了嵌入式軟件測(cè)試效能，能夠降低人力成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和檢測(cè)質(zhì)量。就目前情況來(lái)看，嵌入式軟件自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)存在較大的發(fā)展空間，下面將對(duì)其測(cè)試應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)分析。
1嵌入式計(jì)算機(jī)的概念
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，嵌入式技術(shù)是一種專用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控、監(jiān)視、輔助機(jī)器和設(shè)備的技術(shù)性裝置。通常情況下，可以把嵌入式系統(tǒng)當(dāng)作一種嵌入式處理器控制板，通過(guò)這個(gè)嵌入式處理器控制板可以在最大程度上實(shí)現(xiàn)程序內(nèi)存的微量化，將其存儲(chǔ)在ROM中。嵌入式計(jì)算機(jī)是指依托計(jì)算機(jī)技術(shù)，以應(yīng)用為核心內(nèi)容，并適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)軟硬件剪裁的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)一般由4個(gè)部分組成:嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序。
2嵌入式計(jì)算機(jī)軟件的概念
軟件作為計(jì)算機(jī)的重要組成部分，其在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作中發(fā)揮著極為重要的作用。與普通軟件相比，嵌入式計(jì)算機(jī)軟件最大的特點(diǎn)便是“正式化”、“復(fù)雜化”。在實(shí)現(xiàn)嵌入式計(jì)算機(jī)的過(guò)程中，為了更好地發(fā)揮嵌入式計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，不可避免地會(huì)用到相應(yīng)的大量軟件。這種促進(jìn)嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用的軟件就是嵌入式計(jì)算機(jī)軟件。嵌入式計(jì)算機(jī)軟件由多個(gè)部分構(gòu)成，其中使用較多、發(fā)揮作用較大的模塊有5個(gè)，即:微觀傳感器、儲(chǔ)存器、處理器、定時(shí)器及控制器等，這5個(gè)模塊相互影響、相互作用，共同組成復(fù)雜的嵌入式計(jì)算機(jī)軟件，從而在最大程度上實(shí)現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為代表的電子設(shè)備的自動(dòng)化。嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)測(cè)試和可靠性評(píng)估見(jiàn)表1。
3嵌入式計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)
基于嵌入式計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試技術(shù)主要涉及對(duì)宿主機(jī)、仿真機(jī)、目標(biāo)機(jī)的測(cè)試。嵌入式計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試流程如圖1所示。
3．1主機(jī)測(cè)試
對(duì)于宿主機(jī)的測(cè)試一般有3種類型，即:人工測(cè)試、靜態(tài)測(cè)試以及動(dòng)態(tài)測(cè)試。1)人工測(cè)試。人工測(cè)試是指技術(shù)人員對(duì)宿主機(jī)的所有零部件進(jìn)行一一排查，但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)朝著復(fù)雜化趨勢(shì)不斷發(fā)展，這種人工測(cè)試的方式由于耗時(shí)、耗力，且測(cè)試的精確度較低等缺陷，已經(jīng)被其他更為精準(zhǔn)便捷的測(cè)試方式取代。2)靜態(tài)測(cè)試。靜態(tài)測(cè)試是通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的構(gòu)成邏輯和功能進(jìn)行分析，在計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行過(guò)程中需要遵循一定的規(guī)律，當(dāng)計(jì)算機(jī)軟件的某一部分出現(xiàn)偏差時(shí)這種邏輯和功能便會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的偏差。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這種靜態(tài)測(cè)試是依托軟件測(cè)試系統(tǒng)而進(jìn)行的，因而具有檢測(cè)速度較快、檢測(cè)內(nèi)容全面、檢測(cè)精準(zhǔn)度較高等優(yōu)點(diǎn)。3)動(dòng)態(tài)測(cè)試。動(dòng)態(tài)測(cè)試是指通過(guò)對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)軟件的代碼進(jìn)行測(cè)試。代碼作為人類可讀的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言指令，其是通過(guò)離散形式將字符、符號(hào)等排列的規(guī)則體系，具有極強(qiáng)的確定性、穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)性，因而通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)軟件代碼的分析檢測(cè)可以準(zhǔn)確有效地對(duì)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行錯(cuò)誤排查，從而提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行的準(zhǔn)確度。除此之外，這種動(dòng)態(tài)測(cè)試還具有其他檢測(cè)方式所不具有的檢測(cè)功能，也就是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)存情況進(jìn)行測(cè)試，因而，在嵌入式計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試中，動(dòng)態(tài)測(cè)試是使用最多的一種檢測(cè)方式。
3.2真機(jī)進(jìn)行測(cè)試
對(duì)仿真機(jī)進(jìn)行測(cè)試主要有兩方面的內(nèi)容:獲取仿真測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真測(cè)試技術(shù)兩方面。1)獲取測(cè)試數(shù)據(jù)。在對(duì)仿真進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中，相較于仿真測(cè)試技術(shù)而言，獲取測(cè)試數(shù)據(jù)的困難程度較高。這主要是由于大量且復(fù)雜的源代碼而導(dǎo)致，軟件作為計(jì)算機(jī)的重要組成部分，其由大量的代碼排列組合而成，因而從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件的測(cè)試就是對(duì)于軟件源代碼等大量數(shù)據(jù)的檢測(cè)，在這個(gè)過(guò)程中對(duì)于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度提出了較高的要求，但是就目前的技術(shù)而言，這一要求很難實(shí)現(xiàn)。仿真監(jiān)測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上突破了這一局限性，使得數(shù)量龐大、排列復(fù)雜的數(shù)據(jù)能夠相對(duì)完整的保留下來(lái)，并且能夠在保留的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)地修改。2)仿真測(cè)試技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，仿真測(cè)試技術(shù)就是借助一定的科學(xué)技術(shù)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)地仿真和模擬，這種對(duì)數(shù)據(jù)的仿真和模擬在很大程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)龐大數(shù)據(jù)的管理集中化。與此同時(shí)，這種仿真測(cè)試技術(shù)還在一定程度上使得原有的固化的靜態(tài)數(shù)據(jù)成為動(dòng)態(tài)的發(fā)展過(guò)程，從而使檢測(cè)者能夠清晰直觀地看到數(shù)據(jù)變化處理的過(guò)程，這對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件的測(cè)試是極為有利的。
3．3對(duì)目標(biāo)機(jī)進(jìn)行測(cè)試
目標(biāo)機(jī)的測(cè)試作為嵌入式計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其測(cè)試的核心內(nèi)容便是驗(yàn)證與分析，主要涉及故障注入、內(nèi)存分析、性能分析3個(gè)方面。1)故障注入。故障注入從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)屬于“校驗(yàn)”環(huán)節(jié)。通常情況下，故障注入適用于計(jì)算機(jī)軟件中某一模塊的檢測(cè)，而不能應(yīng)用于計(jì)算機(jī)整體，對(duì)目標(biāo)機(jī)進(jìn)行故障注入能夠有效地檢測(cè)目標(biāo)機(jī)的運(yùn)行是否正常。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，故障注入就是在嵌入式計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試過(guò)程中根據(jù)計(jì)算機(jī)原有所具備的功能，如時(shí)間、運(yùn)行方式、排列方式等多個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行一定的“人為設(shè)定”，從而達(dá)到檢測(cè)目標(biāo)機(jī)、排除故障的效果。2)內(nèi)存分析。內(nèi)存分析作為嵌入式計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試的重要組成部分，其對(duì)于嵌入式計(jì)算機(jī)軟件的正常運(yùn)行具有極為重要的影響作用。在計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而這些龐大的數(shù)據(jù)會(huì)在一定程度上占用計(jì)算機(jī)內(nèi)部空間，過(guò)多的占用空間將會(huì)在很大程度上影響計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，因而，對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)分析并在分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的管理和規(guī)劃，對(duì)于保障嵌入式計(jì)算機(jī)軟件的正常高速運(yùn)行是極為重要的。3)性能分析。性能作為計(jì)算機(jī)的重要組成部分，其在當(dāng)代社會(huì)受到越來(lái)越多人的重視，在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中提升計(jì)算機(jī)軟件程序運(yùn)行性能成為當(dāng)代社會(huì)亟待解決的問(wèn)題。為了更好地提升計(jì)算機(jī)性能，在一定程度上需要應(yīng)用到各種技術(shù)，其中使用最多、效果最為明顯的技術(shù)便是軟件性能分析技術(shù)，通過(guò)對(duì)這一技術(shù)的使用，可以在一定程度上對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決斷，從而優(yōu)化計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)行排列，繼而在一定程度上節(jié)省計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。
【關(guān)鍵詞】 CDIO模式 計(jì)算機(jī) 硬件嵌入式技術(shù)
近年來(lái)，嵌入式技術(shù)在工業(yè)控制、通信設(shè)備、醫(yī)療儀器及航空航天等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能家居等都以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在這樣的背景下，市場(chǎng)對(duì)嵌入式人才的需求越來(lái)越重視。但就目前來(lái)看，當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)專業(yè)關(guān)于嵌入式技術(shù)方面的教學(xué)還存在一定問(wèn)題，往往過(guò)于注重軟件方面的程序開(kāi)發(fā)，忽略了硬件嵌入式技術(shù)的研究和教學(xué)。
在這樣的背景下，本文以CDIO功課教學(xué)模式為基礎(chǔ)，探討了計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)的發(fā)展方向和人才培養(yǎng)內(nèi)容與方法，旨在為相關(guān)研究與實(shí)踐提供參考。
一、CDIO模式概述
CDIO模式屬于一種工程教育模式，是國(guó)家工程教育改革的一項(xiàng)突破性成果，由麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)四年研究獲得。CDIO模式代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作四個(gè)過(guò)程，以產(chǎn)品整個(gè)生命周期為載體，讓學(xué)生對(duì)產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行各個(gè)階段進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)踐性較強(qiáng)。
CDIO理念繼承了歐美先進(jìn)工程教育改革觀念，創(chuàng)新性的提出了可操作性的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于提升功課教學(xué)質(zhì)量有著重要的意義，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展方向和趨勢(shì)[1]。
就我國(guó)來(lái)看，工科教育體系需要積極培養(yǎng)出與世界接軌的工程師，但我國(guó)工科教育實(shí)踐還存在著諸多問(wèn)題，過(guò)于注重理論和輕視實(shí)踐，過(guò)于注重學(xué)習(xí)而忽略創(chuàng)新，在這樣的背景下，應(yīng)當(dāng)積極學(xué)習(xí)并應(yīng)用CDIO工程教育模式。
二、基于CDIO理念分析計(jì)算機(jī)硬件課程存在的問(wèn)題
CDIO的核心為構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性和創(chuàng)新性，基于這一理念，分析我國(guó)計(jì)算機(jī)課程中存在的主要問(wèn)題。
2.1缺乏設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)
近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜度提升，傳統(tǒng)軟硬件相隔離的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)搭建、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)等成為主流設(shè)計(jì)思想，但當(dāng)前計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)相關(guān)課程缺乏對(duì)學(xué)生這種先進(jìn)設(shè)計(jì)能力的有效培養(yǎng)。
2.2缺乏可編程芯片設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)
我國(guó)工科高校開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)硬件課程很少涉及到關(guān)于芯片編程的實(shí)驗(yàn)課程，僅有的實(shí)驗(yàn)安排在大肆，但受到教育體制的影響，許多學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)不涉及到芯片編程就不會(huì)認(rèn)真學(xué)習(xí)，這就大大弱化了對(duì)學(xué)生可編程芯片設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。
2.3缺乏創(chuàng)新能力培養(yǎng)
收到實(shí)驗(yàn)條件等因素的影響，現(xiàn)有計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)大多針對(duì)的是純硬件邏輯，缺乏橫向功能拓展和縱向功能延伸，給予學(xué)生的創(chuàng)新空間較少，學(xué)生在現(xiàn)有條件下難以完成綜合性和創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。
三、嵌入式技g發(fā)展現(xiàn)狀
嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以具體應(yīng)用為核心，軟硬件可進(jìn)行裁剪來(lái)滿足應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)要求，例如功能要求、穩(wěn)定性要求、功耗要求、成本要求及體積大小要求等[2]。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)與各行各業(yè)應(yīng)用的有效結(jié)合，其應(yīng)用前景廣泛。
嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用使得計(jì)算機(jī)分類模式發(fā)生了改變，從傳統(tǒng)的按體積進(jìn)行分來(lái)變化為通用型和嵌入型兩類，涉及到的領(lǐng)域十分廣泛，例如醫(yī)療領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、工業(yè)控制領(lǐng)域及金融領(lǐng)域中都能夠看到嵌入式系統(tǒng)的身影。嵌入式系統(tǒng)中軟硬件結(jié)合，要想從事此項(xiàng)工作，需要具備較高的計(jì)算機(jī)技能水平，具體來(lái)說(shuō)如下：
一方面，是電子工程、通信工程等硬件專業(yè)方面的人才，這些人才以硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)為主，開(kāi)發(fā)硬件驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)硬件原理掌握較為清楚，但這些人才對(duì)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)往往能力較差，例如復(fù)雜應(yīng)用軟件、嵌入式操作系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)等。
另一方面，是偏軟件專業(yè)的人才，這些人才在軟件開(kāi)發(fā)和嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上造詣?shì)^高，且如果軟件方面人才掌握了相關(guān)硬件原理，完全可以自主開(kāi)發(fā)硬件驅(qū)動(dòng)程序，硬件設(shè)計(jì)完成后則需要依賴于軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。但就目前來(lái)看，許多企業(yè)將硬件設(shè)計(jì)部分外包，硬件設(shè)計(jì)能力較弱，對(duì)硬件有所忽視，這就造成市場(chǎng)上對(duì)硬件嵌入式技術(shù)方面的人才短缺。
四、基于CDIO模式計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)發(fā)展方向
4.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
近年來(lái)，移動(dòng)設(shè)備發(fā)展快速，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也隨之發(fā)展起來(lái)，人們對(duì)無(wú)線網(wǎng)的需求也越來(lái)越大，而軟件系統(tǒng)是否能夠支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也成為了嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵所在[3]。因此，在今后的一段時(shí)期內(nèi)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將成為嵌入式技術(shù)的重要發(fā)展方向，就目前來(lái)看，WIFI、藍(lán)牙技術(shù)及無(wú)線傳輸技術(shù)等的應(yīng)用越來(lái)越成熟，但需要注意的是，這些技術(shù)有著一定的局限性，其傳輸距離大多較近，這就需要在未來(lái)研發(fā)的過(guò)程中著重解決遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯?wèn)題，例如3G協(xié)議棧的開(kāi)發(fā)等。
4.2網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)
在嵌入式系統(tǒng)不斷發(fā)展和應(yīng)用的背景下，各種互聯(lián)網(wǎng)接口受到關(guān)注，傳統(tǒng)的單片機(jī)難以滿足對(duì)互聯(lián)網(wǎng)接口的要求，從而催生了各種新型的嵌入式系統(tǒng)，例如微型處理器，從互聯(lián)網(wǎng)接口方面來(lái)看，嵌入式處理器能夠支持TCP/IP、USB、CAN、IEE1394等多種通信接口，一些先進(jìn)的嵌入式處理器甚至能夠同時(shí)支持幾種接口，但同時(shí)也需要一些硬件驅(qū)動(dòng)程序，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)輕松上網(wǎng)，打破眾多用戶上網(wǎng)的時(shí)空限制。
4.3人工智能技術(shù)
歸根結(jié)底，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用就是滿足人類相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)，人工智能化的發(fā)展和使用則能夠提升嵌入式技術(shù)的服務(wù)水平，將人工智能技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)或產(chǎn)品相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，擴(kuò)展嵌入式系統(tǒng)的服務(wù)應(yīng)用范圍。就目前來(lái)看，人工智能技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)的結(jié)合在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，能夠降低手術(shù)病人受到的傷害[4]。
而隨著技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)得到進(jìn)一步拓展，例如自動(dòng)控壓裝置、自動(dòng)控溫裝置等智能化儀表的應(yīng)用越來(lái)越多，這都會(huì)促進(jìn)人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
五、基于CDIO模式的計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)人才培養(yǎng)
計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)課程的學(xué)習(xí)是一個(gè)系統(tǒng)性、長(zhǎng)期性的過(guò)程，需要循序漸進(jìn)，不僅涉及到原油的硬件課程，還涉及到后續(xù)嵌入式技術(shù)理論知識(shí)和嵌入式設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等。本文結(jié)合CDIO工程教育模式和理念，探討計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)的人才培養(yǎng)方向和方法，具體來(lái)說(shuō)如下。
5.1學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)基本知識(shí)
CDIO工程教育模式強(qiáng)調(diào)對(duì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作等產(chǎn)品整個(gè)生命周期的研究和學(xué)習(xí)，而對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作都離不開(kāi)嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)，因此，在計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)人才培養(yǎng)過(guò)程中，嵌入式基本知識(shí)的學(xué)校至關(guān)重要。
嵌入式系統(tǒng)大體可以分為三類，其一為傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，即RTOS系統(tǒng)，主要包括Vxworks操作系統(tǒng)、Tornado開(kāi)發(fā)平臺(tái)等；其二為嵌入式Linux操作系統(tǒng)，其不僅可以作為服務(wù)器的操作系統(tǒng)，在嵌入式領(lǐng)域也有著良好的應(yīng)用前景，系統(tǒng)免費(fèi)，支持的軟件眾多，這會(huì)大大降低嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本；其三為Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)，如Microsoft等，其進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)前景良好，Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)雖然于近幾年才被研發(fā)出來(lái)，但卻能夠迅速搶占市場(chǎng)，尤其對(duì)于智能手機(jī)、顯示儀表等對(duì)界面要求較高，Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用有著良好的效果。通過(guò)對(duì)嵌入式系統(tǒng)這些基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生全面掌握嵌入式軟件整體開(kāi)發(fā)環(huán)境情況和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，形成對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)理性、直觀的認(rèn)識(shí)[5]。
5.2 ARM技術(shù)及嵌入式微處理器
當(dāng)前嵌入式處理器種類較多，例如ARM處理器、MIPS處理器及PowerPC處理器等，其中應(yīng)用最為廣泛的處理器當(dāng)屬ARM，ARM有著四個(gè)通用處理器系列，不同系列能夠提供的性能有所差異，但基本覆蓋了大多應(yīng)用領(lǐng)域，有效滿足了不同應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用需求。以SecurCore系列為例，其專門(mén)應(yīng)用于對(duì)安全等級(jí)要求較高的場(chǎng)合。因此，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生積極學(xué)習(xí)ARM技術(shù)及相關(guān)嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)，為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。
5.3指令系統(tǒng)與硬件電路設(shè)計(jì)
一般來(lái)說(shuō)，ARM微處理器有兩種工作狀態(tài)，且其能夠在兩種工作狀態(tài)之間隨時(shí)切換，第一種工作狀態(tài)為ARM狀態(tài)，在這種工作狀態(tài)下，處理器執(zhí)行的ARM指令為32位字對(duì)齊指令[6]；第二種工作狀態(tài)為T(mén)humb狀態(tài)，在這種工作狀態(tài)下，處理器執(zhí)行的是Thumb指令，屬于16位半字對(duì)齊指令。兩種狀態(tài)下指令有著一定的關(guān)系，即Thumb指令集合為ARM指令集合的功能子集，但相較于等價(jià)ARM代碼來(lái)說(shuō)，其能夠有效節(jié)省存儲(chǔ)空間，節(jié)省比例能夠達(dá)到30%-40%之間。
對(duì)于嵌入式技術(shù)來(lái)說(shuō)，其軟硬件可以裁剪，因此應(yīng)當(dāng)做好硬件電路設(shè)計(jì)工作，通過(guò)有效的硬件電路設(shè)計(jì)來(lái)獲取最優(yōu)硬件組合，提升嵌入式系統(tǒng)的硬件性能。
除了上述提到的說(shuō)那個(gè)方面之外，數(shù)字電路、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法及匯編語(yǔ)言和編程語(yǔ)言等也較為重要，需要在計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)人才培養(yǎng)中有所側(cè)重。
六、結(jié)論
綜上所述，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注，計(jì)算機(jī)嵌入式技術(shù)人才的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)以CDIO模式為指導(dǎo)，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以嵌入式技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)為依據(jù)，合理選擇教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件嵌入式技術(shù)人才。
參 考 文 獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：嵌入式計(jì)算機(jī)；軟件測(cè)試；宿主機(jī)；仿真機(jī)；目標(biāo)機(jī)
中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）13-0092-02
Abstract： In this stage， the embedded computer technology has been rapid development， prompting its application in various fields of social life are increasingly being used to a large extent， and the system software and software architecture presents the proportion the trend to more complex， causing great concern to the industry and improve the operational reliability of the software. Full article describes the basic concepts of embedded computer software testing， detailed discussion of key technologies for embedded computer software testing， with a view to enhance the quality and application performance for embedded software testing， to provide some reference for the development of software testing and the reference value .
