嵌入式系統開發的關鍵技術

蘇珂珂 鄭俊珂 王中志 王欣迪

摘要 科學技術的發展，使嵌入式系統的應用范圍越來越廣泛，這也使許多學者紛紛對嵌入式系統進行大量的研究，從而在很大程度上促進了嵌入式系統的發展，使嵌入式系統的性能得到了極大的提升。本文通過對嵌入式系統進行簡要的介紹，明確了嵌入式系統的特點，在此基礎上對嵌入式系統開發過程中的關鍵技術進行了深入的研究。

[關鍵詞]嵌入式系統 系統開發 關鍵技術

現代化信息技術的不斷發展，使各個領域對嵌入式系統的應用需求變得越來越迫切，這使嵌入式系統的開發工作變得越來越重要，并已經全面滲透到了人們的生產生活當中。在以往的嵌入式系統應用中，由于其自身性能較低、功能也不夠完善，這使其難以滿足人們的處理需求，而編程語言的不斷發展，使嵌入系統的開發水平得到了顯著提高，嵌入式技術也由此取得了巨大的突破。為此，以下便對嵌入式系統進行簡要的介紹。

1 嵌入式系統簡介

1.1 系統處理器

在嵌入式系統中設置有三大裝置，分別是微型處理器、嵌入式DSP及微控制器，微型處理器位于系統的電路板中，電路板中嵌入有許多功能模塊，其通過單片機來對嵌入式系統進行控制，同時在電路板中還擴展有相應的存儲器。一般來說，單片機的形狀為三菱形的，嵌入式系統中的嵌入式DSP能夠對時間離散訊息進行分析，同時還能使嵌入式系統的編程效率得以明顯提高。

1.2 系統內核

在嵌入式系統中的相關操作主要是利用內核層來實現。用戶在對嵌入式系統的功能進行使用時，嵌入式系統只需調用相應的程序就能夠實現。近些年來，嵌入式系統的功能模塊數量不斷增多，其內核容量同樣也有所擴大，而這便使嵌入式系統對圖象的處理難度大幅增加，因此需要對內核進行進一步的開發，減少內核內存，在這種形勢下，微型內核由此應運而生，通過微型內存的應用，能夠使嵌入式系統的操作效率得到極大提高。

1.3 系統內核的加載方式

在嵌入式系統中，其內核的加載方式既可以在Flash中進行直接加載，也可以在內存當中加載運行，在Flash加載中，內核會將可執行的內容燒寫至Flash中，當系統啟動后，便會對Flash中的某個地址進行執行，該方法是嵌入式系統的主要方法。而內核加載方式則是將內核中的內容進行壓縮，然后將相應的壓縮文件存儲到Flash中，當系統啟動后，其會對內存在存儲的壓縮內容進行解壓并執行，雖然該加載方式較為繁瑣一些，但其運行速度卻要比Flash運行方式更快，這是因為RAM相比于Flash來說，在存取速率方面要更有優勢。在嵌入式系統中，由于其內部機制為內存管理，因此系統中的用戶程序鏈接方式為靜態鏈接，其系統內部的內核與應用程序的代碼編繹，均是由靜態鏈接所生成的二進制影像文件實現運行的。

2 嵌入式系統開發中的關鍵技術研究

2.1 開發過程中的相關技術

在嵌入式系統開發過程中，主要包括宿主機與目標機兩個部分的開發，宿主機能夠對嵌入式系統中的代碼編譯、定址及鏈接進行執行，而目標機則是嵌入式系統中的硬件平臺。在對嵌入式系統進行開發時，需要將應用程序轉換成相應的二進制代碼，這些二進制代碼能夠在目標機中運行。在上述開發過程中，主要可分為三個步驟，分別是編譯過程;鏈接過程與定址過程，其中，嵌入式系統中的交叉編譯器能夠進行編譯，交叉編譯器屬于一種計算機平臺中的代碼生成編譯器，較為常見的交叉編譯器是GNU C/C++ （gcc），它會將所有編譯完成的目標文件均和一個目標文件進行鏈接，這便是鏈接過程。而定址過程則會在目標文件的各個偏移位置對相應的物理存儲器地址進行指定，在定址過程中所生成的文件便是二進制文件。在嵌入式系統調試過程中，主要是利用交叉調試器來進行，其調試方式通常采用宿主機-目標機形勢，宿主機與目標機之間的連接是通過以太網或串行口線來實現的，在交叉調試任務中，主要包括任務級調試、匯編級調試與源碼級調試，在調試過程中需要將宿主機中存儲的系統內核與應用程序分別下載到目標機當中的RAM或ROM當中。當目標機運行后，會對宿主機中的調試器控制命令進行接收，同時配合調試器來對應用程序進行下載、運行與調試，然后將調試信息發送到宿主機當中。

2.2 軟件移植技術

在嵌入式系統開發中，軟件移植技術無疑是其中的一項關鍵技術，其是以移植協議來完成軟件功能移植的，在移植協議中主要包括三個部分，分別是字節順序、字節對齊與位段空間分配。在字節順序中，現有的字節順序主要包括小段字節與大段字節兩種方式，小段字節順序是依據存儲地址中的數據排列順序來實現的，也就是低地址用于存儲低字節數據，高地址則用于存儲高字節數據。而大段字節則恰好與小段字節的排序順序是對調的。在字節對齊方面，現有的字節對齊方式非常多，其主要是以GCC中的MakeFile命令來編譯字節，然后對這些字節進行對齊，不過這種對齊方式會存在一些缺陷，因此需要在收數據包位置與發數據位置中分別加入相應的拆包函數與組包函數，以此提高嵌入式系統中軟件的互通性與移植性。位段空間分配也是軟件移植技術中的重要因素，通常在對位段進行分配時，其順序應從左至右進行，也有一部分系統是從右向左進行的。通過位段排序來確保嵌入式系統對數據進行準確保存，并利用編程方法來編譯位段排序，這樣在位段排序過程中只需要將對應的程序進行直接調用即可。

3 結語

總而言之，本文通過對嵌入式系統開發中的關鍵技術進行深入的研究，可以了解到，嵌入式系統中的設計方法與技術研發與其他系統有著很大的區別，嵌入式系統中的開發平臺并不是通用的，它是一種特制的開發平臺，這也使嵌入式系統的研發難度往往較大，因此對嵌入式系統研發中的關鍵技術進行了解與掌握是必不可少的。而研發出性能更佳的嵌入式系統操作平臺，更是諸多科研人員追求的共同目標。

參考文獻

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