發(fā)布時間：2022-08-01 10:42:23
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)研究樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
摘 要：嵌入式系統(tǒng)是當前工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域的重要計算機應用技術(shù)。隨著工業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提升，嵌入式系統(tǒng)變得更加繁瑣復雜、功能也更加豐富。文章圍繞嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)相關(guān)問題進行探討，詳細闡述了嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的幾個重要階段，對各個階段涉及到的重要技術(shù)進行了介紹。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；軟件開發(fā)；技術(shù)
引言
計算機技術(shù)一經(jīng)問世，就成為加快推動人類社會生產(chǎn)活動高效開展的重要力量。在幾十年的發(fā)展里程中，計算機相關(guān)技術(shù)都實現(xiàn)了巨大進步。伴隨著工業(yè)現(xiàn)代化進程的不斷深入，嵌入式系統(tǒng)獲得了越來越多的關(guān)注。嵌入式系統(tǒng)是一種以軟件和硬件相結(jié)合為特征的計算機系統(tǒng)。該種系統(tǒng)常用于工業(yè)大型機械化生產(chǎn)或者國防工業(yè)等領(lǐng)域，通過嵌入到某些專門設(shè)備中予以實現(xiàn)，故此得名嵌入式系統(tǒng)。在數(shù)十年的實際應用過程中，嵌入式系統(tǒng)屢經(jīng)發(fā)展，不斷創(chuàng)新改進，目前已經(jīng)取得了許多項先進技術(shù)成果，為今后的相關(guān)領(lǐng)域開發(fā)工作指出了重要方向。
1 微處理器技術(shù)的選擇
微處理器技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)的重要基本元素。伴隨著加工制作技術(shù)的升級，微處理器從最初的4位、8位器件開始，發(fā)展到后面的集成式單片8位微處理器、16位微處理器。時至今日，16位微處理器已經(jīng)成為微處理器應用的中間類型，占據(jù)著微處理器市場的最大份額，而更高端的領(lǐng)域則由32位架構(gòu)的器件所占據(jù)。最開始的32位器件采用的是CISC架構(gòu)，而后隨著技術(shù)的發(fā)展，性能更加優(yōu)異的RISC芯片則成為32位器件架構(gòu)形式的主要選擇。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員可以根據(jù)項目實際需要，綜合比較設(shè)備性能、服務(wù)、適用性以及成本等多個指標選擇最適合的微處理器。
2 系統(tǒng)架構(gòu)的選擇
架構(gòu)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成，不僅關(guān)系到系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，對于系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展、優(yōu)化也有著舉足輕重的作用。微處理器的架構(gòu)開始時僅僅是中央處理器和部分邏輯器件構(gòu)成的簡單形式。經(jīng)過多年的發(fā)展，微處理器架構(gòu)變得復雜、繁瑣，但調(diào)試技術(shù)還是原來那些電路仿真、芯片級調(diào)試、ROM監(jiān)控器以及指令集模擬等技術(shù)。隨著嵌入式系統(tǒng)應用范圍不斷擴大和技術(shù)要求的不斷提高，系統(tǒng)架構(gòu)的重要性也在與日俱增，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員必須要認真評估各類微處理器相關(guān)特性，選取合適的系統(tǒng)架構(gòu)，這樣才能保證開發(fā)出來的系統(tǒng)的健康水平。
3 設(shè)計組成
嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)工作包括硬件開發(fā)和軟件開發(fā)兩個部分。最開始的時候，軟、硬件的開發(fā)工作基本上都由一名技術(shù)人員負責。而且在系統(tǒng)開發(fā)項目的全部工作中，軟件開發(fā)所占據(jù)的比例較小，最大十分之一。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作中軟件設(shè)計所占據(jù)的比例越來越大。原有工作模式因而發(fā)生丟了改變。專業(yè)人員專門負責嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的工作模式出現(xiàn)在上個實際80年代中期，同期軟件開發(fā)的工作量占據(jù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作業(yè)務(wù)量的一半以上。