Key words： embedded computer； software testing； host； simulator； target
現(xiàn)階段，隨著嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷革新，其在社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域之內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，業(yè)界逐漸提升對(duì)軟件的質(zhì)量和應(yīng)用性能的重視，以求其能滿足當(dāng)前日益增長(zhǎng)的軟件測(cè)試的需要[1]。軟件質(zhì)量的監(jiān)測(cè)是嵌入式軟件測(cè)試最主要的工作內(nèi)容，對(duì)嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用有著非常重要的作用。
1 嵌入式軟件測(cè)試
軟件測(cè)試是為捕捉代碼中得錯(cuò)誤而對(duì)代碼進(jìn)行分析或執(zhí)行的過(guò)程，這一測(cè)試在很大程度上能保證軟件的質(zhì)量及可靠性，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型提供一定的依據(jù)[2]。同其他軟件相比，嵌入式軟件有著很強(qiáng)的專用性，強(qiáng)調(diào)必須在需求指定的專用硬件平臺(tái)上進(jìn)行運(yùn)作。并且，嵌入式軟件在自身的開(kāi)發(fā)及運(yùn)行環(huán)境上呈現(xiàn)出獨(dú)特的交叉分離特點(diǎn)：通常在宿主機(jī)上運(yùn)動(dòng)編輯和編譯這些開(kāi)發(fā)工具，而常見(jiàn)的調(diào)試命令及數(shù)據(jù)傳輸則是建立在主機(jī)與下載好軟件的目標(biāo)機(jī)相互聯(lián)立的通訊上。具體交叉開(kāi)放方式如圖1所示。除此之外，考慮到主機(jī)和目標(biāo)機(jī)在操作系統(tǒng)、處理器體系結(jié)構(gòu)上存在的差異，就在很大程度上賦予嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程以更為嚴(yán)密的復(fù)雜性。這里我們所涉及的宿主機(jī)主要是指微機(jī)、工作站此類的通用性計(jì)算機(jī)，而目標(biāo)機(jī)的關(guān)鍵性作用便是對(duì)于嵌入式系統(tǒng)通訊的宿主機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格意義上的區(qū)分。
2 嵌入式軟件測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)
2.1 宿主機(jī)關(guān)鍵技術(shù)
對(duì)宿主機(jī)的測(cè)試通常是通過(guò)代碼邏輯測(cè)試實(shí)現(xiàn)的，宿主機(jī)測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)可分為靜態(tài)測(cè)試技術(shù)和動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)。
1）靜態(tài)測(cè)試技術(shù)
現(xiàn)階段，最常用的軟件查錯(cuò)方式仍是人工審議與走查，但基于軟件規(guī)模的日益增大，往往需要大量的工程師人才資源，且源碼在目錄或機(jī)器上較為分散，難以進(jìn)行軟件的審議與走查[3]。針對(duì)這一問(wèn)題，需利用必要手段獲取整個(gè)軟件系統(tǒng)框圖，實(shí)現(xiàn)相關(guān)量的自動(dòng)化鏈接，在很大程度上為軟件的審議與走查提供較大便利。而利用靜態(tài)測(cè)試分析技術(shù)能繪制程序邏輯圖及控制流程、獲取完整的軟件系統(tǒng)邏輯框圖、進(jìn)行程序路徑分析、可互相轉(zhuǎn)換生成的邏輯圖、流程圖、框圖等。以便設(shè)計(jì)出更為高效的測(cè)試用例來(lái)提升軟件質(zhì)量及測(cè)試覆蓋率。
2）動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)
動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的對(duì)象和重點(diǎn)是軟件代碼的動(dòng)態(tài)執(zhí)行能力，全面分析代碼的覆蓋率、內(nèi)存分配使用信息。其中被測(cè)軟件的代碼在測(cè)試執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)的執(zhí)行情況便是代碼的覆蓋率，對(duì)代碼覆蓋率的監(jiān)控能提升軟件測(cè)試的有效性，對(duì)測(cè)試完成力度進(jìn)行全面掌控，并能快速識(shí)別被遺漏的測(cè)試數(shù)據(jù)，為測(cè)試人員科學(xué)掌握并控制測(cè)試進(jìn)程提供數(shù)據(jù)參考。代碼覆蓋率的計(jì)算指標(biāo)包括語(yǔ)句覆蓋、分支/判定覆蓋及MC/DC[4]。而內(nèi)存分配信息則強(qiáng)調(diào)高度關(guān)注其中的每一個(gè)函數(shù)、內(nèi)存分配點(diǎn)內(nèi)存分配及釋放情況，并及時(shí)監(jiān)視動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配中出現(xiàn)的錯(cuò)誤信息。利用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配信息，能快速準(zhǔn)確掌握內(nèi)存遺漏問(wèn)題，為內(nèi)存分配優(yōu)化提供策略依據(jù)。
2.2 仿真機(jī)關(guān)鍵技術(shù)
作為宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)測(cè)試的中間性緩解，仿真機(jī)能在很大程度上超真實(shí)地模擬目標(biāo)機(jī)的功能及性能，從而獲取較目標(biāo)機(jī)更為真實(shí)的物理性能測(cè)試結(jié)果。測(cè)試數(shù)據(jù)獲取技術(shù)及仿真技術(shù)是仿真機(jī)測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)。
1）測(cè)試數(shù)據(jù)獲取技術(shù)
如何利用仿真機(jī)獲取測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是當(dāng)前嵌入式軟件測(cè)試的瓶頸之一，大多嵌入式軟件測(cè)試功能都需利用源代碼進(jìn)行測(cè)試，這就需要采取積極有效的方式確保軟件質(zhì)量及性能，以獲取準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)。現(xiàn)階段，常用的測(cè)試數(shù)據(jù)獲取方式包括實(shí)際物理通道取數(shù)、開(kāi)發(fā)工具的虛擬IO指數(shù)以及內(nèi)存取數(shù)。其中，實(shí)際物理通道取數(shù)是目標(biāo)機(jī)與主機(jī)之間物理的具體通信方式，如串口、USB、并口等，利用實(shí)際物理通道取數(shù)能在很大程度上直接經(jīng)由數(shù)據(jù)通信軟件實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間的通訊，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的測(cè)試數(shù)據(jù)上載，開(kāi)發(fā)工具虛擬IO指數(shù)是一種更為高級(jí)的開(kāi)發(fā)工具，為測(cè)試帶來(lái)極大便利，如Tornado及TI CCS。假使目標(biāo)系統(tǒng)沒(méi)有上述兩種獲取方法，那么還能夠通過(guò)內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)的方式直接獲取內(nèi)存取數(shù)。換句話說(shuō)，是在充分確保足夠緩存的基礎(chǔ)上，加之修改測(cè)試工具的庫(kù)，在緩存中寫(xiě)入輸出數(shù)據(jù)，測(cè)試進(jìn)行或結(jié)束后，對(duì)緩存中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并在此基礎(chǔ)上以文件的形式保存到主機(jī)上。值得關(guān)注的是，這樣的方式通常必須在測(cè)試前充分確保緩存的大小。但是從適用性上來(lái)說(shuō)，這種方式有著較大的優(yōu)越性，幾乎可以說(shuō)這種功能充分體現(xiàn)在所有的開(kāi)發(fā)調(diào)試工具上。
2）仿真技術(shù)
嵌入式軟件仿真是一種建立在局域網(wǎng)基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)集中性管理、處理系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)包括實(shí)時(shí)仿真機(jī)、I/O系統(tǒng)、軟件測(cè)評(píng)控制模板、測(cè)試結(jié)果分析工具、總線仿真及總線監(jiān)控模板、實(shí)時(shí)調(diào)度模板[5]。仿真測(cè)評(píng)控制技術(shù)及仿真技術(shù)是仿真測(cè)試常見(jiàn)的關(guān)鍵性技術(shù)。利用必要的仿真測(cè)試，能高度真實(shí)地模擬現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)上的相關(guān)數(shù)據(jù)，除此之外，還能按照不同的測(cè)試對(duì)象，逐個(gè)分析研究各種電信號(hào)激勵(lì)源仿真，但總線除外，從而實(shí)時(shí)檢測(cè)并分析現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，控制實(shí)時(shí)在線測(cè)評(píng)平臺(tái)各設(shè)備，完成軟件測(cè)評(píng)等。
2.3 目標(biāo)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)
高度評(píng)估系統(tǒng)綜合性能是當(dāng)前目標(biāo)機(jī)的測(cè)試重點(diǎn)，其具體功能是用來(lái)評(píng)估真實(shí)的物理目標(biāo)機(jī)，最大限度對(duì)軟件交互、可靠性及穩(wěn)定性進(jìn)行專門(mén)性獲取。從關(guān)鍵技術(shù)上來(lái)說(shuō)，故障注入、內(nèi)存分析、性能分析為目標(biāo)機(jī)測(cè)試常見(jiàn)的三種關(guān)鍵技術(shù)。其中故障注入技術(shù)能便于進(jìn)行系統(tǒng)邊界測(cè)試、容錯(cuò)性測(cè)試、魯棒性測(cè)試、強(qiáng)度性測(cè)試等。內(nèi)存分析技術(shù)主要用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配中存在的缺陷進(jìn)行處理，當(dāng)前主要有硬件和軟件這兩種內(nèi)存分析手段。從硬件方面來(lái)說(shuō)，在價(jià)格上基于硬件的內(nèi)存分析工具較為昂貴，并且使用范圍有限，僅僅能運(yùn)作在工具指定的環(huán)境之中。而從軟件方面來(lái)說(shuō)，基于軟件的內(nèi)存分析方式會(huì)影響到代碼性能，給實(shí)施操作帶來(lái)干擾。性能分析技術(shù)能為開(kāi)發(fā)人選擇代碼優(yōu)化范圍提供必要的參考數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確分析并提供執(zhí)行時(shí)間的消耗方式、消耗時(shí)間以及每個(gè)例程所需要使用的具體時(shí)間等，便于開(kāi)發(fā)人正式?jīng)Q定通過(guò)何種方式對(duì)軟件進(jìn)行優(yōu)化，能獲得更高時(shí)間性能。此外，性能分析工具還能聯(lián)合調(diào)試工具引導(dǎo)開(kāi)發(fā)人員及時(shí)準(zhǔn)確查看那些亟待優(yōu)化的特定函數(shù)，能指導(dǎo)開(kāi)發(fā)人員對(duì)系統(tǒng)調(diào)用中錯(cuò)誤及程序結(jié)構(gòu)上的缺陷進(jìn)行必要的探討和分析。
除此之外，還能在性能測(cè)試中，最大限度利用代碼覆蓋分析工具追蹤那些被執(zhí)行過(guò)的代碼。測(cè)試人員總結(jié)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)被執(zhí)行過(guò)的代碼及被遺漏的代碼。對(duì)嵌入式軟件來(lái)說(shuō)，代碼覆蓋分析工具有著對(duì)代碼執(zhí)行侵入的可能，會(huì)在一定程度上對(duì)代碼運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生影響。
3 結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，其軟件規(guī)模和復(fù)雜性日益提升，這就促使各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)一步提升對(duì)嵌入式系統(tǒng)的質(zhì)量、可靠性、有效性的要求，從客觀上來(lái)說(shuō)，正是這些軟件的質(zhì)量決定了整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)軟件測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)的深入分析和研究，以期能為嵌入式軟件測(cè)試研究和實(shí)踐提供一定參考和借鑒作用。
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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；嵌入式軟件；構(gòu)件提取技術(shù)；構(gòu)件組裝技術(shù)
中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）03-0268-02
計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工作，為更好滿足實(shí)際工作需要，合理開(kāi)發(fā)軟件構(gòu)件是十分必要的。做好這項(xiàng)工作不僅能順利完成軟件開(kāi)發(fā)任務(wù)，還能促進(jìn)軟件性能提升，更好為日常工作服務(wù)。但由于一些開(kāi)發(fā)人員的綜合技能偏低，相關(guān)技術(shù)措施未能得到有效落實(shí)，影響軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)水平提升，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用也帶來(lái)不利影響。為彌補(bǔ)這種缺陷與不足，文章準(zhǔn)備介紹構(gòu)件提取與組裝技術(shù)，希望能為軟件開(kāi)發(fā)的實(shí)際工作提供參考。
1 計(jì)算機(jī)嵌入式軟件構(gòu)件概述
軟件構(gòu)件是非常重要的組成內(nèi)容，也是軟件開(kāi)發(fā)中需要重視和關(guān)注的組成部分。具體是指在特定的體系結(jié)構(gòu)之下，能通過(guò)某種路徑實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的單元。為便于第三方的使用和操作，更好為使用者服務(wù)，軟件構(gòu)件應(yīng)該具備特定規(guī)格的接口，從而有效滿足人們的需要，更好服務(wù)于日常工作。
1）擁有的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)雖然能取得令人滿意的效果，但也存在很多缺陷與不足。例如，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，開(kāi)發(fā)工具和流程復(fù)雜，成本投入大，開(kāi)發(fā)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。隨著技術(shù)發(fā)展和人們對(duì)軟件綜合性能要求的提升，這種開(kāi)發(fā)模式滯后，需要采取有效的改進(jìn)和完善措施。而以構(gòu)件為基礎(chǔ)的軟件開(kāi)發(fā)模式，能有效彌補(bǔ)這種缺陷與不足，可以根據(jù)硬件的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)軟件定制化和流水組裝，能夠?qū)Ω黜?xiàng)技術(shù)措施進(jìn)行有效利用，提高軟件開(kāi)發(fā)效率。并節(jié)約資源，降低成本，縮短時(shí)間，更好滿足人們對(duì)軟件的需要，有利于提高軟件開(kāi)發(fā)的綜合效益。
2）性能的評(píng)估。為更好應(yīng)用嵌入式開(kāi)發(fā)模式，首先就應(yīng)該對(duì)該項(xiàng)技術(shù)措施進(jìn)行評(píng)估，掌握其綜合性能，以更好體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，嵌入式開(kāi)發(fā)模式的特點(diǎn)主要為：系統(tǒng)構(gòu)件具有可移植性、可靠性高、系統(tǒng)效率高、配置性等特點(diǎn)。可以將冗余部分去掉，能及時(shí)識(shí)別和報(bào)告存在的錯(cuò)誤，促進(jìn)系統(tǒng)綜合效率提高，更好服務(wù)于軟件開(kāi)發(fā)和軟件的日常使用。
3）發(fā)揮的作用。作為一項(xiàng)重要的技術(shù)措施，計(jì)算機(jī)嵌入式軟件構(gòu)件滿足實(shí)際工作需要，為人們的日常工作和使用帶來(lái)便利，也發(fā)揮中非常重要的作用。嵌入式軟件構(gòu)件不僅滿足人們?nèi)粘９ぷ鞯男枰依闷饋?lái)非常便捷，能夠即時(shí)插入即時(shí)使用，省略了中間環(huán)節(jié)，減少很多不必要的工序，帶給人們?nèi)粘９ぷ饕跃薮蟮姆奖恪Ｍ瑫r(shí)還可以針對(duì)不同用戶的特定需要，為他們提供相應(yīng)的服務(wù)，有利于提高服務(wù)質(zhì)量，滿足用戶需要。此外，嵌入式軟件構(gòu)件在具體應(yīng)用活動(dòng)當(dāng)中，可以提供具備契約性質(zhì)的接口。接口屬于構(gòu)件與外部環(huán)境進(jìn)行信息交互和傳輸?shù)慕涌冢奖阈畔⒌膫鬏敽徒涣鳌?duì)于同一個(gè)構(gòu)件，根據(jù)實(shí)際工作需要，可以設(shè)置一個(gè)接口或者多個(gè)接口。但需要注意的是，不管是設(shè)置幾個(gè)接口，都應(yīng)該符合相關(guān)規(guī)范要求，確保接口能夠有效運(yùn)營(yíng)和工作。本質(zhì)上看，構(gòu)件組裝指的是通過(guò)利用相關(guān)的連接件或接口，在不同構(gòu)件之間建立起特殊關(guān)聯(lián)，從而方便對(duì)構(gòu)件的控制與協(xié)調(diào)，確保構(gòu)件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。從而更為有效的服務(wù)于人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鳌Ｈ粘＿\(yùn)營(yíng)過(guò)程中還應(yīng)該注重檢測(cè)和維修，及時(shí)處理存在的缺陷，并提前采取預(yù)防措施，讓嵌入式軟件構(gòu)件的綜合性能良好，滿足實(shí)際工作需要，促進(jìn)其綜合性能提高，為人們的日常工作創(chuàng)造便利。
2 計(jì)算機(jī)嵌入式軟件構(gòu)件提取技術(shù)
構(gòu)件提取是非常重要的技術(shù)，能有效彌補(bǔ)常規(guī)技術(shù)存在的不足，滿足軟件開(kāi)發(fā)工作需要，其應(yīng)用也變得越來(lái)越廣泛。為促進(jìn)其作用的充分發(fā)揮，應(yīng)該合理把握工作流程，考慮硬件的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)工作。但目前這些工作存在不到位的情況，影響嵌入式軟件構(gòu)件提取技術(shù)作用的有效發(fā)揮。例如，實(shí)際操作過(guò)程中，一些工作人員的技術(shù)水平較低，未能?chē)?yán)格遵循構(gòu)件提取的復(fù)雜流程，忽視加強(qiáng)每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，建模、提取、抽象等步驟的控制不到位，未能結(jié)合具體需要加強(qiáng)質(zhì)量控制。又如，硬件環(huán)境考慮不到位，未能很好滿足構(gòu)件提取技術(shù)的應(yīng)用需要。不僅浪費(fèi)時(shí)間，還可能加大工作人員的工作量，對(duì)構(gòu)件提取技術(shù)的日常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不利影響。此外，由于責(zé)任心不強(qiáng)，工作人員的綜合技術(shù)水平偏低，軟件構(gòu)件提取之后忽視對(duì)其綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，未能將冗余部分去掉，難以有效提升構(gòu)件性能，制約其作用的充分發(fā)揮。
1）把握每個(gè)流程。需要明確的是，實(shí)際操作過(guò)程中，構(gòu)件提取是非常復(fù)雜的環(huán)節(jié)，需要耗費(fèi)較多的時(shí)間和人力，主要包括建模、提取、抽象三個(gè)重要步驟。嵌入式軟件有著十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可以從已有系統(tǒng)中提取成型構(gòu)件，對(duì)其進(jìn)行重復(fù)利用。同時(shí)，采用這種模式也能獲取構(gòu)件，是一種便捷、有效的方式，可以節(jié)約時(shí)間，減少工作量。主要工作步驟包括系統(tǒng)分解、模型建立、系統(tǒng)框架出現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)分解之后，能得出系統(tǒng)的整體框架，有利于對(duì)系統(tǒng)模型有基本的了解，也為后續(xù)構(gòu)件開(kāi)發(fā)創(chuàng)造條件。
2）考慮硬件環(huán)境。此外，嵌入式軟件與硬件環(huán)境有著密切的聯(lián)系，良好的硬件環(huán)境能促進(jìn)軟件構(gòu)件更為有效的運(yùn)營(yíng)，提升構(gòu)件的綜合性能，方便人們?nèi)粘Ｊ褂茫@是在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要重視和關(guān)注的內(nèi)容，因而要確保硬件設(shè)備性能可靠，滿足實(shí)際工作需要。整個(gè)模型構(gòu)建過(guò)程中，還要綜合全面考慮與用戶匹配層的適應(yīng)性，滿足用戶需要，使其得到更好應(yīng)用。要保證嵌入式軟件具有一定的可變性，利用代碼分析手段，認(rèn)真仔細(xì)的將其與源代碼進(jìn)行比對(duì)分析，查找二者存在的差異，深化對(duì)這些內(nèi)容的理解，彌補(bǔ)存在的缺陷與不足，確保構(gòu)件提取的精確度，從而更為有效的滿足實(shí)際工作需要。
3）進(jìn)行綜合評(píng)估。為促進(jìn)其綜合性能的有效發(fā)揮，滿足實(shí)際工作需要，為人們提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在軟件構(gòu)件提取之后，還應(yīng)該開(kāi)展綜合評(píng)估，這是技術(shù)人員不容忽視的重要內(nèi)容。應(yīng)該結(jié)合其重復(fù)性和移動(dòng)性做好評(píng)估工作，掌握綜合性能。合理去掉冗余部分，保證結(jié)構(gòu)合理有效，并將抽象層具體化，從而提升構(gòu)件的綜合性能，使其更好運(yùn)營(yíng)和發(fā)揮作用，為軟件的有效使用提供服務(wù)。
3 計(jì)算機(jī)嵌入式軟件構(gòu)件組裝技術(shù)
