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嵌入式系統開(kāi)發(fā)流程
嵌入式編程開(kāi)發(fā)是目前大多數軟件開(kāi)發(fā)程序員都在學(xué)習的一個(gè)編程開(kāi)發(fā)技術(shù)，以下想是小編搜集整理的關(guān)于嵌入式系統開(kāi)發(fā)流程的內容，一起來(lái)看看吧，希望能夠幫助到你！
第一步：建立開(kāi)發(fā)環(huán)境
操作系統一般使用Redhat Linux，選擇定制安裝或全部安裝，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )下載相應的GCC交叉編譯器進(jìn)行安裝(比如，arm-linux-gcc、arm-uclibc-gcc)，或者安裝產(chǎn)品廠(chǎng)家提供的相關(guān)交叉編譯器;
第二步：配置開(kāi)發(fā)主機
配置MINICOM，一般的參數為波特率115200 Baud/s，數據位8位，停止位為1，9，無(wú)奇偶校驗，軟件硬件流控設為無(wú)。在Windows下的超級終端的配置也是這樣。MINICOM軟件的作用是作為調試嵌入式開(kāi)發(fā)板的信息輸出的監視器和鍵盤(pán)輸入的工具。配置網(wǎng)絡(luò )主要是配置NFS網(wǎng)絡(luò )文件系統，需要關(guān)閉防火墻，簡(jiǎn)化嵌入式網(wǎng)絡(luò )調試環(huán)境設置過(guò)程。
第三步：建立引導裝載程序BOOTLOADER
從網(wǎng)絡(luò )上下載一些公開(kāi)源代碼的BOOTLOADER，如U.BOOT、BLOB、VIVI、LILO、ARM-BOOT、RED-BOOT等，根據具體芯片進(jìn)行移植修改。有些芯片沒(méi)有內置引導裝載程序，比如，三星的ARV17、ARM9系列芯片，這樣就需要編寫(xiě)開(kāi)發(fā)板上FLASH的燒寫(xiě)程序，可以在網(wǎng)上下載相應的燒寫(xiě)程序，也有Linux下的公開(kāi)源代碼的J-FLASH程序。如果不能燒寫(xiě)自己的開(kāi)發(fā)板，就需要根據自己的具體電路進(jìn)行源代碼修改。這是讓系統可以正常運行的第一步。如果用戶(hù)購買(mǎi)了廠(chǎng)家的仿真器比較容易燒寫(xiě)FLASH，雖然無(wú)法了解其中的核心技術(shù)，但對于需要迅速開(kāi)發(fā)自己的應用的人來(lái)說(shuō)可以極大提高開(kāi)發(fā)速度。
第四步：下載已經(jīng)移植好的Linux操作系統
如MCLiunx、ARM-Linux、PPC-Linux等，如果有專(zhuān)門(mén)針對所使用的CPU移植好的Linux操作系統那是再好不過(guò)，下載后再添加特定硬件的驅動(dòng)程序，然后進(jìn)行調試修改，對于帶MMU的CPU可以使用模塊方式調試驅動(dòng)，而對于MCLiunx這樣的系統只能編譯內核進(jìn)行調試。
第五步：建立根文件系統
下載使用BUSYBOX軟件進(jìn)行功能裁減，產(chǎn)生一個(gè)最基本的根文件系統，再根據自己的應用需要添加其他的程序。由于默認的啟動(dòng)腳本一般都不會(huì )符合應用的需要，所以就要修改根文件系統中的啟動(dòng)腳本，它的存放位置位于/etc目錄下，包括：/etc/init.d/rc.S、/etc/profile、/etc/.profile等，自動(dòng)掛裝文件系統的配置文件/etc/fstab，具體情況會(huì )隨系統不同而不同。根文件系統在嵌入式系統中一般設為只讀，需要使用mkcramfs genromfs等工具產(chǎn)生燒寫(xiě)映像文件。
第六步：建立應用程序的FLASH磁盤(pán)分區
一般使用JFFS2或YAFFS文件系統，這需要在內核中提供這些文件系統的驅動(dòng)，有的系統使用一個(gè)線(xiàn)性FLASH(NOR型)512KB～32MB，有的系統使用非線(xiàn)性FLASH(NAND型)8MB～512MB，有的兩個(gè)同時(shí)使用，需要根據應用規劃FLASH的分區方案。
第七步：開(kāi)發(fā)應用程序
可以放入根文件系統中，也可以放入YAFFS、JFFS2文件系統中，有的應用不使用根文件系統，直接將應用程序和內核設計在一起，這有點(diǎn)類(lèi)似于μC/OS-II的方式。
第八步：燒寫(xiě)內核
根文件系統和應用程序，發(fā)布產(chǎn)品。
常見(jiàn)的嵌入式系統有這么多：
Linux、uClinux、WinCE、PalmOS、Symbian、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、C Executive、autosar......
