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嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程
嵌入式編程開發(fā)是目前大多數(shù)軟件開發(fā)程序員都在學習的一個編程開發(fā)技術，以下想是小編搜集整理的關于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程的內(nèi)容，一起來看看吧，希望能夠幫助到你！
第一步：建立開發(fā)環(huán)境
操作系統(tǒng)一般使用Redhat Linux，選擇定制安裝或全部安裝，通過網(wǎng)絡下載相應的GCC交叉編譯器進行安裝(比如，arm-linux-gcc、arm-uclibc-gcc)，或者安裝產(chǎn)品廠家提供的相關交叉編譯器;
第二步：配置開發(fā)主機
配置MINICOM，一般的參數(shù)為波特率115200 Baud/s，數(shù)據(jù)位8位，停止位為1，9，無奇偶校驗，軟件硬件流控設為無。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(diào)試嵌入式開發(fā)板的信息輸出的監(jiān)視器和鍵盤輸入的工具。配置網(wǎng)絡主要是配置NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng)，需要關閉防火墻，簡化嵌入式網(wǎng)絡調(diào)試環(huán)境設置過程。
第三步：建立引導裝載程序BOOTLOADER
從網(wǎng)絡上下載一些公開源代碼的BOOTLOADER，如U.BOOT、BLOB、VIVI、LILO、ARM-BOOT、RED-BOOT等，根據(jù)具體芯片進行移植修改。有些芯片沒有內(nèi)置引導裝載程序，比如，三星的ARV17、ARM9系列芯片，這樣就需要編寫開發(fā)板上FLASH的燒寫程序，可以在網(wǎng)上下載相應的燒寫程序，也有Linux下的公開源代碼的J-FLASH程序。如果不能燒寫自己的開發(fā)板，就需要根據(jù)自己的具體電路進行源代碼修改。這是讓系統(tǒng)可以正常運行的第一步。如果用戶購買了廠家的仿真器比較容易燒寫FLASH，雖然無法了解其中的核心技術，但對于需要迅速開發(fā)自己的應用的人來說可以極大提高開發(fā)速度。
第四步：下載已經(jīng)移植好的Linux操作系統(tǒng)
如MCLiunx、ARM-Linux、PPC-Linux等，如果有專門針對所使用的CPU移植好的Linux操作系統(tǒng)那是再好不過，下載后再添加特定硬件的驅動程序，然后進行調(diào)試修改，對于帶MMU的CPU可以使用模塊方式調(diào)試驅動，而對于MCLiunx這樣的系統(tǒng)只能編譯內(nèi)核進行調(diào)試。
第五步：建立根文件系統(tǒng)
下載使用BUSYBOX軟件進行功能裁減，產(chǎn)生一個最基本的根文件系統(tǒng)，再根據(jù)自己的應用需要添加其他的程序。由于默認的啟動腳本一般都不會符合應用的需要，所以就要修改根文件系統(tǒng)中的啟動腳本，它的存放位置位于/etc目錄下，包括：/etc/init.d/rc.S、/etc/profile、/etc/.profile等，自動掛裝文件系統(tǒng)的配置文件/etc/fstab，具體情況會隨系統(tǒng)不同而不同。根文件系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中一般設為只讀，需要使用mkcramfs genromfs等工具產(chǎn)生燒寫映像文件。
第六步：建立應用程序的FLASH磁盤分區(qū)
一般使用JFFS2或YAFFS文件系統(tǒng)，這需要在內(nèi)核中提供這些文件系統(tǒng)的驅動，有的系統(tǒng)使用一個線性FLASH(NOR型)512KB～32MB，有的系統(tǒng)使用非線性FLASH(NAND型)8MB～512MB，有的兩個同時使用，需要根據(jù)應用規(guī)劃FLASH的分區(qū)方案。
第七步：開發(fā)應用程序
可以放入根文件系統(tǒng)中，也可以放入YAFFS、JFFS2文件系統(tǒng)中，有的應用不使用根文件系統(tǒng)，直接將應用程序和內(nèi)核設計在一起，這有點類似于μC/OS-II的方式。
第八步：燒寫內(nèi)核
根文件系統(tǒng)和應用程序，發(fā)布產(chǎn)品。
常見的嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)?
嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。嵌入時操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，能夠有效管理復雜的系統(tǒng)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(tǒng)和專用型嵌入式操作系統(tǒng)。常見的通用型嵌入式操作系統(tǒng)有Linux、VxWorks、Windows CE.net等。常用的專用型嵌入式操作系統(tǒng)有Smart Phone、Pocket PC、Symbian等。
按實時性可分為兩類：
實時嵌入式操作系統(tǒng)主要面向控制、通信等領域。如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系統(tǒng)軟件公司的QNX、ATI的Nucleus，很多汽車電子行業(yè)都是利用實時性很強的操作系統(tǒng)等。
非實時嵌入式操作系統(tǒng)主要面向消費類電子產(chǎn)品。這類產(chǎn)品包括PDA、移動電話、機頂盒、電子書、WebPhone等。如微軟面向手機應用的Smart Phone操作系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)而言，基本上需要四種不同的工作：系統(tǒng)設計工作，硬件設計工作，驅動程序和操作系統(tǒng)移植工作和應用程序設計開發(fā)工作。
1、系統(tǒng)設計工作
在系統(tǒng)的設計階段，系統(tǒng)分析師將根據(jù)需求確定系統(tǒng)的硬件的基本構成，根據(jù)系統(tǒng)的需求選擇使用那種處理器，使用哪種操作系統(tǒng)，使用那些軟件開發(fā)工具。系統(tǒng)分析師往往是較為完整的參與過嵌入式系統(tǒng)設計的全過程，對于系統(tǒng)應用的行業(yè)較為了解，對于嵌入式系統(tǒng)本身的開發(fā)流程十分清楚的人。
2、硬件設計工作
系統(tǒng)硬件設計人員需要根據(jù)系統(tǒng)分析師的設計結果，進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(tǒng)的硬件構成。硬件設計人員需要了解常用的嵌入式系統(tǒng)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，總線接口電路 (USB,PCI)，液晶顯示模塊，可編程邏輯器件(FPGA/CPLD)，無線網(wǎng)絡通信模塊(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(diào)試方法等內(nèi)容。在網(wǎng)絡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。通過對這些電路的研究，能夠較快地了解整個嵌入式系統(tǒng)的構成，這些電路同實際產(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者學習嵌入式系統(tǒng)的硬件設計基本構成。
1)學習 Linux系統(tǒng)安裝、 常用命令、應用程序安裝。
2) 學習 Linux 下的 C 編程、這本書必學《UNIX 環(huán)境高級編程》、《UNIX 網(wǎng)絡編程》，Rechard Stevens 寫的，C 高手大都學習過 《C 和指針》、《C 缺陷與陷阱》、《高質(zhì)量C/C++編程指南》、《C 專家編程》、《The C programming Language》
3)程序員大都要學：數(shù)據(jù)結構，嵌入式程序員數(shù)據(jù)結構必學!
4)底層開發(fā)人員大都要學：微機原理、計算機體系結構，嵌入式開發(fā)人員必學!
5)單片機可以讓一個從事軟件開發(fā)的人了解和如何操作硬件，有必要學，因為一開始就從 ARM 入手，不太現(xiàn)實!