構(gòu)件組裝也是非常重要的內(nèi)容，做好這項(xiàng)工作能順利完成組裝任務(wù)，促進(jìn)其作用的有效發(fā)揮。但日常工作中，一些技術(shù)人員容易忽視這些工作，沒(méi)有嚴(yán)格遵循工藝流程開(kāi)展各項(xiàng)工作。例如，未能?chē)?yán)格把握軟件構(gòu)件的組裝技術(shù)要點(diǎn)，相關(guān)組裝原則和技術(shù)要點(diǎn)沒(méi)有嚴(yán)格落實(shí)，制約軟件構(gòu)件的工作性能提升，不利于充分發(fā)揮其作用，降低軟件構(gòu)件的綜合性能。又如，一些工作人員沒(méi)有嚴(yán)格把握C語(yǔ)言的應(yīng)用技巧，導(dǎo)致組裝工作效率低下，難以有效提升控制硬件的靈活性，對(duì)程序員的后續(xù)各項(xiàng)操作也帶來(lái)不利影響，制約其綜合性能的發(fā)揮和工作水平提高。為彌補(bǔ)這些缺陷與不足，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面采取改進(jìn)和完善措施。
1）把握組裝要點(diǎn)。需要注意的是，在整個(gè)組裝過(guò)程中，按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以將其分為多種不同的技術(shù)類型，組裝時(shí)需要注意這些問(wèn)題，把握相應(yīng)的組裝原則和技術(shù)要求，提高組裝效果。根據(jù)構(gòu)件的耦合程度和耦合關(guān)系不同，可以將其分為有數(shù)據(jù)和無(wú)數(shù)據(jù)耦合形式。構(gòu)件不同，耦合形式不完全相同，組裝時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真全面考慮，以便取得更好的組裝效果。事實(shí)上，構(gòu)件之間既有數(shù)據(jù)耦合，還有行為耦合，對(duì)組裝要求不同，這是實(shí)際工作中需要重視和關(guān)注的內(nèi)容。組裝要把握不同階段的要求，設(shè)計(jì)階段做好組裝工作，實(shí)施階段也要充分重視，把握每個(gè)要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)組裝質(zhì)量的有效控制，順利完成每個(gè)階段的組裝任務(wù)。
2）注重C語(yǔ)言的應(yīng)用。整個(gè)構(gòu)件組裝過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)工作效率提高，較為常用的是C語(yǔ)言，合理應(yīng)用可以發(fā)揮重要的作用，因而組裝過(guò)程中應(yīng)該重視該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。事實(shí)上，嵌入式軟件構(gòu)件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在該技術(shù)的支持下，能大大提升控制硬件的靈活性，方便程序員的各項(xiàng)操作，便利日常使用和工作需要。因此，程序員需要充分認(rèn)識(shí)其重要作用，結(jié)合實(shí)際工作需要將其有效應(yīng)用到組裝全過(guò)程。組裝流程包括接口匹配、用C語(yǔ)言描述組裝、考慮資源的有限性和實(shí)用性等。開(kāi)展具體工作時(shí)，組裝人員應(yīng)該嚴(yán)格遵循規(guī)范流程，加強(qiáng)每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，不得出現(xiàn)任何差錯(cuò)，確保組裝效果，讓軟件得到更好應(yīng)用。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，隨著技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展和市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)嵌入式軟件將有著更為廣泛的應(yīng)用空間。但嵌入式軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，技術(shù)難度大，需要耗費(fèi)大量的人力和物力資源。為有效彌補(bǔ)這種缺陷與不足，采取構(gòu)件提取與組裝技術(shù)是一種較好的選擇，能順利完成軟件開(kāi)發(fā)任務(wù)，節(jié)約成本，縮短周期，從而更好滿足滿足市場(chǎng)需要。并推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，使計(jì)算機(jī)嵌入式軟件綜合性能進(jìn)一步提升，更為有效的滿足人們需要。
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1、始于微型機(jī)時(shí)代的嵌入式應(yīng)用:
電子數(shù)字計(jì)算機(jī)誕生于1946年,在其后漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中,計(jì)算機(jī)始終是供養(yǎng)在特殊的機(jī)房中,實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代,微處理的出現(xiàn),計(jì)算機(jī)才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理為核心的微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、高可靠性特點(diǎn),迅速走出機(jī)房;基于高速數(shù)值解算能力的微型機(jī),表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣,要求將微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中,實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系的智能化控制,例如,將微型計(jì)算機(jī)經(jīng)電氣加固、機(jī)械加固,并配置各種接口電路,安裝到大型艦船中構(gòu)成自動(dòng)駕駛儀或輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這樣一來(lái),計(jì)算機(jī)便失去了原來(lái)的形態(tài)與通用的計(jì)算機(jī)功能。為了區(qū)別于原有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng),把嵌入到對(duì)象體系中,實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的計(jì)算機(jī),稱作嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此,嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機(jī)時(shí)代,嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個(gè)計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中去,這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。
2、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的兩大分支
由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到對(duì)象體系中,實(shí)現(xiàn)的是對(duì)象的智能化控制,因此,它有著與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。
通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算;技術(shù)發(fā)展方向則是:總線速度的無(wú)限提升,存儲(chǔ)容量的無(wú)限擴(kuò)大。 而嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對(duì)象的智能化控制能力;技術(shù)發(fā)展方向則是:與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。
早期,人們勉為其難地,將通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改裝,在大型設(shè)備中實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。然而,對(duì)于眾多的對(duì)象系統(tǒng)(如家用電器、儀器儀表、工控單元…),無(wú)法嵌入通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng),況且嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向完全不同,因此,必須獨(dú)立地發(fā)展通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng),這就形成了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支。
如果說(shuō)微型機(jī)的出現(xiàn),使計(jì)算機(jī)進(jìn)入到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展階段,那么嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的誕生,則標(biāo)志了計(jì)算機(jī)進(jìn)入了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時(shí)代,從而導(dǎo)致20世紀(jì)末,計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展時(shí)期。
3、兩大分支發(fā)展的里程碑事件
通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展,導(dǎo)致20世紀(jì)末、21世紀(jì)初,計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域集中精力發(fā)展通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件技術(shù),不必兼顧嵌入式應(yīng)用要求,通用微處理器迅速?gòu)?86、386、486到奔騰系列;操作系統(tǒng)則迅速擴(kuò)張計(jì)算機(jī)基于高速海量的數(shù)據(jù)文件處理能力,使通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入到盡善盡美階段。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路,這條獨(dú)立發(fā)展的道路就是單芯片化道路。它動(dòng)員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領(lǐng)域的廠家與專業(yè)人士,接過(guò)起源于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng),承擔(dān)起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務(wù),迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代。
因此,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于:它不僅形成了計(jì)算機(jī)發(fā)展的專業(yè)化分工,而且將發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的任務(wù)擴(kuò)展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領(lǐng)域,使計(jì)算機(jī)成為進(jìn)入人類社會(huì)全面智能化時(shí)代的有力工具。
第二章 嵌入式系統(tǒng)的定義與組成
1、嵌入式系統(tǒng)的定義
有些人把嵌入式處理器當(dāng)做嵌入式系統(tǒng),但由于嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的的含義,因此,只有將嵌入式處理器構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),并作為嵌入式應(yīng)用時(shí),這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可稱作嵌入式系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān),其主要技術(shù)發(fā)展方向是滿足嵌入式應(yīng)用要求,不斷擴(kuò)展對(duì)象系統(tǒng)要求的電路(如ADC、DAC、PWM、、日歷時(shí)鐘、電源監(jiān)測(cè)、程序運(yùn)行監(jiān)測(cè)電路等),形成滿足對(duì)象系統(tǒng)要求的應(yīng)用系統(tǒng)。因此,嵌入式系統(tǒng)作為一個(gè)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng),要不斷向計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展。因此,可以把定義中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)引伸成,滿足對(duì)象系統(tǒng)要求的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。
如果我們了解了嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)的由來(lái)與發(fā)展,對(duì)嵌入式系統(tǒng)就不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的誤解,而能歷史地、本質(zhì)地、普遍適用地定義嵌入式系統(tǒng)。
(1) 嵌入式系統(tǒng)的定性
按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求,嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為:“嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素。對(duì)象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。
(2) 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)
嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與定義不同,它是由定義中的三個(gè)基本要素衍生出來(lái)的。不同的嵌入式系統(tǒng)其特點(diǎn)會(huì)有所差異。
與“嵌入性”的相關(guān)特點(diǎn):由于是嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中,必須滿足對(duì)象系統(tǒng)的環(huán)境要求,如物理環(huán)境(小型)、電氣/氣氛環(huán)境(可靠)、成本(價(jià)廉)等要求的特點(diǎn)。
與“專用性”的相關(guān)特點(diǎn):軟、硬件的裁剪性。滿足對(duì)象要求的最小軟、硬件配置等。
與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的相關(guān)特點(diǎn):嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對(duì)象系統(tǒng)控制要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與上兩個(gè)特點(diǎn)相呼應(yīng),這樣的計(jì)算機(jī)必須配置有與對(duì)象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。
另外,在理解嵌入式系統(tǒng)定義時(shí),不要與嵌入式設(shè)備相混淆。嵌入式設(shè)備是指內(nèi)部有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品、設(shè)備,例如,內(nèi)含單片機(jī)的家用電器、儀器儀表、工控單元、機(jī)器人、手機(jī)、PDA等。
(3)嵌入式系統(tǒng)的種類與發(fā)展
按照上述嵌入式系統(tǒng)的定義,只要滿足定義中三要素的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),都可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級(jí)(工控機(jī))、板級(jí)(單板、模塊)、芯片級(jí)(MCU、SoC)。
2、嵌入式系統(tǒng)的組成
嵌入式系通常由嵌入式處理器、設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等幾大部分組成。
1、嵌入式處理器
嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式處理器與通用處理器的最大不同點(diǎn)在于其大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中。它通常把通用計(jì)算機(jī)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部,從而有有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化,并具有高效率、高可靠性等特征。大的硬件廠商會(huì)推出自己的嵌入式處理器,因而現(xiàn)今市面上有1000多種嵌入式處理器芯片,其中使用最為廣泛的有ARM 、MIPS、PowerPC、MC6800等。
2、設(shè)備
設(shè)備是指在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中,除了嵌入式處理器以外用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其它部件。根據(jù)設(shè)備的功能可以分為 存儲(chǔ)器、接口和人機(jī)交互。
3、嵌入式操作系統(tǒng)
在大型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中,為了使嵌入式開(kāi)發(fā)更方便、快捷,需要具備一種穩(wěn)定、安全的軟件模塊集合,用以管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng),以及提供多任務(wù)處理等,即嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)的引入大大的提高了嵌入式系統(tǒng)的功能,方便了應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì),但同時(shí)占用了寶貴的嵌入式系統(tǒng)資源。一般在比較大型或需要多任務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)合才考慮使用嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)常常需要有實(shí)時(shí)要求,所以嵌入式操作系統(tǒng)往往又是“ 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ”。早期的嵌入式系統(tǒng)幾乎都用于控制目的,從而或多或少都有些實(shí)時(shí)要求,所以從前“嵌入式操作系統(tǒng)”實(shí)際上是“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”的代名詞。今年來(lái)由于手持式計(jì)算機(jī)和掌上電腦等設(shè)備的出現(xiàn),也有了不帶實(shí)時(shí)要求的嵌入式系統(tǒng)。另外一方面,由于CPU速度的提高,一些原先認(rèn)為是“實(shí)時(shí)”的反應(yīng)速度現(xiàn)在已經(jīng)很普遍了。這樣,一些原先需要在“實(shí)時(shí)”操作系統(tǒng)上才能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用,現(xiàn)在已不難在常的操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。在這樣的背景下,“嵌入式操作系統(tǒng)”和“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”就成了不同的概念名詞。
4、應(yīng)用軟件
嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對(duì)特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域,基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺(tái),并能完成用戶的預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件。用戶的任務(wù)可能有時(shí)間和精度的要求。有些應(yīng)用軟件需要嵌入操作系統(tǒng)的支持,但在簡(jiǎn)單的場(chǎng)合下不需要專門(mén)的操作系統(tǒng)。由于嵌入式應(yīng)用軟件對(duì)成本十分敏感,因此,為減少系統(tǒng)成本,除了精簡(jiǎn)每個(gè)硬件單元的成本外,應(yīng)盡可能的減少應(yīng)用軟件的資源消耗,盡可能的優(yōu)化。
第三章 嵌入式系統(tǒng)的兩種應(yīng)用模式
嵌入式系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用特點(diǎn),決定了它的多學(xué)科交叉特點(diǎn)。作為計(jì)算機(jī)的內(nèi)含,要求計(jì)算機(jī)領(lǐng)域介入其體系結(jié)構(gòu)、軟件技術(shù)、工程應(yīng)用方法的發(fā)展。然而,了解對(duì)象系統(tǒng)的控制要求,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制模式必須具備對(duì)象領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。因此,從嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史過(guò)程,以及嵌入式應(yīng)用的多樣性中,可以了解到客觀上形成的兩種應(yīng)用模式。
1、客觀存在的兩種應(yīng)用模式
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)起源于微型機(jī)時(shí)代,但很快就進(jìn)入到獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。在單片機(jī)時(shí)代,嵌入式系統(tǒng)以器件形態(tài)迅速進(jìn)入到傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域中,以電子技術(shù)應(yīng)用工程師為主體,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化,而計(jì)算機(jī)專業(yè)隊(duì)伍并沒(méi)有真正進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。因此,電子技術(shù)應(yīng)用工程師以自己習(xí)慣性的電子技術(shù)應(yīng)用模式,從事單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā),這種應(yīng)用模式最重要的特點(diǎn)是:軟、硬件的底層性、隨意性;對(duì)象系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)的密切相關(guān)性;缺少計(jì)算機(jī)工程設(shè)計(jì)方法
