【摘要】嵌入式系统是软硬件结合的、直接面向大规模应用的系统。由于传统小型开发模式对于满足开发要求越来越难,近年来,单片机和嵌入式系统的结合,以其独特的优势无论在广度上还是深度上都得到了飞速发展。但是,由于电子工程师习惯了小作坊式的开发模式,对操作系统和软件平台化的研究欠缺,而计算机科学工程师因为硬件知识方面的漏洞,也无法在短时间内快速步入单片机和嵌入式系统研究应用领域,因此,关于单片机和嵌入式系统开发平台化的研究正在界内如火如荼的进行。
【关键词】单片机；嵌入式系统；平台化；研究；开发
1前言
嵌入式系统结合了计算机技术、电子技术、半导体技术、以及各行各业的集体应用,是一个资金密集、技术密集、不断更新的知识知识集成系统。基于单片机嵌入式操作系统和嵌入式软件设计系统,是嵌入式系统开发应用平台化的核心。虽然关于嵌入式操作系统和嵌入式软件设计系统的研究还处于初级阶段,但是,随着现代科学技术的不断发展进步和越来越多的专业人员在嵌入式系统上有所造诣,对单片式和嵌入式系统平台化的研究和开发也会愈加成熟。
2单片机和嵌入式系统开发平台化的一般过程
2.1宿主机和目标机的开发
宿主机的功能主要是执行编码、链接和定址过程,目标机的主要功能是运行嵌入式软件。对于目标机这个硬件平台的运行,需要经过编译、链接、定址这三个步骤把应用程序转化成二维码代码,编译过程由运行在一个计算机平台上并且为另一个平台产生编码的交叉编码器完成;链接过程是将编译过程产出的所有文件链接成一个目标文件;定址过程是把物理储存器地址指定给每个相对应的目标文件。
2.2调试目标机上面的应用程序
嵌入式系统开发平台化过程中离不开对应用程序的调试。嵌入式调试通常采用交叉调试器对宿主机和目标机进行调试,调试时需要将宿主机上面的应用程序和操作系统下载到目标机的相关部件,然后进行任务级、汇编级和源码级的交叉调试。此外,还需要目标监视器对目标机上面的应用程序进行控制,配合调试器完成相关程序的下载、调试和运行。并将调试信息及时发送给宿主机。
2.3嵌入式系统设计
计算机更新换代和升级的速度越发快速,其硬件的平台性能也大幅度提高,给复杂嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。计算机软件技术的进步,特别是嵌入式实时操作系统EOS软件的推出,更好地提高了复杂嵌入式系统应用软件的工作效率。嵌入式系统软件的设计主要包括PCB、CAD和IEC这三个软件的设计,其设计过程的主要任务是资源配置、模块划分编码调试和流程设计等阶段,贯穿了嵌入式整个系统的设计过程。在设计时,不仅要考虑到编码应用的灵活性,也要考虑到整个系统的能耗和工作的可靠性。
3单片机嵌入式实时操作系统的设计
3.1单片机系统的工作
嵌入式系统的主控单元是单片机,单片机是为实现某些应用而专门设计的实时操作系统,其作用主要是对实时过程加以控制和对实时信息加以处理,嵌入式系统对单片机的要求较高,需要单片机及时响应随机发生的系统内部事件和外部事件,并对这些时间做出快速有效的处理。单片机是一个微观控制集成系统,它可以将程序和数据存储器、与端口相关的子系统等计算机所需要的外设集成到一个芯片上面。虽然与采用分时操作系统的计算机系统相比,单片机系统在功能上有些欠缺,但是,单片机的使用环境是相对单一和固定的,更有利于实现基于单片机的嵌入式实时操作系统的设计。
3.2嵌入式实时操作系统的工作
嵌入式实时操作系统是和嵌入式实时应用系统相伴随而产生的,它是嵌入式实时应用系统的灵魂,承担着任务通信、任务控制、存储管理、资源管理等重要任务。操作系统和应用程序相比,它只有微内核,没有用户接口,有些功能也没有,但是,操作系统与应用程序通常是结合在一起,共同运行于同一空间,所以,这也减轻了操作系统的负担,实现了操作系统和应用系统的功能互补。嵌入式操作系统因其内存容量较小,通常采用存储管理模块简单的实际物理地址,所以大大较小了内核的体积,使操作系统的内核成为真正意义上的微内核。
4单片机嵌入式软件编码实现过程及其设计
4.1嵌入式软件开发的特点
嵌入式软件的开发过程和普通台式机软件的开发过程的共同点是:都要经过需求分析、功能分析、结构设计、详细设计、编码实现、集成测试等阶段;不同点是:嵌入式软件的开发大部分是跨平台开发,很多代码直接控制硬件设备,所以,它对硬件设备的依赖性较强,而普通台式机软件的开发大部分是同平台之间的开发,对硬件设备的依赖性较低。此外,由于很多情况下的运行状态难以再现,嵌入式软件对时序的要求相对较严格。
4.2嵌入式操作系统的开发环境
人类进入科技时代以来,各项科学技术得到了突飞猛进地发展,嵌入式系统的开发环境也越来越成熟,其应用软件的开发较过去而言简单了很多,同时,嵌入式系统的集成开发环境和开发板的功能也日趋完善。集成开发环境集成了编译器、连接器、调试器等工具,有利于开发者摆脱目标软件环境,在保证质量和实效性的基础上快速研究开发出应用软件的模型。现阶段,许多硬件开发板的厂家在生产开发板时,在开发板中驻留了和微机通信的控制程序,有利于实现开发板和主机的通信。
5结语
单片机和嵌入式系统的开发越来越远离了传统小作坊式的开发模式,越来越向平台化的开发模式靠近,其平台化的开发方式正在经历深刻的变革,研究和应用领域正在逐步扩大。嵌入式系统开发平台化具有巨大的市场空间,我国应该抓住机遇,迎接挑战,加大对嵌入式系统领域的投入,大力培养嵌入式系统开发的研究人员,提高专业工程师的理论素养和实际研发的能力;在政策和资金上更多地扶持嵌入式系统产业的发展,努力使我国单片机和嵌入式系统开发平台化达到世界先进水平。
参考文献：
[1]唐英,李志蜀.使用UML分析设计嵌入式系统[J].计算机应用研究,2002(05).
[2]王职称论文世铀,郭福顺,臧天仪.微核心操作系统的结构对性能的影响[J].计算机研究与发展,1999(01).
[3]张君毅,李洪威,桑钊,孟小锁.基于Eclipse的开发环境中调试器设计与实现[J].现代电子技术,2009(06).
作者：彭铁牛 单位：湖南汽车工程职业学院
