關(guān)于計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中嵌入式實(shí)時(shí)軟件的運(yùn)用研究

摘 要：隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)日益成熟，嵌入式實(shí)時(shí)軟件的運(yùn)用，對提高計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量、提升計(jì)算機(jī)整體性能起著明顯的推動(dòng)作用。本文分析了嵌入式實(shí)時(shí)軟件的基本特征，并討論了其在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用，以期與同行交流。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；軟件設(shè)計(jì)；實(shí)時(shí)軟件；嵌入式

一、嵌入式實(shí)時(shí)軟件的基本特征

嵌入式實(shí)時(shí)軟件綜合了計(jì)算機(jī)的軟件和硬件系統(tǒng)，它定義了應(yīng)用任務(wù)和內(nèi)核的接口，促進(jìn)了應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)化，使得軟件的存檔、修改和擴(kuò)展更加便利，減少了開發(fā)人員的工作量，優(yōu)化了開發(fā)程序。在日常生活中，人們常用的數(shù)碼產(chǎn)品、手機(jī)等均是利用嵌入式實(shí)時(shí)軟件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的。

在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，嵌入式實(shí)時(shí)軟件的優(yōu)點(diǎn)在于能夠利用微處理器設(shè)計(jì)指令執(zhí)行、緩存機(jī)制和動(dòng)態(tài)分布等，通過該方法的處理，使得計(jì)算機(jī)的相關(guān)性能有了較大的提升，從而對計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量以及軟件運(yùn)行的可靠性都有著較大的積極影響。計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，離不開硬件和軟件的共同作用，嵌入式實(shí)時(shí)軟件在這其中起到了良好的結(jié)合作用，充分發(fā)揮了硬件系統(tǒng)的功能，為軟件設(shè)計(jì)和優(yōu)化創(chuàng)造了良好的條件。與此同時(shí)，嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)還能使計(jì)算機(jī)能同時(shí)完成多項(xiàng)任務(wù)而不會(huì)對計(jì)算機(jī)造成破壞。所以該軟件軟件設(shè)計(jì)法成為了當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的主要方法之一。

二、嵌入式實(shí)時(shí)軟件系統(tǒng)概述

（一）應(yīng)用原理

嵌入式實(shí)時(shí)軟件是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和實(shí)時(shí)處理技術(shù)建立相應(yīng)的CORBA模型，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件和硬件的完美結(jié)合。同時(shí)嵌入式實(shí)時(shí)軟件也為計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)控提供了技術(shù)支持，使得計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程服務(wù)成為現(xiàn)實(shí)。

此外，利用嵌入式實(shí)時(shí)軟件還可對設(shè)計(jì)模式進(jìn)行定期更新，使的系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性得到進(jìn)一步的提升。

（二）嵌入式計(jì)算機(jī)組成

嵌入式實(shí)時(shí)軟件主要由軟件和硬件兩大版塊組成，在計(jì)算機(jī)中，應(yīng)用程序負(fù)責(zé)控制軟件和系統(tǒng)，操作系統(tǒng)則負(fù)責(zé)控制其硬件和編程部分。而嵌入式系統(tǒng)的核心就是一種嵌入式微處理器，它可以快速實(shí)現(xiàn)響應(yīng)和多重任務(wù)中斷及實(shí)時(shí)支持功能，同時(shí)還具有可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)擴(kuò)展。在其內(nèi)部，設(shè)計(jì)有相應(yīng)的備用存儲(chǔ)保護(hù)功能，同時(shí)，由于嵌入式實(shí)時(shí)軟件具有模式化結(jié)構(gòu)，所以常帶有軟件檢測和修復(fù)功能。