雖然在單片機(jī)時(shí)代,計(jì)算機(jī)專業(yè)淡出了嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域,但隨著后PC時(shí)代到來(lái),網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展;同時(shí),嵌入式系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)有了很大的提升,為計(jì)算機(jī)專業(yè)人士介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊天地。計(jì)算機(jī)專業(yè)人士的介入,形成的計(jì)算機(jī)應(yīng)用模式帶有明顯的計(jì)算機(jī)的工程應(yīng)用特點(diǎn):即基于嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺(tái),以網(wǎng)絡(luò)、通信為主的非嵌入式底層應(yīng)用。
2、兩種應(yīng)用模式的并存與互補(bǔ)
由于嵌入式系統(tǒng)最大、最廣、最底層的應(yīng)用是傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域的智能化改造。因此,以通曉對(duì)象專業(yè)的電子技術(shù)隊(duì)伍為主、用最少的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開(kāi)銷(xiāo),以8位機(jī)為主,帶有濃重的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)色彩的電子系統(tǒng)應(yīng)用模式會(huì)長(zhǎng)期存在下去。另外計(jì)算機(jī)專業(yè)人士會(huì)愈來(lái)愈多地介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,但囿于對(duì)象專業(yè)知識(shí)的隔閡,其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)集中在網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體、商務(wù)電子等方面,不可能替代原來(lái)電子工程師在控制、儀器儀表、機(jī)械電子等方面的嵌入式應(yīng)用。因此,客觀存在的兩種應(yīng)用模式會(huì)長(zhǎng)期并存下去,在不同的領(lǐng)域中相互補(bǔ)充。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式應(yīng)從計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)模式中,學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)工程方法和嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù);計(jì)算機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)模式應(yīng)從電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式中,了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的電路系統(tǒng)特性,基本的電路設(shè)計(jì)方法和對(duì)象系統(tǒng)的基本要求等。
3、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的高低端
由于嵌入式系統(tǒng)有過(guò)很長(zhǎng)的一段單片機(jī)的獨(dú)立發(fā)展道路,大多是基于8位單片機(jī),實(shí)現(xiàn)最底層的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,帶有明顯的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式特點(diǎn)。大多數(shù)從事單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員,都是對(duì)象系統(tǒng)領(lǐng)域中的電子系統(tǒng)工程師,加之單片機(jī)的出現(xiàn),立即脫離了計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域,以“智能化”器件身份進(jìn)入電子系統(tǒng)領(lǐng)域,沒(méi)有帶入“嵌入式系統(tǒng)”概念。因此,不少?gòu)氖聠纹瑱C(jī)應(yīng)用的人,不了解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系,在談到“嵌入式系統(tǒng)”領(lǐng)域時(shí),往往理解成計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域的,基于32位嵌入式處理器,從事網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體等的應(yīng)用。這樣,“單片機(jī)”與“嵌入式系統(tǒng)”形成了嵌入式系統(tǒng)中常見(jiàn)的兩個(gè)獨(dú)立的名詞。但由于“單片機(jī)”是典型的,獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的嵌入式系統(tǒng),從學(xué)科建設(shè)的角度出發(fā),應(yīng)該把它的統(tǒng)一成“嵌入式系統(tǒng)”。考慮到原來(lái)單片機(jī)的電子系統(tǒng)底層應(yīng)用特點(diǎn),可以把嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用分成高端與低端,把原來(lái)的單片機(jī)應(yīng)用理解成嵌入式系統(tǒng)的低端應(yīng)用,含義為它的底層性以及與對(duì)象系統(tǒng)的緊耦合。
第四章 嵌入式系統(tǒng)的低端應(yīng)用:8位單片機(jī)
1、單片機(jī)開(kāi)創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路
嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代,然而,微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性都無(wú)法滿足廣大對(duì)象系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用要求,因此,嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上,從而開(kāi)創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。
在探索單片機(jī)的發(fā)展道路時(shí),有過(guò)兩種模式,即“Σ模式”與“創(chuàng)新模式”。“Σ模式”本質(zhì)上是通用計(jì)算機(jī)直接芯片化的模式,它將通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的基本單元進(jìn)行裁剪后,集成在一個(gè)芯片上,構(gòu)成單片微型計(jì)算機(jī);“創(chuàng)新模式”則完全按嵌入式應(yīng)用要求設(shè)計(jì)全新的,滿足嵌入式應(yīng)用要求的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照創(chuàng)新模式發(fā)展起來(lái)的單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)(單片微型計(jì)算機(jī)),MCS-51是在MCS-48探索基礎(chǔ)上,進(jìn)行全面完善的嵌入式系統(tǒng)。歷史證明,“創(chuàng)新模式”是嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的正確道路,MCS-51的體系結(jié)構(gòu)也因此成為單片嵌入式系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)體系。
2、單片機(jī)的技術(shù)發(fā)展
單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末,經(jīng)歷SCM、MCU、SoC三大階段
SCM即單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)階段,主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功,奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開(kāi)創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上,Intel公司功不可沒(méi)。
MCU即微控制器(MicroController Unit)階段,這階段主要的技術(shù)發(fā)展方向是:不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí),對(duì)象系統(tǒng)要求的各種電路與接口電路,突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān),因此,發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來(lái)看,Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面最著名的廠家當(dāng)數(shù)PHILIPS公司。PHILIPS公司以其在嵌入式應(yīng)用方面巨大優(yōu)勢(shì)將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此,當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí),不要忘記Intel和PHILIPS的歷史功績(jī)。
單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路,向MCU階段發(fā)展的重要因素,就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決。因此,專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展,基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此,對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用
1、概述
由于網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)在經(jīng)歷了近20年的發(fā)展歷程后,又進(jìn)入了一個(gè)新的歷史發(fā)展階段,即從普遍的低端應(yīng)用進(jìn)入到一個(gè)高、低端并行發(fā)展 ,并且不斷提升低端應(yīng)用技術(shù)水平的時(shí)代,其標(biāo)志是近年來(lái)32位MCU的發(fā)展。
32位MCU的應(yīng)用不會(huì)走8位機(jī)百花齊放、百余種型號(hào)系列齊上陣的道路,這是因?yàn)樵?位機(jī)的低端應(yīng)用中,嵌入對(duì)象與對(duì)象專業(yè)領(lǐng)域十分廣泛而復(fù)雜;而當(dāng)前32位MCU的高端應(yīng)用則多集中在網(wǎng)絡(luò)、通信和多媒體技術(shù)領(lǐng)域,32位MCU將會(huì)集中在少數(shù)廠家發(fā)展的少數(shù)型號(hào)系列上。
在嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用的發(fā)展中,曾經(jīng)有眾多的廠家參與,很早就有許多8位嵌入式MCU廠家實(shí)施了8位、16位和32位機(jī)的發(fā)展計(jì)劃。后來(lái),8位和32位機(jī)的技術(shù)擴(kuò)展侵占了16位機(jī)的發(fā)展空間。傳統(tǒng)電子系統(tǒng)智能化對(duì)8位機(jī)的需求使這些廠家將主要精力放在8位機(jī)的發(fā)展上,形成了32位機(jī)發(fā)展遲遲不前的局面。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)、通信和多媒體信息家電業(yè)興起后,出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用的市場(chǎng);而在嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用中,進(jìn)行多年技術(shù)準(zhǔn)備的ARM公司適時(shí)地推出了32位ARM系列嵌入式微處理器,以其明顯的性能優(yōu)勢(shì)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)平臺(tái)扇出的運(yùn)行方式,迅速形成32位機(jī)高端應(yīng)用的主流地位,以至于使不少傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)廠家放棄了自己的32位發(fā)展計(jì)劃,轉(zhuǎn)而使用ARM內(nèi)核來(lái)發(fā)展自己的32位MCU。甚至在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展史上做出卓越貢獻(xiàn)的Intel公司以及將單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展到微控制器的PHILIPS公司,在發(fā)展32位嵌入式系統(tǒng)時(shí)都不另起爐灶,而是轉(zhuǎn)而使用ARM公司的嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)發(fā)展自己的32位MCU。
網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體和信息家電時(shí)代的到來(lái),無(wú)疑為32位嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用提供了空前巨大的發(fā)展空間;同時(shí),也為力不從心的8位機(jī)向高端發(fā)展起到了接力作用。一般來(lái)說(shuō),嵌入式系統(tǒng)的高、低端應(yīng)用模糊地界定為: 高端用于具有海量數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)絡(luò)、通信和多媒體領(lǐng)域,低端則用于對(duì)象系統(tǒng)的控制領(lǐng)域。然而,控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)要求在這些8位機(jī)的應(yīng)用中提升海量數(shù)據(jù)處理能力。當(dāng)8位機(jī)無(wú)法滿足這些提升要求時(shí),便會(huì)轉(zhuǎn)而求助32位機(jī)的解決辦法。因此,32位機(jī)的市場(chǎng)需求發(fā)展由兩方面所致: 一方面是高端新興領(lǐng)域(網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體和信息家電)的拓展;另一方面是低端控制領(lǐng)域應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理能力的提升要求。
后PC時(shí)代的到來(lái)以及32位嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用吸引了大量計(jì)算機(jī)專業(yè)人士的介入,加之嵌入式系統(tǒng)軟/硬件技術(shù)的發(fā)展,導(dǎo)致了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用模式的巨大變化,即使嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)入到一個(gè)基于軟/硬件平臺(tái)、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)代,并帶動(dòng)了SoC技術(shù)的發(fā)展。
在眾多嵌入式系統(tǒng)廠家參與下,基于ARM系列處理器的應(yīng)用技術(shù)會(huì)在眾多領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。Intel公司將ARM系列向更高端的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展;而PHILIPS公司則在向高端嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí),向低端的8位和16位機(jī)的高端應(yīng)用延伸。Intel公司和PHILIPS公司的發(fā)展都體現(xiàn)了各自的特點(diǎn),并充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì)。因此,在32位嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中,ARM系列會(huì)形成ARM公司領(lǐng)軍,眾多廠家參與,計(jì)算機(jī)專業(yè)、電子技術(shù)專業(yè)以及對(duì)象專業(yè)人士共同推動(dòng)的局面,形成未來(lái)32位嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的主流趨勢(shì)。這種集中分工的技術(shù)發(fā)展模式有利于嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展。
2、ARM
ARM(Advanced RISC Machines)是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè),設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域,比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。
隨著嵌入式系統(tǒng)處理器的不斷發(fā)展,典型的32位RISC芯片——ARM處理器,不論是在PDA,STB,DVD等消費(fèi)類電子產(chǎn)品中,還是在GPS,航空,勘探,測(cè)量等軍方產(chǎn)品中都得到了廣泛的應(yīng)用。越來(lái)越多的芯片廠商早已看好ARM的前景,比如Intel, NS, Atmel, Philips, NEC, CirrusLogic等公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品。他們把更多的功能集成在ARM芯片中,使其成為了高集成度,低功耗的典型代表。
ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商,每個(gè)廠商得到的都是一套獨(dú)一無(wú)二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系,ARM很快成為許多全球性RISC標(biāo)準(zhǔn)的締造者。
ARM架構(gòu)是面向低預(yù)算市場(chǎng)設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器。
ARM提供一系列內(nèi)核、體系擴(kuò)展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產(chǎn)品均采用一個(gè)通用的軟件體系,所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運(yùn)行(理論上如此)。典型的產(chǎn)品如下。
①CPU內(nèi)核
--ARM7:小型、快速、低能耗、集成式RISC內(nèi)核,用于移動(dòng)通信。
-- ARM7TDMI(Thumb):這是公司授權(quán)用戶最多的一項(xiàng)產(chǎn)品,將ARM7指令集同Thumb擴(kuò)展組合在一起,以減少內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本。同時(shí),它還利用嵌入式ICE調(diào)試技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),并用一個(gè)DSP增強(qiáng)擴(kuò)展來(lái)改進(jìn)性能。該產(chǎn)品的典型用途是數(shù)字蜂窩電話和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。
--ARM9TDMI:采用5階段管道化ARM9內(nèi)核,同時(shí)配備Thumb擴(kuò)展、調(diào)試和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下,性能可達(dá)ARM7TDMI的兩倍之多。常用于連網(wǎng)和頂置盒。
②體系擴(kuò)展
-- Thumb:以16位系統(tǒng)的成本,提供32位RISC性能,特別注意的是它所需的內(nèi)存容量非常小。
③嵌入式ICE調(diào)試
由于集成了類似于ICE的CPU內(nèi)核調(diào)試技術(shù),所以原型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)芯片的調(diào)試得到了極大的簡(jiǎn)化。
④微處理器
--ARM710系列,包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低價(jià)、低能耗、封裝式常規(guī)系統(tǒng)微型處理器,配有高速緩存(Cache)、內(nèi)存管理、寫(xiě)緩沖和JTAG。廣泛應(yīng)用于手持式計(jì)算、數(shù)據(jù)通信和消費(fèi)類多媒體。
--ARM940T、920T系列:低價(jià)、低能耗、高性能系統(tǒng)微處理器,配有Cache、內(nèi)存管理和寫(xiě)緩沖。應(yīng)用于高級(jí)引擎管理、保安系統(tǒng)、頂置盒、便攜計(jì)算機(jī)和高檔打印機(jī)。
關(guān)鍵詞:綜合電子系統(tǒng);嵌入式計(jì)算機(jī)體系;結(jié)構(gòu)
中圖分類號(hào):TD672文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-9599 (2010) 06-0000-01
Integrated Electronic System Embedded Computer Architecture
Feng Lipei
(The State Administration of Radio Film and Television 723 Radio,Shijiazhuang050086,China)
Abstract:As the modern electronic information technology development and innovation and electronic information technology application of the areas of diversification of integrated electronic computer system,and embedded in the military,a smart appliance,the digital machine tools,
refrigerators and other areas of electronic devices are widely used. this article by a brief analysis and study electronics and computer system to embedded systems architecture to meet the new generation of integrated electronic computer systems for performance of the embedded application requirements.
