淺析嵌入式系統的開發與應用*

劉桂榮

(煙臺職業學院 汽車工程系，山東 煙臺 264670)

淺析嵌入式系統的開發與應用*

劉桂榮

(煙臺職業學院 汽車工程系，山東 煙臺 264670)

對于計算機和電子技術的應用和發展來說，嵌入式系統是一個重要的組成部分，它是一項集多種功能為一體的計算機應用系統.總的來說它是一項以應用為中心，計算機技術為基礎的管理系統.本文就從嵌入式系統的相關知識出發，進而結合相關的分析，集中論述和探討了關于嵌入式系統的基本知識以及相關的選型原則等.

嵌入式系統;計算機開發;應用;分析;探討

隨著科學技術的快速發展，信息技術也在日益的發生著變化和革新，并且在廣泛的領域里得到應用，對于嵌入式計算機系統來說，其在各個行業中都有著重要的作用，有著廣泛的應用基礎.嵌入式系統的使用，奠定在應用計算機技術基礎上，利用相關軟件與硬件，完成系統的功能開發，以此提高項目的可靠性，對成本、功耗等都有著嚴格要求的專項計算機應用管理系統.其主要的組成包括四個部分，即微處理器、嵌入式操作系統、硬件設備以及用戶應用程序.通過對嵌入式系統的運用，我們可以很好的實現對其他設備的控制以及檢測，從而進行更好的管理.下面，筆者就將結合相關的問題對嵌入式開發管理系統展開分析和探討.

1 加強對嵌入式系統的認識

1.1 嵌入式系統概述

一般情況下，嵌入式系統包括硬件層、軟件層、中間層、執行裝置以及功能層等若干部分.這幾大組成部分各自具有不同的功能和作用，對于整個嵌入式信息系統來說也具有重要的意義.關于這幾大系統的組成，我們進行了相關的分析，其中硬件層主要包括嵌入式微處理器、存儲器系統、通用設備接口等組成.在該系統中，利用微處理器的作用，增加了電路設備或者相應電源，以此形成嵌入式的核心控制模式.在該操作系統中，可以實現相關應用程序的固化處理，并在ROM中保存.一般情況下，將該程序稱作軟件抽象或者是板極支持包.在這一系統的使用過程中，主要的就是把相關的系統軟件和底層的硬件部分分離，避免該系統的硬件程序與驅動程序產生關聯.在軟件層，包括各種多任務的操作系統、圖形用戶接口、文件系統、網絡系統和通用組件模塊等.對于實時多任務操作系統來說正是這一應用軟件的基礎和重要的開發平臺.這一系統是在進行系統復位之后立即執行的程序，具有嵌入式、目標代碼等特征.也就是說，以此作為用戶操作的主要程序，而企業用戶的程序則構建在RTOS中，一般功能層主要由奠定RTOS技術基礎上的開發應用程序組成，進而完成相關被指控對象的控制，這一系統主要的就是面對廣大的用戶的，主要的目的也就是讓用戶更加便捷而且有效的操作，而且在這個過程中往往需要提供一個友好的人機界面.對于執行裝置而言，它主要的就是一個可以接受本系統命令的執行和控制組成，在執行的過程中需要對相關的操作或者是任務設備進行管理.當然，在不同的應用領域中，嵌入式系統的執行裝置一般是不同的，應該根據具體的應用場合和系統所要求實現的功能選擇不同的設備和執行裝置.

1.2 嵌入式系統的基本特點

在了解了嵌入式系統的基本組成之后，我們對該系統也有了一個基本的了解，總的來說嵌入式系統是一個系統性的管理軟件，其中包括了軟、硬件等一體化運作“器件”.所以我們對其也進行了相關的分析和研究，其中發現其具有以下的一些特點.這些特點當然主要的就是針對不同的對象來說的，對于計算機系統的開發者來說，他可以提供軟件與硬件的協同發展，完成實時操作系統的選擇、多種處理器的選型等.這樣一來可以進行開發和管理應用的資源就相對較少，如此對于一些比較特殊的開發工具或者是硬軟件有著比較高的要求.而對于用戶來說，嵌入式系統就具有開發管理簡單，可以很好的進行任務操作，而且相對安全和可靠，因為對于市場、時間、價格、體積和能耗等，都提出較為嚴格的要求.而該嵌入式系統與計算機系統相比較，主要具備以下幾方面特征:

(1)在應用嵌入式系統過程中，其應用特征具有特殊性:它的一些系統設計常常是為了一些特定的用戶來進行的，例如嵌入式CPU，該CPU的重要特點，也是相對特殊的地方就是它可以很好的對相關用戶群進行管理，而且具有低功耗、小體積、高集成度等特點，而且在進行利用和開發的過程中，我們可以很好的對CPU的各種任務進行集成處理，通過板卡將相關內容存儲到芯片中.這樣，減少嵌入式系統的體積、消耗，滿足區域小型化發展目標.但是該器件的移動能力有所增加，與網絡技術緊密結合.

(2)對于嵌入式系統的應用來說，可同時具備相同軟件系統難以實現的功能.尤其對于嵌入式系統的硬件設計與軟件設計，其要求具有高效性、科學性.同時根據需要進行設計，祛除無用的，做到精簡而高效，在這個過程中是力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能，這樣一來，也就具有了和其他處理器不同的競爭優勢，在系統應用中也將更加高效.

(3)嵌入式系統具有較長的生命周期.對于嵌入式系統來說，它是和相關具體的應用有機融合.在該過程中，有關產品的升級換代問題，也可同具體的產品嵌入式系統一起進行.因此，一旦嵌入式系統的研發產品進入市場，將具有較強的生命周期，能夠長期有效的進行管理和應用.