什么是嵌入式操作系統?
嵌入式操作系統是一種支持嵌入式系統應用的操作系統軟件，它是嵌入式系統的重要組成部分。嵌入時(shí)操作系統具有通用操作系統的基本特點(diǎn)，能夠有效管理復雜的系統資源，并且把硬件虛擬化。
從應用角度可分為通用型嵌入式操作系統和專(zhuān)用型嵌入式操作系統。常見(jiàn)的通用型嵌入式操作系統有Linux、VxWorks、Windows CE.net等。常用的專(zhuān)用型嵌入式操作系統有Smart Phone、Pocket PC、Symbian等。
按實(shí)時(shí)性可分為兩類(lèi)：
實(shí)時(shí)嵌入式操作系統主要面向控制、通信等領(lǐng)域。如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系統軟件公司的QNX、ATI的Nucleus，很多汽車(chē)電子行業(yè)都是利用實(shí)時(shí)性很強的操作系統等。
非實(shí)時(shí)嵌入式操作系統主要面向消費類(lèi)電子產(chǎn)品。這類(lèi)產(chǎn)品包括PDA、移動(dòng)電話(huà)、機頂盒、電子書(shū)、WebPhone等。如微軟面向手機應用的Smart Phone操作系統。
嵌入式系統的設計和實(shí)現而言，基本上需要四種不同的工作：系統設計工作，硬件設計工作，驅動(dòng)程序和操作系統移植工作和應用程序設計開(kāi)發(fā)工作。
1、系統設計工作
在系統的設計階段，系統分析師將根據需求確定系統的硬件的基本構成，根據系統的需求選擇使用那種處理器，使用哪種操作系統，使用那些軟件開(kāi)發(fā)工具。系統分析師往往是較為完整的參與過(guò)嵌入式系統設計的全過(guò)程，對于系統應用的行業(yè)較為了解，對于嵌入式系統本身的開(kāi)發(fā)流程十分清楚的人。
2、硬件設計工作
系統硬件設計人員需要根據系統分析師的設計結果，進(jìn)行硬件原理圖的設計。通常需要硬件設計人員熟悉嵌入式系統的硬件構成。硬件設計人員需要了解常用的嵌入式系統處理器，存儲器(Flash，SDRAM)，以太網(wǎng)MAC芯片，音頻/視頻編解碼芯片，電源管理芯片，總線(xiàn)接口電路 (USB,PCI)，液晶顯示模塊，可編程邏輯器件(FPGA/CPLD)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信模塊(Bluetooth,WLAN,GPRS)等硬件電路構成元素的基本工作原理，連接使用方法，使用注意事項，基本調試方法等內容。在網(wǎng)絡(luò )上能找到很多公司的評估板的原理圖，對于這些原理圖要仔細研究，摸清處理器同存儲器，網(wǎng)卡，液晶模塊等器件的連接方法和原因。通過(guò)對這些電路的研究，能夠較快地了解整個(gè)嵌入式系統的構成，這些電路同實(shí)際產(chǎn)品中的電路雖有一定差別的，特別是對于手持設備，但這些差別不影響初學(xué)者學(xué)習嵌入式系統的硬件設計基本構成。
1)學(xué)習 Linux系統安裝、 常用命令、應用程序安裝。
2) 學(xué)習 Linux 下的 C 編程、這本書(shū)必學(xué)《UNIX 環(huán)境高級編程》、《UNIX 網(wǎng)絡(luò )編程》，Rechard Stevens 寫(xiě)的，C 高手大都學(xué)習過(guò) 《C 和指針》、《C 缺陷與陷阱》、《高質(zhì)量C/C++編程指南》、《C 專(zhuān)家編程》、《The C programming Language》
3)程序員大都要學(xué)：數據結構，嵌入式程序員數據結構必學(xué)!