Keywords:Integrated electronic systems;Embedded computer system;Structure
一、綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)
綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)是嵌入到對(duì)象體系中的專用計(jì)算機(jī),其物理結(jié)構(gòu)和功能都嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中,不能脫離系統(tǒng)操控程序而獨(dú)立運(yùn)行。進(jìn)入21世紀(jì)以后,綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)在軍事上得到了廣泛的推廣與應(yīng)用,同時(shí)在智能家電、數(shù)字機(jī)床、車(chē)載電子設(shè)備等生活領(lǐng)域也得到不少的應(yīng)用,為人類的發(fā)展注入了全新的科技動(dòng)力。綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),主要表現(xiàn)在以下幾方面:
(一)實(shí)時(shí)性
綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)直接從前端傳感器獲取信息和資料,進(jìn)行實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)的操控處理和技術(shù)分析,因此,綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)對(duì)信息的處理、分發(fā)和管理的實(shí)時(shí)性要求極高。
(二)與宿主系統(tǒng)相匹的性能與功能
綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)是宿主系統(tǒng)的主要組成部分,其體積、重量、形狀、性能等諸多數(shù)據(jù)參數(shù)必須滿足各種宿主系統(tǒng)的不同技術(shù)性要求,其功能性與技術(shù)性必須與宿主系統(tǒng)的水平相適應(yīng),符合技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)發(fā)展方向。[1]
(三)環(huán)境的可靠性和適應(yīng)性
綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)被大量應(yīng)用于工業(yè)、軍事、野外等惡劣環(huán)境中,要經(jīng)受振動(dòng)、輻射、鹽霧、高低溫、電磁干擾等經(jīng)驗(yàn),對(duì)可靠性要求極高。傳統(tǒng)綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行剪裁。[2]綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)采用模板化結(jié)構(gòu),但是總線帶寬和擴(kuò)展能力有限,不具備動(dòng)態(tài)重構(gòu)、數(shù)據(jù)信號(hào)綜合處理等功能。
二、綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)
嵌入式系統(tǒng)是現(xiàn)代電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù),以及各個(gè)行業(yè)具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。因此,嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)資金密集、技術(shù)密集、高度創(chuàng)新、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的核心部件是處理器,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
圖1 綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)
(一)嵌入式微控制器
嵌入式微控制器將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中,芯片內(nèi)部集成RAM、ROM/EPROM、總線邏輯、總線、定時(shí)/定時(shí)器,WatchDog、串行口、D/A、A/D、Flash RAM、EEPROM等各種基礎(chǔ)功能和外設(shè)。為了適用綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)不同的體系結(jié)構(gòu)和功能需求,一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品,每種衍生產(chǎn)品的處理內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)都是相近的,不同的存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。[3]這種體系機(jī)構(gòu)可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配,功能不多不少,從而減少功耗和成本。目前,世界通用的嵌入式控制器型號(hào)主要有:P51XA、8051、C166/167、MCS-96/196/296、MC68HC05/11/12/16等。
圖2 嵌入式微控制器結(jié)構(gòu)圖
(二)嵌入式微處理器
嵌入式微處理器是綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)的CPU,在實(shí)際應(yīng)用中,微處理器被裝配在專門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上,只是保留和嵌入式應(yīng)用的相關(guān)母版功能,這種體系結(jié)構(gòu)可以最大幅度減少系統(tǒng)的體積和能源消耗。[4]嵌入式微處理器具有重量輕、體積小、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn),其體系結(jié)構(gòu)的電路板上必須包括:總線路接口、各種外線器件、RAM、ROM等,技術(shù)保密性相對(duì)較強(qiáng)。目前,世界主要應(yīng)用的嵌入式微處理器主要有:386EX、Power PC、SC-400、MIPS、68000、ARM等系列。
圖3嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)圖
(三)嵌入式片上系統(tǒng)
近年來(lái),隨著EDI的推廣和VLSI設(shè)計(jì)的普及化,綜合電子系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的全新計(jì)算機(jī)系統(tǒng),也可以稱之為SOC。嵌入式片上系統(tǒng)一般可以分為通用和專用兩類,通用系列包括Infineon的TirCore,Motorola的M-Core;專用系列包括Philips的Smart XA等。
圖4嵌入式片上系統(tǒng)
關(guān)鍵字：嵌入式；計(jì)算機(jī)軟
件嵌入式技術(shù)隨著國(guó)家綜合實(shí)力的不斷增強(qiáng)，隨著科技的不斷地快速發(fā)展，技術(shù)增強(qiáng)的幅度也得到大幅度的提高，在各個(gè)行業(yè)中，嵌入式實(shí)時(shí)軟件也得到大面積的運(yùn)用，隨著嵌入式實(shí)施軟件的優(yōu)點(diǎn)不斷地顯現(xiàn)，人們對(duì)嵌入式技術(shù)的認(rèn)可度也得到很快的認(rèn)可，他可以使得軟件的缺陷越來(lái)越少，質(zhì)量得到大幅度提高，所以，在今后的科技發(fā)展中，嵌入式技術(shù)的運(yùn)用空間也會(huì)越來(lái)越大，成就也會(huì)越來(lái)越高。
1嵌入式軟件的技術(shù)特征
1.1可靠性
嵌入式軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的一種操作方式，工作時(shí)間，系統(tǒng)的可靠性可以影響嵌入式操作系統(tǒng)，有時(shí)連工作時(shí)間也會(huì)影響到嵌入式軟件系統(tǒng)，嵌入式軟件系統(tǒng)重要的管理因素就是時(shí)間，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)我們必須要完成任務(wù)的分配與調(diào)度，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有完成任務(wù)，就會(huì)對(duì)嵌入系統(tǒng)造成影響，時(shí)間在某種條件下也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正確性造成影響，嵌入式軟件系統(tǒng)中重要的一種因素就是可靠性，在某種情況下，如果嵌人式軟件系統(tǒng)的安全性得不到保障，其可靠性就會(huì)造成威脅，這樣就會(huì)造成損失，嚴(yán)重的情況下，會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失；
1.2系統(tǒng)可靠性
只有安全的工作環(huán)境，嵌入式系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，系統(tǒng)的安全可靠性得到保證，如果外界環(huán)境不安全，系統(tǒng)的工作性能不穩(wěn)定就會(huì)使得嵌入式，只有外界環(huán)境安全，工作系統(tǒng)的可靠性較高，那么在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中嵌入式系統(tǒng)才能高效的運(yùn)行發(fā)揮。在工業(yè)自動(dòng)話和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的情況下，就產(chǎn)生了嵌入式技術(shù)軟件，嵌入式軟件系統(tǒng)在我們的生活中具有較大的運(yùn)用，比如在儀器儀表，辦公設(shè)備，軟件開(kāi)發(fā)中都有較多的運(yùn)用，并且影響力是非常大的。
1.3時(shí)限性
時(shí)限在嵌入式軟件系統(tǒng)中是一個(gè)非常重要的因素，可以說(shuō)起到確定性的作用，如果不符合時(shí)限的要求，在一定的程度上會(huì)對(duì)嵌入式軟件系統(tǒng)造成災(zāi)難性的影響，這種程度的影響我們稱為是十分嚴(yán)格時(shí)限；當(dāng)時(shí)限到時(shí)，會(huì)造成一定的影響，但是并不是災(zāi)難性的影響，只是任務(wù)產(chǎn)生的結(jié)果沒(méi)用了，這種的現(xiàn)象我們稱之為是比較嚴(yán)格時(shí)限；如果當(dāng)時(shí)限達(dá)到時(shí)，沒(méi)有產(chǎn)生嚴(yán)格時(shí)限與比較時(shí)限，是其他的情況，這樣我們稱為是款損時(shí)限。按照上面所述，嵌入式軟件系統(tǒng)可以分為嚴(yán)格時(shí)限，比較嚴(yán)格時(shí)限與寬松時(shí)限三種類型。
2嵌入式軟件系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)
在我們的日常生活中，嵌入式軟件系統(tǒng)可以說(shuō)就在我們的身邊，距離我們不遠(yuǎn)。很多，很多，比如通訊設(shè)備中，手機(jī)，電話是嵌入式系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)中的數(shù)碼相機(jī)，數(shù)字電視也都是采用嵌入式系統(tǒng)。如果計(jì)算機(jī)采用的是嵌入式軟件系統(tǒng)，相比于普通的系統(tǒng)，會(huì)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如，在使用過(guò)程中，計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)，鼠標(biāo)，鍵盤(pán)的靈活性能都是非常的好，性能都是非常的高。具有較好的自已控制能力，所以在計(jì)算機(jī)的運(yùn)用中具有廣闊的前景。
2.1兼容性
嵌人式軟件的核心技術(shù)是嵌入式微處理器，一般的計(jì)算機(jī)軟件，硬件與軟件往往是不兼容的，不能夠同時(shí)存在，這樣就會(huì)造成使用者的不方便，如果計(jì)算機(jī)采取嵌入式軟件，它就會(huì)使得軟件的硬件與軟件得到同時(shí)使用，并且支持多任務(wù)的同時(shí)使用，在結(jié)束任務(wù)時(shí)，也可以同時(shí)關(guān)閉多個(gè)運(yùn)營(yíng)中的軟件，所以嵌入式軟件具有很好的運(yùn)營(yíng)功能，在計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)中，嵌入式軟件會(huì)顯得越來(lái)越來(lái)的重要，運(yùn)用性也會(huì)得到廣泛的運(yùn)用。
2.2專業(yè)性
嵌入式軟件具有較強(qiáng)的專業(yè)性，實(shí)用性也非常的強(qiáng)，所以在人們的生活中具有廣泛的運(yùn)用，可以及時(shí)全面的解決我們所遇到的各種難題，如果在計(jì)算機(jī)的程序中運(yùn)用嵌入式實(shí)時(shí)軟件，這樣可以使得軟件的缺陷得到減少，同時(shí)可以使得軟件的質(zhì)量得到很大的提高，在計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)與發(fā)展中，嵌入式實(shí)時(shí)軟件發(fā)揮的作用會(huì)越來(lái)的越大。
3嵌入式軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的運(yùn)用方法
3.1劃分各程序的職責(zé)
在嵌入性軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，劃分各程序職責(zé)非常的重要，它可以保證軟件的實(shí)時(shí)，可以避免軟件與硬件同步的過(guò)程中出現(xiàn)分離的狀況出現(xiàn)。
3.2嵌入式實(shí)時(shí)軟件的控制
由于嵌人型軟件具有較高的性能，所以在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)嵌入式軟件的設(shè)計(jì)要求也非常的高，對(duì)嵌入式實(shí)施軟件的控制性能要求性也非常的高，否則，在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中就會(huì)造成軟件故障出現(xiàn)，這樣，在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中我們要對(duì)軟件的控制時(shí)間以及外界環(huán)境的安全性具有較高操作。
3.3嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的作用
嵌入式軟件可以使得軟件與硬件具有較好的結(jié)合，具有同時(shí)使用與存在的功效，可以增強(qiáng)軟件的獨(dú)立性與重用性。
4嵌入式軟件實(shí)例及應(yīng)用前景
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)；嵌入式軟件；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）32-0064-02
隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)及軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式軟件也有了飛躍的進(jìn)步，被人們開(kāi)發(fā)出來(lái)的嵌入式先進(jìn)設(shè)備也被廣泛運(yùn)用到日常生活中及各行各業(yè)中，改變了我們的生產(chǎn)生活。在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用嵌入式軟件，可以改善軟件系統(tǒng)的性能，降低了軟件產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題的幾率，還可以優(yōu)化軟件系統(tǒng)，使軟件系統(tǒng)更加穩(wěn)定和可靠。嵌入式軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有一定的研究?jī)r(jià)值。
1 嵌入式軟件的基本認(rèn)識(shí)
隨著社會(huì)不斷朝著信息化的方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾栽絹?lái)越突出。在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，由于嵌入式軟件具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且操作簡(jiǎn)單，深受計(jì)算機(jī)行業(yè)人士的喜愛(ài)。嵌入式軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中也有著重要的地位，不僅能夠大大地提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，還能夠避免軟件產(chǎn)品中的問(wèn)題及不足。在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以以嵌入式軟件的執(zhí)行預(yù)測(cè)、緩存機(jī)制及動(dòng)態(tài)分配為基礎(chǔ)，優(yōu)化計(jì)算機(jī)軟件實(shí)時(shí)處理功能。嵌入式軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中主要是硬件處理及軟件處理兩方面的應(yīng)用，在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，要以系統(tǒng)為支撐，然后通過(guò)程序員編寫(xiě)程序。在此過(guò)程中對(duì)多個(gè)任務(wù)進(jìn)行同時(shí)處理的系統(tǒng)就是嵌入式處理器。嵌入式處理器能夠在極短的時(shí)間內(nèi)處理多個(gè)任務(wù)，并且還能夠?qū)崟r(shí)保存信息資源。嵌入式軟件有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：其一，由于嵌入式軟件的模塊化，它可以檢測(cè)軟件并且對(duì)其進(jìn)行修復(fù)；其二，嵌入式軟件可擴(kuò)展軟件處理器，在計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和操作的時(shí)候，可以使用最低的功率進(jìn)行，使嵌入式軟件的優(yōu)勢(shì)可以最大程度的得到發(fā)揮，嵌入式軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中有著主導(dǎo)作用。
2 計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的嵌入式軟件設(shè)計(jì)策略
2.1 嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)步驟及設(shè)計(jì)
2.1.1 嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)依據(jù)
在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用嵌入式軟件的原理主要是計(jì)算機(jī)在處理緊急的軟件時(shí)，嵌入式軟件可以利用實(shí)時(shí)處理功能構(gòu)建CORBA模型。另外，嵌入式軟件還能運(yùn)用遠(yuǎn)程調(diào)控功能為計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)提供多種設(shè)計(jì)任務(wù)，降低計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量。下文就以CORBA模型為例子，研究嵌入式軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，探索嵌入式軟件是否可以對(duì)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新及完善。
2.1.2 嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)步驟
在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中使用嵌入式軟件，可以有效提高計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)水平，優(yōu)化計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)流程，進(jìn)一步提高軟件系統(tǒng)的可靠性。在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中使用嵌入式軟件的時(shí)候，首先就要確定軟件的開(kāi)發(fā)流程，全面了解計(jì)算機(jī)中的軟件及硬件結(jié)構(gòu)，使兩者能夠分離，使軟件不再依靠硬件，從而提高計(jì)算機(jī)軟件的安全性及可靠性。應(yīng)用嵌入式軟件還能初始化計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)，并格式化計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為了能夠使計(jì)算機(jī)軟件中的設(shè)計(jì)能夠更加完善，可以直接對(duì)軟件及硬件進(jìn)行操作。嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)流程見(jiàn)圖1。
嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)流程的步驟分為：其一，全面掌握計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的需求，并且對(duì)其進(jìn)行分析了解；其二，根據(jù)計(jì)算機(jī)軟件的需求，程序員就可以編寫(xiě)程序代碼；其三，對(duì)軟件性能進(jìn)行測(cè)試，并且對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，從而能夠優(yōu)化計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)流程是比較簡(jiǎn)單的，這也為計(jì)算機(jī)軟件提供了可靠性的保障。在軟件設(shè)計(jì)中，應(yīng)該著重注意軟件數(shù)據(jù)的初始化工作和格式化工作。