(4)我們知道，在嵌入式系統的設計和管理的過程中，我們為了提高系統的運行速度以及運行可靠性，一般可以將嵌入式系統中的軟件采取固化處理，存儲在單片機或者芯片中(注意，不得采用磁盤等載體).這樣，嵌入式系統自身已經不具備開發能力，當完成整個系統的設計之后，用戶不得隨意篡改程序，一切操作行為奠定在開發環境與開發工具基礎上.

2 嵌入式系統的設計與開發

2.1 嵌入式系統的流程

在開發嵌入系統過程中，最重要的一點就是要進行相關的流程規劃和設計，一般來說，在進行的相應流程規劃與設計過程中，主要分為以下幾大階段:需求分析階段、規格說明階段、體系結構設計、軟硬件平臺的選擇、系統集成與測試、產品發布.下面，筆者就將針對這些環節進行分析和探討.

(1)需求分析階段，在嵌入式系統的需求分析階段，其主要的任務就要對其用戶和系統管理的需求進行全面而有效分析，進而通過這些需求的分析進行研究和探討，掌握整個系統在設計與開發初期的需求分析，了解該過程需要完成的任務，同時滿足相關的功能性需求.也就是說該系統應該具有哪些基本的功能，例如操作方式、輸入信號、輸出信號等.同時還應滿足一些非功能性的要求，如重量、體積、成本、功耗及系統性能.

(2)規格說明階段.在進行系統的需求分析之后，我們還需要針對系統的相關組成或者是功能進行分析和闡述，這就需要我們充分了解相關需求，獲得更加客觀的系統規格說明.但應該注意的是，該規格的闡述和說明的過程中，我們還要對該系統的體系機構設計相關信息進行說明和表述，全面掌握和了解該系統在設計結構過程中，需要的各種參數、尺寸、信息等.以規格說明角度為出發點，這是設計中非常重要的結果分析，同時也是實現系統設計、開發、管理及驗收等重要依據.因此，在對系統規格進行闡述和說明的時候一定要科學、明了而且是相對清晰和簡潔的.更改規格說明需要符合顧客的需要，客戶在進行閱讀的過程中不能夠產生相關的歧義，以便造成對信息系統的錯誤使用，它是一個確保所有設計者均滿足構造要求、了解需求的系統.對于各項具體的規格說明，應認真填寫，以便如實反映客戶需求，并以此作為設計的參考依據.

(3)體系的結構設計.對于該系統中的結構設計要點來說，主要對整個系統結構進行規劃、描述與操作.眾所周知，當完成系統結構設計之后，我們需要對整個系統的構建進行分析和說明.在進行系統機構設計的時候，可以有效的對系統的一些功能和非功能的需求進行說明，這些功能需要如何的去進行實現，其中包括相關硬件、軟件以及執行機構的功能劃分，以及系統硬件與軟件的選型等.一般情況下，硬件與軟件的選擇還包括硬件部件、處理器、操作系統、軟件開發工具、軟件組件以及編程語言等.都會在操作系統中進行相關的闡述和說明，以便更好的去了解和應用.

2.2 嵌入式系統的開發管理分析

隨著科學技術的迅速發展以及信息系統的開發管理應用，嵌入式的系統開發已經進入了一個相對規范和科學化的過程，我們在進行嵌入式信息系統開發和管理的過程中，通常需要遵循一些原則進而來進行相關的開發和管理，并在此基礎來進行研發和管理的.對嵌入式的系統開發來說，一般嵌入式開發有其自身的一些特點，而且在這個嵌入式系統開發的過程中還需要一些前期的分析和管理，上面，筆者已經進行了相關的說明，下面我們就針對相關的問題進行系統開發設計的分析.

(1)體系結構的設計.在進行體系機構的設計過程中，需要針對于該系統所提供的一系列功能性以及非功能性需求進行分析，從而使得系統在開發和管理的過程中對相關的軟件、硬件以及執行裝置功能劃分等.同時包括系統硬件及軟件的選型問題.對于嵌入式系統的開發來說，體系結構的開發具有重要的意義，因為一個好的體系結構是設計成功與否的關鍵.

(2)對硬件/軟件協同設計.在進行了嵌入式系統體系結構設計之后，我們就要基于體系結構，進而對系統的軟件、硬件進行相關的開發和設計管理.在這個過程中為了更加高效而且快速的完成，我們在產品的開發過程中設計往往是并行的.對于設計嵌入式系統的思路來說，大多關注軟件的設計，包括軟件的組件技術、模塊設計等，這也是現代化軟件工程中的常見方式.

(3)系統的集成開發和設計.在完成了相關的硬軟件開發之后，我們就要進行系統的組合與集成，也就是說我們要在這個階段把系統的軟件、硬件和執行裝置進行組合安裝，集成在一起，完成之后還需要進行科學有效的調試管理，從而在調試的過程中發現相關的問題并改進單元設計過程中的錯誤.

(4)系統測試.完成相關的系統集成工作之后，對于整個系統來說就進入了測試的階段，在這一階段，我們主要的工作就是對設計好的系統進行測試，看其是否滿足規格說明書中給定的功能要求.只有保證測試的成功并且符合相關的需要，我們的系統開發才算真正的完成.

3 嵌入式系統的應用分析

對于嵌入式的信息系統應用來說，其前景是非常廣泛的，它滲透到了我們生活中的方方面面，不僅在一些家電，例如冰箱、洗衣機，還在一些交通工具上有所應用，如小汽車等，還包括一些遠程的會議系統管理等，由此可見，嵌入式系統的開發應用具有很大的市場需要.因此在這個過程中，我們一定要按照相關的需求進行科學有效的管理，掌握該系統運用的相關要求以及應用操作規范，在此基礎之上把該系統運用到我們的日常生活當中，這樣也就大大提高我們生活的水平.

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