（三）嵌入式實(shí)時(shí)軟件開發(fā)過程

嵌入式實(shí)時(shí)軟件開發(fā)之所以受到開發(fā)人員的喜愛，是因?yàn)槠溟_發(fā)流程相比傳統(tǒng)方法更加簡單、順暢，同時(shí)還提高了軟件設(shè)計(jì)效率、軟件運(yùn)行穩(wěn)定性等。以當(dāng)前常見的軟件與硬件的嵌入式開發(fā)為例，該過程主要涉及到危機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、數(shù)字信號處理器、ARM系統(tǒng)、IO設(shè)備以及C++語言等的使用。其中，選擇的處理器為AT91RM9200，它具有豐富的外設(shè)借口以及性能優(yōu)良的內(nèi)置控制器，該內(nèi)置控制器能夠用于突然訪問以及縮短系統(tǒng)操作相互反應(yīng)的時(shí)間。在進(jìn)行嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)前，應(yīng)該先對系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，再進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，編寫代碼，完成上述工作后，進(jìn)行軟件測試。一般情況下，多采用模塊化設(shè)計(jì)方法，對系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行模塊化劃分，分別對模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，再將相互重合的任務(wù)執(zhí)行區(qū)進(jìn)行區(qū)分，從而實(shí)現(xiàn)整體的設(shè)計(jì)要求。這樣一來可有效提升軟件設(shè)計(jì)效率和穩(wěn)定性。

（四）嵌入式實(shí)時(shí)軟件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)人員在通過嵌入式實(shí)時(shí)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照相關(guān)流程進(jìn)行操作，確保軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量。例如，對于軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡可能降低軟件對硬件的依賴性，從而使軟件系統(tǒng)具有更高的可靠性和實(shí)用性。對于軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員要充分利用計(jì)算機(jī)的硬件和軟件性能，從而使軟件設(shè)計(jì)的功能更加全面。

三、計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)匯總嵌入式實(shí)時(shí)軟件的運(yùn)用

（一）任務(wù)劃分

微內(nèi)核在嵌入式實(shí)時(shí)軟件系統(tǒng)開發(fā)中具有重要的作用，是軟件開發(fā)的重要平臺(tái)。在設(shè)計(jì)過程中，可將計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)劃分為較小的獨(dú)立部分，從而可實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)過程的簡化、實(shí)時(shí)模型的優(yōu)化以系統(tǒng)運(yùn)行更加協(xié)調(diào)。在具體的任務(wù)劃分過程中，首先要認(rèn)真分析軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換特征，明確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換順序，對任務(wù)進(jìn)行合理劃分。

與此同時(shí)，要充分考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通行關(guān)系，重點(diǎn)考慮其系統(tǒng)內(nèi)部功能和輸入輸出功能。其中前者主要包括用戶接口任務(wù)、應(yīng)用控制任務(wù)、異步同步任務(wù)以及周期任務(wù)等，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對其進(jìn)行科學(xué)的任務(wù)劃分，從而使計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程更加簡潔清晰。后者即常見的I/O功能，其驅(qū)動(dòng)方式多采用中斷方式，這是由于輪詢方式需占用大量的CPU資源。

（二）存儲(chǔ)布局和任務(wù)組織

任務(wù)劃分完成后，各任務(wù)之間的邏輯關(guān)系和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將決定任務(wù)的組織方式，而嵌入式操作系統(tǒng)則將決定任務(wù)的管理和組織功能。由于嵌入式應(yīng)用程序保存在ROM和FLASH中，因此，需對其進(jìn)行優(yōu)化布局。在軟件系統(tǒng)布局中，應(yīng)著重考慮存儲(chǔ)器的使用和存儲(chǔ)映像的布局，從而提升處理器對中斷向量的調(diào)取速度。例如物理零地址調(diào)取指令、執(zhí)行代碼以及ROM初始化指令等。

（三）任務(wù)與時(shí)鐘間通信

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的時(shí)鐘服務(wù)往往由嵌入式實(shí)施軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，由為系統(tǒng)任務(wù)設(shè)置自己的時(shí)鐘，并對執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行定期控制，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的資源同步和通信需要。

（四）系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化是軟件設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一，其初始化代碼通常方放置在嵌入式操作系統(tǒng)底層硬件和微內(nèi)核之間，它包含有BIOS指令，通過初始化RAM變量、轉(zhuǎn)換處理器狀態(tài)、定義系統(tǒng)入口等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化。

四、結(jié)語

嵌入式實(shí)時(shí)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)法的運(yùn)用，極大降低了軟件設(shè)計(jì)人員的工作量，簡化了設(shè)計(jì)流程，提高了軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量，增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的功能，是當(dāng)前軟件設(shè)計(jì)的主要方式之一。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：殷子江（1973-），男，漢族，遼寧沈陽人，碩士，工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。