4)底層開(kāi)發(fā)人員大都要學(xué)：微機原理、計算機體系結構，嵌入式開(kāi)發(fā)人員必學(xué)!
5)單片機可以讓一個(gè)從事軟件開(kāi)發(fā)的人了解和如何操作硬件，有必要學(xué)，因為一開(kāi)始就從 ARM 入手，不太現實(shí)!
6)ARM 體系結構，其中有匯編。
7)數字電路有必要學(xué)習，不然你在做底層開(kāi)發(fā)時(shí)真的會(huì )不知道怎么看原理圖，起碼也得懂與或門(mén)吧。
8)ARM + Linux 應用程序開(kāi)發(fā)。(前提是要有開(kāi)發(fā)板)
9)要做底層開(kāi)發(fā)，就必須知道軟硬件之間是如何銜接和配合工作的，那么電子技術(shù)應該要好好學(xué)習了，很多時(shí)候會(huì )用到模擬電路知識，這是區別好手與菜鳥(niǎo)的不同之處之一。
10)Linux 下的匯編要學(xué)，這樣你才能真正了解你寫(xiě)的程序是如何在一個(gè)特定的硬件上跑的。這是區別好手與菜鳥(niǎo)的不同之處之二。
11)TCP/IP 協(xié)議棧要學(xué)，所有的嵌入式高手都得掌握的東西，這是區別好手與菜鳥(niǎo)的不同之處之三。
12)有了這些東西，拿下 Linux 驅動(dòng) 已經(jīng)不再話(huà)下，需要你去學(xué)習 Linux 內核源代碼和Linux驅動(dòng)程序設計，這是一個(gè)技術(shù)升華。
13)音頻、視頻的解碼譯碼技術(shù)你得學(xué)。
14)各種 IC ，各種 bootloader 你能夠參與其開(kāi)發(fā)設計。
15)自行設計開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，新技術(shù)。
學(xué)到這個(gè)地步差不多要花個(gè)3年的時(shí)間吧。但是后面的路該怎么走呢?嵌入式系統性的東西搞了一個(gè)產(chǎn)品之后，基本上一些套路都摸清楚了。
不同的行業(yè)，對于系統的要求是不一樣的，比如汽車(chē)行業(yè)，航空航天行業(yè)等一些高精度，高安全的需要對實(shí)時(shí)性要求非常之高，對于安全性和可靠性的要求非常嚴格。而有些行業(yè)比如消費類(lèi)產(chǎn)品，娛樂(lè )類(lèi)的，生活用具方面的對于用戶(hù)體驗是不一樣的，數碼產(chǎn)品對于一些圖像聲音的處理，要求更高，需要高清，高品質(zhì)的。而對于一些通信設備類(lèi)對于網(wǎng)絡(luò )的應答數據傳輸要求就非常嚴格，等等。這些根據不同的要求，選擇符合自己的操作系統，能對開(kāi)發(fā)工作有更大的幫助。
計算機四級嵌入式系統開(kāi)發(fā)工程師考試復習知識點(diǎn)
1、實(shí)時(shí)系統的調度
�。�1）調度：給定一組實(shí)時(shí)任務(wù)和系統資源，確定每個(gè)任務(wù)何時(shí)何地執行的整個(gè)過(guò)程。
�。�2）搶占式調度：通常是優(yōu)先級驅動(dòng)的調度，如uCOS。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好、反應快，調度算法相對簡(jiǎn)單，可以保證高優(yōu)先級任務(wù)的時(shí)間約束；缺點(diǎn)是上下文切換多。
�。�3）非搶占式調度：通常是按時(shí)間片分配的調度，不允許任務(wù)在執行期間被中斷，任務(wù)一旦占用處理器就必須執行完畢或自愿放棄，如WinCE。優(yōu)點(diǎn)是上下文切換少；缺點(diǎn)是處理器有效資源利用率低，可調度性不好。
�。�4）靜態(tài)表驅動(dòng)策略：系統在運行前根據各任務(wù)的時(shí)間約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用某種搜索策略生成一張運行時(shí)刻表，指明各任務(wù)的起始運行時(shí)刻及運行時(shí)間。
�。�5）優(yōu)先級驅動(dòng)策略：按照任務(wù)優(yōu)先級的高低確定任務(wù)的執行順序。
�。�6）實(shí)時(shí)任務(wù)分類(lèi)：周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù)。