2.2 嵌入式軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2.2.1 對(duì)計(jì)算機(jī)軟件多任務(wù)進(jìn)行劃分
嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件可以保障系統(tǒng)功能的完善，并且還肩負(fù)著資源管理及任務(wù)間的通信責(zé)任。對(duì)軟件的資源管理及任務(wù)通信進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的微內(nèi)核，其也是計(jì)算機(jī)軟件的基礎(chǔ)程序。應(yīng)用嵌入式軟件，就要對(duì)軟件不斷地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及協(xié)調(diào)，并且優(yōu)化嵌入式RTOS模型，使軟件系統(tǒng)中的任務(wù)可以獨(dú)立工作。
對(duì)計(jì)算機(jī)軟件中的任務(wù)進(jìn)行劃分，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之后再進(jìn)行分析應(yīng)用程序。影響任務(wù)劃分主要是由于應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信之間的異步關(guān)系，其可以從兩方面進(jìn)行考慮：其一，系統(tǒng)中的輸入/輸出系統(tǒng)。輸入/輸出系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)要以軟件系統(tǒng)中的應(yīng)用程序及中斷為基礎(chǔ)才能夠?qū)崿F(xiàn)，其中應(yīng)用程序就占了CPU大部分的空間，所以就要通過(guò)中斷以此來(lái)提高計(jì)算機(jī)軟件中的實(shí)時(shí)性及實(shí)用性；其二，軟件系統(tǒng)內(nèi)部功能。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中的并行任務(wù)有周期任務(wù)、應(yīng)用控制任務(wù)及用戶接口任務(wù)等等，為了將這些任務(wù)合為一個(gè)任務(wù)，就要對(duì)任務(wù)的激活進(jìn)行全面考慮。為了能夠使計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程更加簡(jiǎn)單，可以使用同一種事件驅(qū)動(dòng)，來(lái)提高軟件的資源共享。
2.2.2 存儲(chǔ)映像布局及任務(wù)組織
在對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用功能劃分為多個(gè)獨(dú)立任務(wù)之后，就要對(duì)其進(jìn)行組織，組織任務(wù)的方式主要是以各個(gè)任務(wù)之間的關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行的，這些任務(wù)的組織及管理功能與嵌入式操作系統(tǒng)有著一定的聯(lián)系。另外，由于嵌入式操作系統(tǒng)并不完善，所以就要應(yīng)用程序保存在FLASH或者ROM中。為了之后操作系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，就要在組織任務(wù)的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行科學(xué)的安排，并且對(duì)計(jì)算機(jī)軟件中的系統(tǒng)布局進(jìn)行優(yōu)化及完善。軟件系統(tǒng)布局主要重點(diǎn)考慮存儲(chǔ)映像布局和物理零地址存儲(chǔ)器，系統(tǒng)在加電之后，可以在物理零地址上設(shè)置代碼。嵌入式軟件中的應(yīng)用系統(tǒng)是由ROM啟動(dòng)，物理零地址可以存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的向量。此方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單快捷，能夠提高處理器在調(diào)取向量的速度。
2.2.3 任務(wù)調(diào)度及實(shí)時(shí)性應(yīng)用
在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)用嵌入式軟件，要重點(diǎn)考慮嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，主要分為兩方面：其一，軟實(shí)時(shí)性。主要是使系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，如果沒(méi)有完成可以延遲；其二，硬實(shí)時(shí)性。主要是使系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，如果沒(méi)有完成，則會(huì)有嚴(yán)重后果。所以計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的調(diào)度應(yīng)該采用優(yōu)先的方式，這種方式主要是指微內(nèi)核可以根據(jù)系統(tǒng)中的緊急任務(wù)來(lái)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)先順序的安排，并且可以根據(jù)不同的優(yōu)先等級(jí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，以使響應(yīng)時(shí)間可以有效降低。
2.2.4 初始化系統(tǒng)
在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中使用嵌入式軟件，還要重點(diǎn)考慮對(duì)系統(tǒng)的初始化及執(zhí)行。編寫(xiě)初始化系統(tǒng)代碼是在嵌入式系統(tǒng)的微內(nèi)核及硬件抽象層中的，主要是對(duì)系y進(jìn)行初始化及引導(dǎo)。與計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)不一樣的是其并沒(méi)有BIOS系統(tǒng)，所以，開(kāi)發(fā)軟件的工作人員就要設(shè)計(jì)方案來(lái)引導(dǎo)系統(tǒng)和編寫(xiě)初始化代碼，對(duì)這些代碼進(jìn)行執(zhí)行之后，再進(jìn)行工作，比如存儲(chǔ)系統(tǒng)的初始化、RAM變量的初始化及設(shè)置異常中斷向量等等。最后再通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的指令來(lái)緩沖嵌入式軟件系統(tǒng)，隨后進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文首先闡述了嵌入式軟件的含義及特點(diǎn)，對(duì)嵌入式軟件設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行了分析，研究了在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中使用嵌入式軟件的作用。由此可以看出來(lái)嵌入式軟件的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)越來(lái)越好，并且值得我們推廣。
參考文獻(xiàn)：
[1] 章慧云.嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化，2014（12）：184-185.
[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)信息產(chǎn)業(yè)嵌入式系統(tǒng)企業(yè)計(jì)算人工智能
一、企業(yè)計(jì)算的發(fā)展?fàn)顩r
1.企業(yè)計(jì)算的含義
企業(yè)計(jì)算（EnterpriseComputing）主要是指企業(yè)信息系統(tǒng)，如ERP軟件（企業(yè)資源規(guī)劃）、CRM軟件（客戶關(guān)系管理）、SCM軟件（供應(yīng)鏈管理、即物流軟件），銀行證券軟件，財(cái)務(wù)軟件，電子商務(wù)/政務(wù)（包括各種網(wǎng)站），數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，數(shù)據(jù)挖掘，商務(wù)智能等企業(yè)信息管理系統(tǒng)。
2.企業(yè)計(jì)算的發(fā)展
回顧IT產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展脈絡(luò)。40年前IBMS/360系統(tǒng)的誕生開(kāi)創(chuàng)了以大型主機(jī)為核心的重心計(jì)算時(shí)代，計(jì)算機(jī)開(kāi)始影響人類發(fā)展的歷程。之后小型機(jī)的興起和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟使分布式計(jì)算模式被人們廣泛的接收。到了上世紀(jì)80年代，IBM發(fā)明的個(gè)人電腦（PC）更是將客戶機(jī)/服務(wù)器的計(jì)算機(jī)模式逐漸推向一個(gè)高峰。隨著互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，業(yè)界進(jìn)入到了互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算時(shí)代，IBM在這個(gè)時(shí)期率先倡導(dǎo)了電子商務(wù)理念，使得IT手段首次成為了商業(yè)生活中不可缺少的組成部分。進(jìn)入21世紀(jì)，IT業(yè)界再次迎來(lái)新變革大潮，我們看到以SOA、虛擬化技術(shù)為代表的21世紀(jì)企業(yè)計(jì)算模式已經(jīng)漸露端倪，并成為成就企業(yè)創(chuàng)新成功的重要因素。
今天，企業(yè)需要通過(guò)不斷的業(yè)務(wù)創(chuàng)新來(lái)推動(dòng)自身的發(fā)展。越來(lái)越多的CIO開(kāi)始意識(shí)到，在企業(yè)業(yè)務(wù)創(chuàng)新中，自身扮演著非常重要的角色。業(yè)務(wù)的創(chuàng)新離不開(kāi)先進(jìn)的IT基礎(chǔ)架構(gòu)支撐，這也對(duì)IT基礎(chǔ)架構(gòu)提出了新的要求，這些要求歸結(jié)起來(lái)有如下幾個(gè)方面：如何滿足企業(yè)對(duì)掌控信息，優(yōu)化IT的需求；如何幫助企業(yè)降低風(fēng)險(xiǎn)、提升員工的效率，支持業(yè)務(wù)靈活性。要解決以上的問(wèn)題，建立一個(gè)面向創(chuàng)新的IT基架構(gòu)是行之有效的途徑。一個(gè)面向創(chuàng)新的IT基礎(chǔ)架構(gòu)的顯著特征是以SOA，虛擬化技術(shù)為核心，具有安全、可擴(kuò)展的特性，同時(shí)秉承開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的思想，有能力協(xié)同各方資源。
3.當(dāng)今企業(yè)計(jì)算的模式
在當(dāng)今的企業(yè)計(jì)算模式下，以下的一些熱點(diǎn)正在成為重要的應(yīng)用趨勢(shì)：ServerFarm2.0（下一代ServerFarm），ServerFarm2.0實(shí)際上代表了虛擬化技術(shù)在客戶數(shù)據(jù)中心的最新應(yīng)用理念。它以虛擬化的服務(wù)器存儲(chǔ)設(shè)備、系統(tǒng)管理和自動(dòng)化軟件為基礎(chǔ)，同時(shí)是以一種服務(wù)的形式為客戶變化的應(yīng)用需求提供靈活的基礎(chǔ)架構(gòu)資源。應(yīng)用ServerFarm2.0，客戶可以縮短應(yīng)用部署時(shí)間、簡(jiǎn)化硬件系統(tǒng)、大大節(jié)省硬件投資，同時(shí)管理流程自動(dòng)化可以提高系統(tǒng)維護(hù)人員的效率。
綠色數(shù)據(jù)中心——gartner公司指出，環(huán)境的可持續(xù)性正在成為IT組織日益優(yōu)先關(guān)心的問(wèn)題，并預(yù)計(jì)到2011年將會(huì)超過(guò)一半的大型IT環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展有益的流程和工具。數(shù)據(jù)中心日益增加的能源成本及供電、散熱和空間方面的管理也正在成為一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。IBM很早認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)中心的能源效率是一個(gè)涉及到各個(gè)方面且相互聯(lián)系的難題——從硅技術(shù)和芯片設(shè)計(jì)的進(jìn)步，一直到數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)規(guī)劃,以及如何運(yùn)行這些系統(tǒng)以最大程度地減少能源的使用。
刀片及模塊化計(jì)算——刀片以及模塊化計(jì)算架構(gòu)，以其經(jīng)濟(jì)、低功耗和靈活易于擴(kuò)展的特性越來(lái)越受到企業(yè)用戶，尤其是中小企業(yè)的青睞，并逐漸成為網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。到目前為止，全球50多家風(fēng)險(xiǎn)投資公司為了推動(dòng)刀片服務(wù)器生態(tài)環(huán)境的發(fā)展已經(jīng)投入了超過(guò)10億美元。
安全和業(yè)務(wù)彈性——伴隨著愈演愈烈的網(wǎng)絡(luò)侵入、病毒傳播，和數(shù)據(jù)盜竊等問(wèn)題的發(fā)生，安全和業(yè)務(wù)彈性越來(lái)越成為影響企業(yè)生存發(fā)展的根本問(wèn)題之一。企業(yè)也開(kāi)始重新思考解決安全問(wèn)題的根本之道。企業(yè)對(duì)于安全性方面的需求主要有以下幾個(gè)方面：系統(tǒng)各個(gè)層面的安全、安全快速的在線交易，廣泛安全的網(wǎng)絡(luò)傳播、強(qiáng)制性的侵入偵測(cè)，協(xié)同合作伙伴實(shí)施企業(yè)范圍內(nèi)的安全保障、集中的密鑰管理等。
二、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r
計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)革命的技術(shù)基礎(chǔ)是集成電路、微處理器、微型計(jì)算機(jī)，它的計(jì)算手段起到了智力替代的作用。通用計(jì)算機(jī)智力平臺(tái)的模式，，推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的智力嵌入，整個(gè)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)形成了兩個(gè)領(lǐng)域：一個(gè)是通用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，一個(gè)是嵌入式領(lǐng)域。
1.通用計(jì)算機(jī)和嵌入系統(tǒng)的區(qū)別
通用計(jì)算機(jī)提供了智力平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)，包括：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)了智力替代平臺(tái)。而在嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，智力嵌入是將嵌入式系統(tǒng)嵌入到對(duì)象體系中。這個(gè)對(duì)象體系包含家用電器、智能儀表、工控單元等多個(gè)領(lǐng)域，嵌入是帶計(jì)算機(jī)內(nèi)核的設(shè)備，所以提供了智力平臺(tái)和智力嵌入模式，這就是計(jì)算機(jī)革命的兩個(gè)模式。入式計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后，通用計(jì)算機(jī)和嵌入計(jì)算機(jī)分道揚(yáng)鑣，出現(xiàn)了兩個(gè)不同的發(fā)展方向。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展走向單片機(jī)的道路，直到現(xiàn)在單片機(jī)仍然是嵌入式系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。
通用計(jì)算機(jī)承擔(dān)智力平臺(tái)的使命，嵌入式系統(tǒng)承擔(dān)智力嵌入的使命，這是兩個(gè)不可兼容的技術(shù)發(fā)展方向。所以通用計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)是高速海量的數(shù)字計(jì)算，而嵌入式系統(tǒng)主要是滿足對(duì)象系統(tǒng)的全面智能化要求。現(xiàn)在通用計(jì)算機(jī)不斷地提高速度和存儲(chǔ)容量，而嵌入式系統(tǒng)中，位計(jì)算機(jī)仍然是一個(gè)很主要的應(yīng)用形式。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向是超小型、超低價(jià)位、高可靠性和易耦合。嵌入到對(duì)象體系時(shí)，原對(duì)象系統(tǒng)應(yīng)該和電子系統(tǒng)具備很好的耦合，包括傳感器、傳感器接口、驅(qū)動(dòng)器接口、人機(jī)界面等。除了物理耦合性，還需要科學(xué)的耦合性，研究人員應(yīng)對(duì)所涉及的技術(shù)原理深入了解。
2.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展
單片機(jī)是嵌入式發(fā)展的必然道路，通用計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)不能替代嵌入式系統(tǒng)，必須建立一個(gè)創(chuàng)新的體系結(jié)構(gòu)。英特爾最早提出了嵌入式系統(tǒng)經(jīng)典的硬件體系，這個(gè)體系精簡(jiǎn)、高效、高可靠，它的指令系統(tǒng)突出控制功能，外部總線易擴(kuò)展、易配置，提供了在位系統(tǒng)中必須遵循的特殊功能計(jì)算機(jī)管理模式，不管將來(lái)擴(kuò)展任務(wù)電路單元，都遵循歸一化的特殊功能管理模式。另外英特爾還帶來(lái)了原創(chuàng)嵌入式操作系統(tǒng)。早期嵌入式操作系統(tǒng)受通用計(jì)算機(jī)影響最大，作為原創(chuàng)RTOS實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮實(shí)時(shí)性、多任務(wù)性。
單片機(jī)時(shí)代也屬于嵌入式時(shí)代，不過(guò)單片機(jī)進(jìn)入電子應(yīng)用領(lǐng)域，主要面對(duì)智能儀表、家用電器、工控單位等領(lǐng)域。在通訊網(wǎng)絡(luò)遍布的后PC時(shí)代，很多計(jì)算機(jī)人才進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，形成了嵌入式系統(tǒng)全面發(fā)展的新時(shí)代，它和單片機(jī)時(shí)代是銜接的。單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)是兩個(gè)時(shí)代概念，但其內(nèi)涵相同，單片機(jī)是嵌入式獨(dú)立發(fā)展的時(shí)代，兩者之間并沒(méi)有技術(shù)本質(zhì)的差異，都遵循MCU和SoC道路。
嵌入式系統(tǒng)包含四個(gè)支柱學(xué)科：微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子學(xué)科和對(duì)象學(xué)科。四個(gè)學(xué)科共同促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展。其中對(duì)象學(xué)科和其他三個(gè)學(xué)科之間差異最大，所有嵌入式產(chǎn)品從對(duì)象學(xué)科中走出來(lái)，無(wú)論是計(jì)算機(jī)學(xué)科、微電子學(xué)科還是電子技術(shù)學(xué)科，都為嵌入式應(yīng)用提供了一個(gè)廣闊的平臺(tái)，對(duì)象系統(tǒng)在這個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。
嵌入式系統(tǒng)新型的產(chǎn)業(yè)模式是一個(gè)扇形產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，和資本經(jīng)濟(jì)時(shí)代一體化封閉的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有本質(zhì)的差別。此外，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中還突顯了知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)業(yè)，嵌入式產(chǎn)業(yè)中從百花齊放開(kāi)始向技術(shù)集權(quán)方向發(fā)展。技術(shù)集權(quán)方式對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展很有利，可以做到技術(shù)上的高度統(tǒng)一和協(xié)調(diào)。平臺(tái)模式的發(fā)展日益明顯，微電子學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科、電子學(xué)科都為對(duì)象學(xué)科構(gòu)建理想的平臺(tái)，提供最適合的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和操作系統(tǒng)。
三、人工智能的發(fā)展?fàn)顩r
1.人工智能的含義
人工智能實(shí)際上是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是模仿職能活動(dòng)的程序，使之能顯示出某些人類智能活動(dòng)的特性以延伸人類智力的科學(xué)，所以可以說(shuō)人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)與心理科學(xué)相結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的研究成果，是用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的智力活動(dòng)和功能的一門(mén)邊緣學(xué)科。換句話說(shuō)，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，主要研究問(wèn)題求解中的搜索問(wèn)題和知識(shí)信息的處理問(wèn)題、涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)和語(yǔ)言學(xué)等多種學(xué)科，總的目標(biāo)是增強(qiáng)人的智力。從實(shí)用的觀點(diǎn)看，人工智能是一門(mén)以知識(shí)為研究對(duì)象，研究知識(shí)的獲取、知識(shí)的表征方法和知識(shí)的使用，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)使之模仿人腦的學(xué)習(xí)、推理等思維活動(dòng)，來(lái)解決需人類專家才能處理的復(fù)雜問(wèn)題，如醫(yī)療診斷、石油鉆井、探礦、氣象預(yù)報(bào)等課題。