6)ARM 體系結構，其中有匯編。
7)數(shù)字電路有必要學習，不然你在做底層開發(fā)時真的會不知道怎么看原理圖，起碼也得懂與或門吧。
8)ARM + Linux 應用程序開發(fā)。(前提是要有開發(fā)板)
9)要做底層開發(fā)，就必須知道軟硬件之間是如何銜接和配合工作的，那么電子技術應該要好好學習了，很多時候會用到模擬電路知識，這是區(qū)別好手與菜鳥的不同之處之一。
10)Linux 下的匯編要學，這樣你才能真正了解你寫的程序是如何在一個特定的硬件上跑的。這是區(qū)別好手與菜鳥的不同之處之二。
11)TCP/IP 協(xié)議棧要學，所有的嵌入式高手都得掌握的東西，這是區(qū)別好手與菜鳥的不同之處之三。
12)有了這些東西，拿下 Linux 驅動 已經(jīng)不再話下，需要你去學習 Linux 內(nèi)核源代碼和Linux驅動程序設計，這是一個技術升華。
13)音頻、視頻的解碼譯碼技術你得學。
14)各種 IC ，各種 bootloader 你能夠參與其開發(fā)設計。
15)自行設計開發(fā)新產(chǎn)品，新技術。
學到這個地步差不多要花個3年的時間吧。但是后面的路該怎么走呢?嵌入式系統(tǒng)性的東西搞了一個產(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(tǒng)的要求是不一樣的，比如汽車行業(yè)，航空航天行業(yè)等一些高精度，高安全的需要對實時性要求非常之高，對于安全性和可靠性的要求非常嚴格。而有些行業(yè)比如消費類產(chǎn)品，娛樂類的，生活用具方面的對于用戶體驗是不一樣的，數(shù)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對于網(wǎng)絡的應答數(shù)據(jù)傳輸要求就非常嚴格，等等。這些根據(jù)不同的要求，選擇符合自己的操作系統(tǒng)，能對開發(fā)工作有更大的幫助。
計算機四級嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工程師考試復習知識點
1、實時系統(tǒng)的調(diào)度
�。�1）調(diào)度：給定一組實時任務和系統(tǒng)資源，確定每個任務何時何地執(zhí)行的整個過程。
�。�2）搶占式調(diào)度：通常是優(yōu)先級驅動的調(diào)度，如uCOS。優(yōu)點是實時性好、反應快，調(diào)度算法相對簡單，可以保證高優(yōu)先級任務的時間約束；缺點是上下文切換多。
�。�3）非搶占式調(diào)度：通常是按時間片分配的調(diào)度，不允許任務在執(zhí)行期間被中斷，任務一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄，如WinCE。優(yōu)點是上下文切換少；缺點是處理器有效資源利用率低，可調(diào)度性不好。
（4）靜態(tài)表驅動策略：系統(tǒng)在運行前根據(jù)各任務的時間約束及關聯(lián)關系，采用某種搜索策略生成一張運行時刻表，指明各任務的起始運行時刻及運行時間。
�。�5）優(yōu)先級驅動策略：按照任務優(yōu)先級的高低確定任務的執(zhí)行順序。
�。�6）實時任務分類：周期任務、偶發(fā)任務、非周期任務。
（7）實時系統(tǒng)的通用結構模型：數(shù)據(jù)采集任務實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理任務處理采集的數(shù)據(jù)、并將加工后的數(shù)據(jù)送到執(zhí)行機構管理任務控制機構執(zhí)行。
2、嵌入式微處理器體系結構
�。�1）馮諾依曼結構：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序和數(shù)據(jù)的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…
（2）哈佛結構：程序和數(shù)據(jù)是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問，是一種將程序存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結構。例如：AVR、ARM9、ARM10…
�。�3）CISC與RISC的特點比較（參照教程22頁）。計算機執(zhí)行程序所需要的時間P可以用下面公式計算：P=I×CPI×T
I：高級語言程序編譯后在機器上運行的指令數(shù)。
CPI：為執(zhí)行每條指令所需要的平均周期數(shù)。
T：每個機器周期的時間。
（4）流水線的思想：在CPU中把一條指令的串行執(zhí)行過程變?yōu)槿舾芍噶畹淖舆^程在CPU中重疊執(zhí)行。
�。�5）流水線的指標：
吞吐率：單位時間里流水線處理機流出的結果數(shù)。如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率應為最長子過程的倒數(shù)。
建立時間：流水線開始工作到達最大吞吐率的時間。若m個子過程所用時間一樣，均為t，則建立時間T＝mt。
�。�6）信息存儲的字節(jié)順序A、存儲器單位：字節(jié)（8位）
B、字長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(jié)順序：低字節(jié)在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)在內(nèi)存高地址處。
E、大端字節(jié)順序：高字節(jié)在內(nèi)存低地址處，低字節(jié)在內(nèi)存高地址處。F、網(wǎng)絡設備的存儲順序問題取決于OSI模型底層中的數(shù)據(jù)鏈路層。
3、邏輯電路基礎
�。�1）根據(jù)電路是否具有存儲功能，將邏輯電路劃分為：組合邏輯電路和時序邏輯電路。
�。�2）組合邏輯電路：電路在任一時刻的輸出，僅取決于該時刻的輸入信號，而與輸入信號作用前電路的狀態(tài)無關。常用的邏輯電路有譯碼器和多路選擇器等。