�。�7）實(shí)時(shí)系統的通用結構模型：數據采集任務(wù)實(shí)現傳感器數據的采集，數據處理任務(wù)處理采集的數據、并將加工后的數據送到執行機構管理任務(wù)控制機構執行。
2、嵌入式微處理器體系結構
�。�1）馮諾依曼結構：程序和數據共用一個(gè)存儲空間，程序指令存儲地址和數據存儲地址指向同一個(gè)存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數據總線(xiàn)，程序和數據的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…
�。�2）哈佛結構：程序和數據是兩個(gè)相互獨立的存儲器，每個(gè)存儲器獨立編址、獨立訪(fǎng)問(wèn)，是一種將程序存儲和數據存儲分開(kāi)的存儲器結構。例如：AVR、ARM9、ARM10…
�。�3）CISC與RISC的特點(diǎn)比較（參照教程22頁(yè)）。計算機執行程序所需要的時(shí)間P可以用下面公式計算：P=I×CPI×T
I：高級語(yǔ)言程序編譯后在機器上運行的指令數。
CPI：為執行每條指令所需要的平均周期數。
T：每個(gè)機器周期的時(shí)間。
�。�4）流水線(xiàn)的思想：在CPU中把一條指令的串行執行過(guò)程變?yōu)槿舾芍噶畹淖舆^(guò)程在CPU中重疊執行。
�。�5）流水線(xiàn)的指標：
吞吐率：?jiǎn)挝粫r(shí)間里流水線(xiàn)處理機流出的結果數。如果流水線(xiàn)的子過(guò)程所用時(shí)間不一樣長(cháng)，則吞吐率應為最長(cháng)子過(guò)程的倒數。
建立時(shí)間：流水線(xiàn)開(kāi)始工作到達最大吞吐率的時(shí)間。若m個(gè)子過(guò)程所用時(shí)間一樣，均為t，則建立時(shí)間T＝mt。
�。�6）信息存儲的字節順序A、存儲器單位：字節（8位）
B、字長(cháng)決定了微處理器的尋址能力，即虛擬地址空間的大小。
C、32位微處理器的虛擬地址空間位232，即4GB。
D、小端字節順序：低字節在內存低地址處，高字節在內存高地址處。
E、大端字節順序：高字節在內存低地址處，低字節在內存高地址處。F、網(wǎng)絡(luò )設備的存儲順序問(wèn)題取決于OSI模型底層中的數據鏈路層。
3、邏輯電路基礎
�。�1）根據電路是否具有存儲功能，將邏輯電路劃分為：組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。
�。�2）組合邏輯電路：電路在任一時(shí)刻的輸出，僅取決于該時(shí)刻的輸入信號，而與輸入信號作用前電路的狀態(tài)無(wú)關(guān)。常用的邏輯電路有譯碼器和多路選擇器等。
�。�3）時(shí)序邏輯電路：電路任一時(shí)刻的輸出不僅與該時(shí)刻的輸入有關(guān)，而且還與該時(shí)刻電路的狀態(tài)有關(guān)。因此，時(shí)序電路中必須包含記憶元件。觸發(fā)器是構成時(shí)序邏輯電路的基礎。常用的時(shí)序邏輯電路有寄存器和計數器等。
�。�4）真值表、布爾代數、摩根定律、門(mén)電路的概念。
�。�5）NOR（或非）和NAND（與非）的門(mén)電路稱(chēng)為全能門(mén)電路，可以實(shí)現任何一種邏輯函數。
�。�6）譯碼器：多輸入多輸出的組合邏輯網(wǎng)絡(luò )。
每輸入一個(gè)n位的二進(jìn)制代碼，在m個(gè)輸出端中最多有一個(gè)有效。當m＝2n是，為全譯碼；當m<2n時(shí)，為部分譯碼。
�。�7）由于集成電路的高電平輸出電流小，而低電平輸出電流相對比較大，采用集成門(mén)電路直接驅動(dòng)LED時(shí)，較多采用低電平驅動(dòng)方式。液晶七段字符顯示器LCD利用液晶有外加電場(chǎng)和無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)不同的光學(xué)特性來(lái)顯示字符。
�。�8）時(shí)鐘信號是時(shí)序邏輯的基礎，它用于決定邏輯單元中的狀態(tài)合適更新。同步是時(shí)鐘控制系統中的主要制約條件。