2.人工智能的發(fā)展
現(xiàn)代人工智能的先驅(qū)者創(chuàng)立了很多的學(xué)科，例如維納的控制論，馮·諾依曼的博弈論以及申農(nóng)的信息論，它們對(duì)人工智能的形成和發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響。整個(gè)60年代是人工智能發(fā)展的黃金時(shí)期，很多人工智能科學(xué)家在人工智能的各個(gè)領(lǐng)域做出了奠基性的貢獻(xiàn)。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是世界范圍內(nèi)因特網(wǎng)的普及給新時(shí)期人工智能的發(fā)展注入了活力。而研究工作的結(jié)果給人工智能的信息系統(tǒng)建設(shè)以促進(jìn)作用。人工智能將在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)世界中扮演重要的角色。網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，特別是極端豐富的網(wǎng)絡(luò)資源要求計(jì)算機(jī)不但能用文本、圖形，還能通過(guò)語(yǔ)音、動(dòng)作姿勢(shì)等與用戶進(jìn)行交互。這種交互應(yīng)該是有目標(biāo)導(dǎo)向的、合作式的，同時(shí)應(yīng)該是自適應(yīng)的，并為用戶提供沉浸感。
參考文獻(xiàn)：
對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，概況分析主要包括應(yīng)用原理、應(yīng)用特點(diǎn)以及應(yīng)用前景。
1)應(yīng)用原理嵌入式實(shí)時(shí)軟件被應(yīng)用在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中，其基本原理主要是將實(shí)時(shí)處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行全面融合，進(jìn)而構(gòu)建CORBA模型[1]。與此同時(shí)，在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程調(diào)用環(huán)節(jié)，能夠通過(guò)嵌入式的實(shí)時(shí)軟件實(shí)現(xiàn)更多的設(shè)計(jì)服務(wù)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)獨(dú)立性要求。
2)應(yīng)用特點(diǎn)對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)軟件應(yīng)用特點(diǎn)分析，將其具體運(yùn)用到計(jì)算機(jī)軟件的預(yù)測(cè)指令執(zhí)行、動(dòng)態(tài)分配、緩存機(jī)制等相關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，增強(qiáng)整個(gè)計(jì)算機(jī)軟件的協(xié)調(diào)處理能力，保證處理科學(xué)性與處理實(shí)時(shí)性的基本目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。在嵌入式實(shí)時(shí)軟件的本質(zhì)結(jié)構(gòu)上分，包括軟件與硬件兩個(gè)部分。軟件的正常運(yùn)行，主要是通過(guò)應(yīng)用程序進(jìn)行控制，結(jié)合計(jì)算機(jī)的操作實(shí)現(xiàn)程序的編寫(xiě)，進(jìn)而做到軟件與硬件之間的交互。嵌入式微處理器是整個(gè)實(shí)時(shí)軟件的核心，能夠支撐軟件系統(tǒng)多任務(wù)執(zhí)行與操作，具有較強(qiáng)的交互功能與存儲(chǔ)區(qū)的保護(hù)功能。并且嵌入式實(shí)時(shí)軟件處于一種模塊化的結(jié)構(gòu)形態(tài)，便于維護(hù)與處理，具備良好的拓展性。可見(jiàn)，嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠表現(xiàn)出良好的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
3)應(yīng)用前景由于嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有很強(qiáng)的便利性和高效性，并且這一軟件能夠在很多計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，即這一軟件的設(shè)計(jì)領(lǐng)域很廣。因此具有極高的使用價(jià)值，這也意味著嵌入式實(shí)時(shí)軟件具有極高的開(kāi)發(fā)前景和應(yīng)用前景。除此之外，嵌入式實(shí)時(shí)軟件具備較強(qiáng)的靈活性特點(diǎn)，能夠表現(xiàn)出環(huán)境層面的良好交互能力。該技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，已經(jīng)逐漸取得良好的發(fā)展效果，并且憑借著良好的自身拓展功能，逐漸在合理規(guī)劃的基礎(chǔ)之上，增強(qiáng)硬件規(guī)劃與軟件方面的靈活性因素，使得嵌入式實(shí)時(shí)軟件的價(jià)值得以突顯。綜上所述，在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，嵌入式實(shí)時(shí)軟件能夠促進(jìn)企業(yè)軟件開(kāi)發(fā)的效率，具備較強(qiáng)的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。
2嵌入式實(shí)時(shí)軟件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與開(kāi)發(fā)流程
嵌入式實(shí)時(shí)軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)流程明確，是優(yōu)化計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)要點(diǎn)，主要是針對(duì)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)軟件的應(yīng)用各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行控制，旨在對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。開(kāi)發(fā)流程，則需要依據(jù)開(kāi)發(fā)順序，實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用環(huán)節(jié)的有效控制。
2.1設(shè)計(jì)要點(diǎn)
嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，需要明確具體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)而保證應(yīng)用的規(guī)范性與準(zhǔn)確性，增強(qiáng)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的能力。涉及的設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要基于一定需求的基礎(chǔ)之上展開(kāi)設(shè)計(jì)與分析，進(jìn)而使得計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求。同時(shí)，嵌入式實(shí)時(shí)軟件作為軟件設(shè)計(jì)的重要工具，在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)之前需要對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)軟件需求進(jìn)行解析。
2)明確需求之后，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將應(yīng)用程序代碼進(jìn)行編寫(xiě)。
3)計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)人員充分發(fā)揮出主觀能動(dòng)性，對(duì)計(jì)算機(jī)性能進(jìn)行完善與優(yōu)化。在這一過(guò)程中，嵌入式實(shí)時(shí)軟件能夠增強(qiáng)系統(tǒng)流暢性，使得軟件的開(kāi)發(fā)流程得到全面優(yōu)化，增強(qiáng)軟件設(shè)計(jì)的效率與可靠性。計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工程，嵌入式實(shí)時(shí)軟件作為計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性工具，準(zhǔn)確地把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在充分保障計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，能夠發(fā)揮出內(nèi)在價(jià)值與優(yōu)勢(shì)。
2.2開(kāi)發(fā)流程
開(kāi)發(fā)流程是計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的核心所在，良好的開(kāi)發(fā)流程掌握對(duì)軟件設(shè)計(jì)的正確性作用顯著。結(jié)合實(shí)際軟件設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)該盡量的避免人為設(shè)計(jì)所出現(xiàn)的失誤狀況。例如，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注意將計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分離，降低計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)對(duì)硬件方面的依賴性，在緩解這一現(xiàn)象之后，為計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)效性提供基礎(chǔ)保障。在另一個(gè)角度分析，嵌入式軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用，有助于格式化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與初始化的軟件數(shù)據(jù)得以實(shí)現(xiàn)。遵循開(kāi)發(fā)流程實(shí)現(xiàn)的軟件設(shè)計(jì)，在軟件操作過(guò)程中，可直接對(duì)軟件資源以及硬件設(shè)備進(jìn)行操作，增強(qiáng)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)效性。由此可知，計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)流程決定著整個(gè)計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)狀況，良好的開(kāi)發(fā)流程能夠增強(qiáng)軟件的設(shè)計(jì)功能。
3計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中嵌入式實(shí)時(shí)軟件具體應(yīng)用
作為計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中的關(guān)鍵性工具，在具體應(yīng)用的過(guò)程中，主要表現(xiàn)在劃分任務(wù)、任務(wù)組織及存儲(chǔ)布局、應(yīng)用實(shí)時(shí)與任務(wù)調(diào)度、任務(wù)與時(shí)鐘間通信以及系統(tǒng)初始化等多方面。嵌入式實(shí)時(shí)軟件的作用及效果已經(jīng)得到充分明確，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的作用顯著，下面對(duì)具體應(yīng)用做出探究，旨在為嵌入式實(shí)時(shí)軟件的應(yīng)用廣泛性奠定基礎(chǔ)。
3.1劃分任務(wù)方面的應(yīng)用
應(yīng)用軟件作為嵌入式系統(tǒng)的最高層，在整個(gè)系統(tǒng)功能當(dāng)中具有重要的作用。在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)當(dāng)中，任務(wù)管理、任務(wù)控制、任務(wù)之間的互相通信環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)都需要依據(jù)嵌入式的微處理器內(nèi)核得以實(shí)現(xiàn)[2]。在這一基礎(chǔ)之上，計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的基礎(chǔ)平臺(tái)則是嵌入式的微內(nèi)核。嵌入式實(shí)時(shí)軟件為主導(dǎo)設(shè)計(jì)工具，需要將各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)劃分為不同的處理環(huán)節(jié)，通過(guò)獨(dú)立任務(wù)的形態(tài)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行全面協(xié)調(diào)，在系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)之上使得簡(jiǎn)化目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。劃分任務(wù)方面的應(yīng)用，對(duì)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)深入的分析，最終按照數(shù)據(jù)并行轉(zhuǎn)換與執(zhí)行的順序，以此作為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)的轉(zhuǎn)換與歸類。當(dāng)然，嵌入式實(shí)時(shí)軟件工具的應(yīng)用，應(yīng)該充分注重兩個(gè)方面的基本內(nèi)容：一方面，計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的內(nèi)部功能。對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的內(nèi)部并行任務(wù)進(jìn)行劃分處理，具體分為周期任務(wù)、異步任務(wù)以及同步任務(wù)、應(yīng)用控制任務(wù)、用戶接口任務(wù)，通過(guò)多任務(wù)模式的劃分，使得軟件各個(gè)協(xié)同的功能能夠健全與完善。將同一時(shí)間段完成系統(tǒng)功能與時(shí)間激活任務(wù)的事件進(jìn)行激活，發(fā)揮出整合效用。在整合成一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)之后，進(jìn)而發(fā)揮出任務(wù)驅(qū)動(dòng)的基本目標(biāo)，最終滿足對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的資源共享。另一方面，充分運(yùn)用應(yīng)用程序輪詢與中斷的方式，驗(yàn)證計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的I/O事件驅(qū)動(dòng)。該方式的處理要求，主要是計(jì)算機(jī)軟件在運(yùn)行的過(guò)程中，CPU資源會(huì)被應(yīng)用程序所占用。通過(guò)輪詢與重點(diǎn)方式進(jìn)行操作處理與驗(yàn)證，根本目標(biāo)是滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與實(shí)用性方面的要求。
3.2任務(wù)組織與存儲(chǔ)布局應(yīng)用
嵌入式實(shí)時(shí)軟件完成對(duì)任務(wù)的劃分之后，需要對(duì)任務(wù)進(jìn)行組織管理。當(dāng)然，在任務(wù)組織的過(guò)程中，受到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系以及任務(wù)相互之間的邏輯因素的影響。主要表現(xiàn)在操作系統(tǒng)對(duì)任務(wù)組織與管理功能方面的限制。對(duì)于嵌入式的實(shí)時(shí)軟件而言，其任務(wù)組織以及管理功能的實(shí)現(xiàn)，主要是在ROM以及FLASH上得以保存[3]。對(duì)計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，確保整個(gè)計(jì)算機(jī)軟件的協(xié)調(diào)運(yùn)作與發(fā)展。軟件設(shè)計(jì)過(guò)程的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，存儲(chǔ)映像的合理布局是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)布局的關(guān)鍵控制點(diǎn)，計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)將程序的指令進(jìn)行調(diào)用，執(zhí)行物理地址當(dāng)中的執(zhí)行代碼。ROM的初始化過(guò)程位于物理零地址，將終端向量存儲(chǔ)在零地址之后，通過(guò)協(xié)調(diào)與處理中斷向量之后，使得軟件在調(diào)取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，發(fā)揮處理器調(diào)取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的效率，增強(qiáng)計(jì)算機(jī)軟件操作實(shí)效[4]。
3.3應(yīng)用實(shí)時(shí)與任務(wù)調(diào)度
關(guān)于嵌入實(shí)時(shí)軟件的應(yīng)用，主要包括有軟實(shí)時(shí)性與硬實(shí)時(shí)性兩種嵌入式的實(shí)時(shí)性。其中關(guān)于軟實(shí)時(shí)性方面，表現(xiàn)在可以允許軟件操作過(guò)程存在一定的延遲。在選擇環(huán)節(jié)，盡量選擇具備優(yōu)先級(jí)的調(diào)度方式，對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度。如果軟件系統(tǒng)具備較多的優(yōu)先級(jí)，則需要依據(jù)任務(wù)目標(biāo)及要求對(duì)優(yōu)先級(jí)的級(jí)數(shù)進(jìn)行控制，可適當(dāng)增加優(yōu)先級(jí)。在實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)拆分之后，提高關(guān)鍵任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間[5]。可見(jiàn)，在應(yīng)用實(shí)時(shí)以及任務(wù)調(diào)度方面，應(yīng)該增強(qiáng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，發(fā)揮出良好的價(jià)值與作用。
3.4任務(wù)與時(shí)鐘間通信
嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用，需要充分發(fā)揮出時(shí)鐘服務(wù)的內(nèi)在價(jià)值與要求。進(jìn)而使得系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)自己的時(shí)鐘，對(duì)執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行控制與處理。通過(guò)軟件自行的設(shè)計(jì)自己的時(shí)鐘，定期對(duì)執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行處理。針對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)量、信號(hào)以及列隊(duì)等機(jī)制進(jìn)行處理，做到實(shí)現(xiàn)軟件資源以及系統(tǒng)任務(wù)方面的同步，滿足通信要求[6]。在這一基礎(chǔ)之上，保持良好的價(jià)值與內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。
3.5系統(tǒng)初始化
對(duì)于軟件的系統(tǒng)初始化要求，應(yīng)該在嵌入式操作系統(tǒng)的底層硬件和微內(nèi)核之間的硬件抽象層編寫(xiě)初始化代碼要求，最終滿足對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的初始化與引導(dǎo)作用。關(guān)于嵌入式的實(shí)時(shí)軟件系統(tǒng)，應(yīng)該確定固定的執(zhí)行指令，滿足初始化的操作要求。在系統(tǒng)初始化的過(guò)程中，主要包括轉(zhuǎn)換處理器狀態(tài)、初始化RAM變量、設(shè)置異常中斷等，進(jìn)而在接入口都處于明確的狀態(tài)下，對(duì)嵌入式的軟件系統(tǒng)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)程序指令的有效設(shè)置，便于嵌入式實(shí)時(shí)軟件在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中的任務(wù)調(diào)度要求[7]。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；趨勢(shì)；應(yīng)用