（3）時序邏輯電路：電路任一時刻的輸出不僅與該時刻的輸入有關，而且還與該時刻電路的狀態(tài)有關。因此，時序電路中必須包含記憶元件。觸發(fā)器是構成時序邏輯電路的基礎。常用的時序邏輯電路有寄存器和計數(shù)器等。
（4）真值表、布爾代數(shù)、摩根定律、門電路的概念。
（5）NOR（或非）和NAND（與非）的門電路稱為全能門電路，可以實現(xiàn)任何一種邏輯函數(shù)。
�。�6）譯碼器：多輸入多輸出的組合邏輯網(wǎng)絡。
每輸入一個n位的二進制代碼，在m個輸出端中最多有一個有效。當m＝2n是，為全譯碼；當m<2n時，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，采用集成門電路直接驅動LED時，較多采用低電平驅動方式。液晶七段字符顯示器LCD利用液晶有外加電場和無外加電場時不同的光學特性來顯示字符。
�。�8）時鐘信號是時序邏輯的基礎，它用于決定邏輯單元中的狀態(tài)合適更新。同步是時鐘控制系統(tǒng)中的主要制約條件。
�。�9）在選用觸發(fā)器的時候，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：具有結構簡單的有點，常用來組成暫存器。
邊沿觸發(fā)方式：具有很強的抗數(shù)據(jù)端干擾能力，常用來組成寄存器、計數(shù)器等。
計算機四級嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工程師考試的復習要點
1、嵌入式系統(tǒng)的定義
�。�1）定義：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。
�。�2）嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的4個階段：無操作系統(tǒng)階段、簡單操作系統(tǒng)階段、實時操作系統(tǒng)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(guī)范、可在多個集成電路設計中重復使用的功能模塊，是實現(xiàn)系統(tǒng)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：軟核、固核、硬核。
2、嵌入式系統(tǒng)的組成：硬件層、中間層、系統(tǒng)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＋時鐘電路＋存儲器Cache：位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間，存放的是最近一段時間
微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。它的主要目標是減小存儲器給微處理器內(nèi)核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快。
�。�2）中間層（也稱為硬件抽象層HAL或者板級支持包BSP）：它將系統(tǒng)上層軟件和底層硬件分離開來，使系統(tǒng)上層軟件開發(fā)人員無需關系底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口開發(fā)即可。
BSP有兩個特點：硬件相關性和操作系統(tǒng)相關性。設計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：
A、嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化和BSP功能。
片級初始化：純硬件的初始化過程，把嵌入式微處理器從上電的默認狀態(tài)逐步設置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。
板級初始化：包含軟硬件兩部分在內(nèi)的初始化過程，為隨后的系統(tǒng)初始化和應用程序建立硬件和軟件的運行環(huán)境。
系統(tǒng)級初始化：以軟件為主的初始化過程，進行操作系統(tǒng)的初始化。
B、設計硬件相關的設備驅動。
�。�3）系統(tǒng)軟件層：由RTOS、文件系統(tǒng)、GUI、網(wǎng)絡系統(tǒng)及通用組件模塊組成。
RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發(fā)平臺。
（4）應用軟件：由基于實時系統(tǒng)開發(fā)的應用程序組成。
3、實時系統(tǒng)
�。�1）定義：能在指定或確定的時間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對外部或內(nèi)部、同步或異步時間做出響應的系統(tǒng)。
�。�2）區(qū)別：通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應時間和用戶的使用方便；而實時系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。
�。�3）特點：時間約束性、可預測性、可靠性、與外部環(huán)境的交互性。
�。�4）硬實時（強實時）：指應用的時間需求應能夠得到完全滿足，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）軟實時（弱實時）：指某些應用雖然提出了時間的要求，但實時任務偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運行及環(huán)境不會造成嚴重影響，如：監(jiān)控系統(tǒng)、實時信息采集系統(tǒng)。
�。�6）任務的約束包括：時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。
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