�。�9）在選用觸發(fā)器的時(shí)候，觸發(fā)方式是必須考慮的因素。觸發(fā)方式有兩種：電平觸發(fā)方式：具有結構簡(jiǎn)單的有點(diǎn)，常用來(lái)組成暫存器。
邊沿觸發(fā)方式：具有很強的抗數據端干擾能力，常用來(lái)組成寄存器、計數器等。
計算機四級嵌入式系統開(kāi)發(fā)工程師考試的復習要點(diǎn)
1、嵌入式系統的定義
�。�1）定義：以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。
�。�2）嵌入式系統發(fā)展的4個(gè)階段：無(wú)操作系統階段、簡(jiǎn)單操作系統階段、實(shí)時(shí)操作系統階段、面向Internet階段。
�。�3）知識產(chǎn)權核（IP核）：具有知識產(chǎn)權的、功能具體、接口規范、可在多個(gè)集成電路設計中重復使用的功能模塊，是實(shí)現系統芯片（SOC）的基本構件。
�。�4）IP核模塊有行為、結構和物理3級不同程度的設計，對應描述功能行為的不同可以分為三類(lèi)：軟核、固核、硬核。
2、嵌入式系統的組成：硬件層、中間層、系統軟件層和應用軟件層
�。�1）硬件層：嵌入式微處理器、存儲器、通用設備接口和I/O接口。
嵌入式核心模塊＝微處理器＋電源電路＋時(shí)鐘電路＋存儲器Cache：位于主存和嵌入式微處理器內核之間，存放的是最近一段時(shí)間
微處理器使用最多的程序代碼和數據。它的主要目標是減小存儲器給微處理器內核造成的存儲器訪(fǎng)問(wèn)瓶頸，使處理速度更快。
�。�2）中間層（也稱(chēng)為硬件抽象層HAL或者板級支持包BSP）：它將系統上層軟件和底層硬件分離開(kāi)來(lái)，使系統上層軟件開(kāi)發(fā)人員無(wú)需關(guān)系底層硬件的具體情況，根據BSP層提供的接口開(kāi)發(fā)即可。
BSP有兩個(gè)特點(diǎn)：硬件相關(guān)性和操作系統相關(guān)性。設計一個(gè)完整的BSP需要完成兩部分工作：
A、嵌入式系統的硬件初始化和BSP功能。
片級初始化：純硬件的初始化過(guò)程，把嵌入式微處理器從上電的默認狀態(tài)逐步設置成系統所要求的工作狀態(tài)。
板級初始化：包含軟硬件兩部分在內的初始化過(guò)程，為隨后的系統初始化和應用程序建立硬件和軟件的運行環(huán)境。
系統級初始化：以軟件為主的初始化過(guò)程，進(jìn)行操作系統的初始化。
B、設計硬件相關(guān)的設備驅動(dòng)。
�。�3）系統軟件層：由RTOS、文件系統、GUI、網(wǎng)絡(luò )系統及通用組件模塊組成。
RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開(kāi)發(fā)平臺。
�。�4）應用軟件：由基于實(shí)時(shí)系統開(kāi)發(fā)的應用程序組成。
3、實(shí)時(shí)系統
�。�1）定義：能在指定或確定的時(shí)間內完成系統功能和對外部或內部、同步或異步時(shí)間做出響應的系統。
�。�2）區別：通用系統一般追求的是系統的平均響應時(shí)間和用戶(hù)的使用方便；而實(shí)時(shí)系統主要考慮的是在最壞情況下的系統行為。
�。�3）特點(diǎn)：時(shí)間約束性、可預測性、可靠性、與外部環(huán)境的交互性。
�。�4）硬實(shí)時(shí)（強實(shí)時(shí)）：指應用的時(shí)間需求應能夠得到完全滿(mǎn)足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財產(chǎn)損失和生態(tài)破壞，如：航天、軍事。
�。�5）軟實(shí)時(shí)（弱實(shí)時(shí)）：指某些應用雖然提出了時(shí)間的要求，但實(shí)時(shí)任務(wù)偶爾違反這種需求對系統運行及環(huán)境不會(huì )造成嚴重影響，如：監控系統、實(shí)時(shí)信息采集系統。
�。�6）任務(wù)的約束包括：時(shí)間約束、資源約束、執行順序約束和性能約束。
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