隨著信息化進(jìn)程的加速發(fā)展，在日常生活中電腦和互聯(lián)網(wǎng)的全面滲透下，人類進(jìn)入了信息產(chǎn)業(yè)的新型時(shí)代，而嵌入式系統(tǒng)逐漸完成芯片化的同時(shí)也成為其主力軍。嵌入式系統(tǒng)主要用來(lái)控制、監(jiān)視和測(cè)量其他的設(shè)備，通常嵌入運(yùn)轉(zhuǎn)于主要設(shè)備之中。由于嵌入式系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高，功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持，所以利用嵌入式系統(tǒng)來(lái)提高測(cè)控系統(tǒng)中的技術(shù)性能，可以更好地處理其實(shí)時(shí)性、可靠性、網(wǎng)絡(luò)連接、遠(yuǎn)程測(cè)控等問(wèn)題。所以，探究嵌入式系統(tǒng)，成為了工業(yè)測(cè)控技術(shù)完成智能化的關(guān)鍵手段。嵌入式系統(tǒng)使測(cè)控技術(shù)有了新的發(fā)展，它提供了一個(gè)更廣闊的發(fā)展平臺(tái)，帶給現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域一場(chǎng)新革命；另一方面，伴隨著工業(yè)控制技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)算速度的性能及電源的要求也越來(lái)越高，從而促進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。
1 嵌入式系統(tǒng)的定義、特征及種類
嵌入式系統(tǒng)的一般定義是“嵌入在目標(biāo)系統(tǒng)中的專有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。它的基礎(chǔ)特性主要有“專用性”、“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性”和“嵌入性”。目標(biāo)系統(tǒng)是指嵌入在嵌入式系統(tǒng)中的主機(jī)系統(tǒng)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同一般型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)一般是為特定應(yīng)用目標(biāo)和任務(wù)設(shè)計(jì)的，專用性很強(qiáng)；嵌入式操作系統(tǒng)具有更高的實(shí)時(shí)性，并且支持多任務(wù)的調(diào)度和運(yùn)行，內(nèi)核遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于PC機(jī)的操作系統(tǒng)內(nèi)核；嵌入式系統(tǒng)在構(gòu)造上遵循著有的放矢，精簡(jiǎn)過(guò)程，并努力實(shí)現(xiàn)在同一芯片面積上完成更高性能設(shè)計(jì)的原則。嵌入式系統(tǒng)同實(shí)際應(yīng)用緊密地聯(lián)系起來(lái)，它的版本更替也是同實(shí)際產(chǎn)品一起進(jìn)行的，所以嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品只要進(jìn)入了市場(chǎng)，大多具有更長(zhǎng)的生存周期。嵌入式系統(tǒng)中的軟件大多都固定在存儲(chǔ)器核芯上抑或是單片機(jī)自身中來(lái)提升運(yùn)行速度和加強(qiáng)可靠性，并不是存放在磁盤(pán)這些載體當(dāng)中。因?yàn)槠涔ぷ鳝h(huán)境的特殊要求，需要具有強(qiáng)抗干擾性和高穩(wěn)定性等性能。嵌入式系統(tǒng)的種類分為芯片級(jí)、板級(jí)以及設(shè)備級(jí)。
2 嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
在硬件構(gòu)造上，嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的中樞組成部件。總的來(lái)說(shuō)，嵌入式處理器有下列4個(gè)特征：①完美支持系統(tǒng)的實(shí)時(shí)多后臺(tái)響應(yīng)操作。②存儲(chǔ)區(qū)域的保護(hù)性能很高。③可以擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)。④功耗低。
2.1 嵌入式微處理器
嵌入式微處理器采用“增強(qiáng)型”通用微處理器。較監(jiān)測(cè)生產(chǎn)的工業(yè)用計(jì)算機(jī)而言，大小適中、造價(jià)低廉和穩(wěn)定性高是應(yīng)用嵌入式微處理器構(gòu)成系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，但各類接口及存儲(chǔ)設(shè)備等外部部件一定要裝配在嵌入式微處理器的線路板上，這使得系統(tǒng)可靠性和保密性略微降低。在一般情況下，單板機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、總線和各種外部部件在線路總板上組成的。
2.2 嵌入式微控制器
嵌入式微控制器也可被稱作微機(jī)，整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片。嵌入式微控制器的核心大多是微處理器核心。與嵌入式微處理器不同，整個(gè)系統(tǒng)的大小因?yàn)槲⒖刂破鞯奈C(jī)化變得很小，降低了功耗與成本、提高了可靠性。位于嵌入式微控制器的片上外設(shè)器件具有多樣化的特征，便于監(jiān)測(cè)調(diào)控，是以稱之為微控制器。一般的嵌入式微控制器由通用和半通用型兩種組成。
2.3 嵌入式DSP處理器
在實(shí)際的數(shù)字信號(hào)處理實(shí)例里，各類數(shù)字信號(hào)處理算法較為復(fù)雜，普通結(jié)構(gòu)處理器不能及時(shí)的完成運(yùn)算。因?yàn)樵贒SP處理器中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行過(guò)特別設(shè)計(jì)，所以更加適用于實(shí)時(shí)解調(diào)數(shù)字模擬電波。嵌入式DSP處理器分為兩種：一是通過(guò)改造DSP處理器加入片上外裝設(shè)備并微機(jī)化而成的嵌入式DSP處理器，二是嵌入DSP協(xié)處理器的通用微機(jī)。
2.4 嵌入式片上系統(tǒng)
當(dāng)今時(shí)代越來(lái)越重視微機(jī)技術(shù)，半導(dǎo)體器件的制作工藝也得到飛快發(fā)展，更多以前不能實(shí)現(xiàn)的操作系統(tǒng)現(xiàn)在卻可以實(shí)現(xiàn)在一小塊硅晶片上，SOC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。用戶只要定義出其全部應(yīng)用系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)仿真后就能將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣本。這樣除去一些不能集成的部件，一塊或幾塊芯片就可以容納大部分嵌入式系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)電路板變得不再?gòu)?fù)雜，有利于減小整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)體積、功耗并提升可靠性。
在軟件構(gòu)造上，主要組成部分為嵌入式微機(jī)操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)的微機(jī)應(yīng)用。微機(jī)操作系統(tǒng)起到連接應(yīng)用程序及其配套硬件的作用。微機(jī)操作系統(tǒng)的基本功能有2個(gè)：更好適配微機(jī)配套硬件；充分使用計(jì)算機(jī)資源。微機(jī)操作系統(tǒng)有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與分時(shí)操作系統(tǒng)2種。
3 典型的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用
當(dāng)今時(shí)代嵌入式系統(tǒng)普遍運(yùn)用于重輕工業(yè)調(diào)控與金融管理機(jī)構(gòu)，例如自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)存取款機(jī)、磁卡等；嵌入式系統(tǒng)在家庭領(lǐng)域的潛力也不容小視，如數(shù)字機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)電視等生活類電子設(shè)備；另外還廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、筆記本電腦、PDA、GPS導(dǎo)航等方面，這極大地使嵌入式技術(shù)融入到我們?nèi)粘９ぷ魃畹母鞣礁髅妗４送庠谲娛路矫媲度胧较到y(tǒng)的潛力也是不容小覷的。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著時(shí)展，嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用愈加多樣化，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)愈加完善，市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，特別是被普遍運(yùn)用于通訊、交通、電子、經(jīng)濟(jì)、IT、監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等方面，也讓嵌入式產(chǎn)業(yè)鏈快速進(jìn)入工作生活方方面面。現(xiàn)今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展越來(lái)越重視其信息方面、智能方面，這也是作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分支項(xiàng)目的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。無(wú)處不在的智能化產(chǎn)品的前景相當(dāng)誘人，譜寫(xiě)出未來(lái)消費(fèi)類電子產(chǎn)品繁榮的產(chǎn)業(yè)藍(lán)圖。植入嵌入式系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)智能化電器，也漸漸展露出寬廣而深遠(yuǎn)的市場(chǎng)前景。但機(jī)遇往往與挑戰(zhàn)并存，這也對(duì)互聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)尤其是其中的應(yīng)用軟件技術(shù)提出了新要求。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；自動(dòng)化儀表；應(yīng)用
Abstract: This paper gives a brief introduction on the application of embedded system in the automation instrument of.
Keywords: embedded system; automation; application
中圖分類號(hào)：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013)
1 嵌入式系統(tǒng)與自動(dòng)化儀器儀表
1.1 自動(dòng)化儀器儀表與嵌入式系統(tǒng)
高級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使儀器儀表將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與故障診斷等功能集于一身，并能充分利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的優(yōu)勢(shì)，完成遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程控制、故障預(yù)報(bào)等以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。在這其中，芯片、總線、接口技術(shù)，成為儀器儀表的內(nèi)核，嵌入式系統(tǒng)成為技術(shù)的代表，并由此形成了儀器儀表行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。
1.2 嵌入式系統(tǒng)及其發(fā)展
嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它的最大特點(diǎn)在于能夠根據(jù)特定用戶的需求，對(duì)軟硬件進(jìn)行合理裁剪，具有功耗低、體積小、集成度高等特點(diǎn)，有利于整個(gè)系統(tǒng)的小型化，提高系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度。嵌入式計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了基于芯片的嵌入式系統(tǒng)（以單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用為代表）、標(biāo)準(zhǔn)總線的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（如STD總線、VEM總線、Multibus總線）、PC總線的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、高性能嵌入式微處理器在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用幾個(gè)發(fā)展階段。計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，使得高性能嵌入式微處理器應(yīng)用成為當(dāng)前的熱點(diǎn)，而實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)正成為這一應(yīng)用中的重要核心部分。它與當(dāng)前智能控制、網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的進(jìn)一步融合，對(duì)業(yè)界產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，也推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)飛速發(fā)展。2 儀器儀表中嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1 注意要點(diǎn)實(shí)時(shí)性好 特定用戶通常對(duì)獲取結(jié)果的時(shí)間延遲有明確限制，設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮這一因素。可靠性高 作為核心部件，嵌入式系統(tǒng)的損壞常造成系統(tǒng)的癱瘓，帶來(lái)無(wú)法估量的損失，因此要求有較高的可靠性。集成度高 出于開(kāi)發(fā)效率和占用空間方面的考慮，要求嵌入式系統(tǒng)要有較高的集成度。功耗低 某些移動(dòng)設(shè)備、便攜式設(shè)備等需要電池供電，決定了系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有更低的功耗。環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng) 自動(dòng)化儀器儀表的工作環(huán)境往往是不可控的，特別是熱、沖擊、光、強(qiáng)電磁場(chǎng)等，因此應(yīng)考慮到對(duì)于這些干擾的防護(hù)措施。2.2 開(kāi)發(fā)過(guò)程(1) 目標(biāo)產(chǎn)品的功能分析及定義① 嵌入式系統(tǒng)的主要目標(biāo)是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集還是進(jìn)行控制；② 是否需要顯示界面，需要顯示時(shí)，是以圖形方式還是文本方式顯示；③ 是否需要與其他的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如需要，選擇何種方式，何種協(xié)議；④ 儀器儀表的各項(xiàng)主要性能指標(biāo)定義。(2) 根據(jù)需要的功能來(lái)確定硬件設(shè)備和軟件(3) 嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)可以分為以下幾個(gè)層次：① 對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行直接控制的軟件開(kāi)發(fā)；② 沒(méi)有用戶圖形界面的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)；③ 基于圖形界面的通用應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)；④ 在基礎(chǔ)應(yīng)用軟件上的高層開(kāi)發(fā)。很多開(kāi)發(fā)環(huán)境主要應(yīng)用于第③、④層次，因此開(kāi)發(fā)可以不在目標(biāo)機(jī)上進(jìn)行，而在PC機(jī)上或PC的模擬環(huán)境中進(jìn)行。3 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件和軟件的設(shè)計(jì)與選型3.1 硬件選型在選擇高檔嵌入式微處理器時(shí)，要綜合考慮其性能、功耗、價(jià)格、供貨保證、開(kāi)發(fā)工具的配備以及工程師過(guò)去對(duì)這種處理器的經(jīng)驗(yàn)和軟件的支持等因素。同時(shí)，兼顧產(chǎn)品的整體成本，而不要只看到某一部件。有時(shí)，一個(gè)快速而廉價(jià)的CPU可能意味著外設(shè)成本的成倍增加。3.2 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）采用微內(nèi)核技術(shù)，設(shè)計(jì)追求靈活性，可配置、可裁剪、可擴(kuò)充、可移植；強(qiáng)實(shí)時(shí)和高可靠性，有適應(yīng)各種主流CPU的版本，非常適合儀器儀表的高級(jí)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用。目前主要有Integrated System公司的PSOS、Microtec Research公司的VRTX、Wind River System公司的Vxworks、QNX Software Systems Ltd公司的QNX等。許多頗具實(shí)力的軟件公司也加入了這一行列，推出Windows CE、Hopen OS、嵌入Linux、OS-9等。(1) 評(píng)價(jià)一個(gè)RTOS一般可以從任務(wù)調(diào)度機(jī)制、內(nèi)存管理、任務(wù)通訊、最小內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)、任務(wù)切換時(shí)間、最大中斷禁止時(shí)間等幾個(gè)方面來(lái)衡量。(2) 在選擇軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)時(shí)，結(jié)合開(kāi)發(fā)目標(biāo)和系統(tǒng)功能，還應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面：① 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。所用編程語(yǔ)言的類型（以C或C++等通用語(yǔ)言為佳）；提供的開(kāi)發(fā)工具包是否完備等。② 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)圖形功能的支持，提供的圖形用戶接口是否滿足需求。③ 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能、通信功能的支持。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化目標(biāo)十分重要。4嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS使自動(dòng)化儀表產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍
自動(dòng)化儀表不一定需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，而且在以往的儀器儀表中由于處理器功能、存儲(chǔ)器容量等限制，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也難以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用.隨著儀器儀表硬件功能的增強(qiáng)，成本的降低，功能要求的增加和復(fù)雜化，需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)多個(gè)任務(wù)進(jìn)行合理協(xié)調(diào)調(diào)度管理系統(tǒng)資源的要求越來(lái)越迫切。同時(shí)，各種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，對(duì)硬件配置要求不再苛刻，實(shí)時(shí)性不斷增強(qiáng)，效率不斷提高，有些還提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持，使得在自動(dòng)化儀表中使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)成為可能。
使用RTOS的優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面，首先RTOS支持多任務(wù)，應(yīng)用程序被分解成多個(gè)任務(wù)，程序開(kāi)發(fā)變得更加容易、便于維護(hù)、易讀易懂、提高了開(kāi)發(fā)效率、縮短了開(kāi)發(fā)周期。再者，計(jì)算機(jī)對(duì)關(guān)鍵事件的處理在延遲時(shí)間上有保證，即系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性會(huì)得到提高。