近些年來，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展得日漸成熟。軟件、硬件方面都實現(xiàn)了巨大進步。系統(tǒng)開發(fā)業(yè)務(wù)量持續(xù)上漲。其中，軟件開發(fā)的業(yè)務(wù)增長更為顯著，已經(jīng)達到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)業(yè)務(wù)量的十分之七、八左右。巨大的工作量已經(jīng)不是僅僅依靠一個開發(fā)人員就能完成的，必須依靠團隊的力量。特別是隨著系統(tǒng)開發(fā)工作的深入，一些新的技術(shù)措施、手段紛紛涌現(xiàn)，成為系統(tǒng)開發(fā)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。其中一個至關(guān)重要的就是用于軟件開發(fā)后進行測試的硬件平臺。由于軟件開發(fā)業(yè)務(wù)量的高速增加，用來進行軟件測試的硬件平臺需求也就變得更加迫切。目前常用的方法有本地代碼執(zhí)行原型環(huán)境、指令集軟仿真（模擬），或者是使用標準的、低成本的、現(xiàn)成的評估板等。而主機-目標機連接技術(shù)因為成本較低，故而推廣速度很快，其中最為著名的就是JTAG接口。
4 軟件內(nèi)容
盡管軟件開發(fā)所耗費的時間越來越多，但市場對于軟件的開發(fā)周期的要求卻越來越短。為了適應市場需求，嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)企業(yè)不得不在開發(fā)策略上下功夫。早期嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)簡單、功能單一，使用企業(yè)自行開發(fā)的應用代碼即可實現(xiàn)。如今系統(tǒng)功能豐富，功能強大，結(jié)構(gòu)復雜，軟件開發(fā)企業(yè)必須依賴外部的力量。目前，軟件開發(fā)企業(yè)往往根據(jù)項目需求，選擇對應的多任務(wù)的模型，然后使用標準的、商用的實時操作系統(tǒng)輔助開發(fā)。這種做法，優(yōu)點是開發(fā)效率高，缺點是不可避免的遇到知識產(chǎn)權(quán)的問題。在全社會都越來越重視知識產(chǎn)權(quán)的大形勢下，嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)，必須考慮到知識產(chǎn)權(quán)因素的影響，這種影響，不僅僅停留在當前所開發(fā)的軟件上，更對后續(xù)的相關(guān)軟件開發(fā)、應用拓展有著巨大的影響。
5 編程語言
編程語言是進行軟件開發(fā)設(shè)計必不可少的工具。在微處理器剛剛出現(xiàn)，尚停留在4位、8位器件的階段，開發(fā)人員只能選擇匯編語言進行開發(fā)。當16位微處理器技術(shù)出現(xiàn)以后，軟件編程語言的選擇也變得豐富起來。使用較多的有Pascal、C語言、PL/M語言。而對于一些特別的系統(tǒng)，F(xiàn)orth語言更為適合。當32位微處理器應用日漸廣泛以后，又開發(fā)出了C和ADA。其中，ADA主要應用于軍事領(lǐng)域，在國防事業(yè)中大展身手。時至今日，C++已經(jīng)逐步取代C語言成為嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)語言的主流，目前大約四分之一到三分之一的嵌入式系統(tǒng)是使用C++設(shè)計的。而本來專為嵌入式系統(tǒng)軟件所開發(fā)出來的Java則在要求運行時重新配置的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了更大的自身價值，統(tǒng)一建模語言（UML）也成為高級設(shè)計方法學的最流行選擇。
6 軟件隊伍的規(guī)模和分布
上文提過，最初的嵌入式軟、硬件開發(fā)工作通常都由一名工程師予以兼任。經(jīng)過多年的發(fā)展演化，軟件開發(fā)工作變得專業(yè)化、系統(tǒng)化、精細化，形成了專門負責軟件開發(fā)的技術(shù)業(yè)務(wù)人員。而以嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)為職責的團隊則是今后發(fā)展的主要方向。IT行業(yè)軟件開發(fā)項目管理工作責任重大、任務(wù)艱巨。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)同樣如此。其區(qū)別僅在于嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)使用過程語言，比如C語言和匯編語言進行編程。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)是一項技術(shù)含量和系統(tǒng)化要求很高的工作。開發(fā)團隊中的所有人都要對目標系統(tǒng)有著全面的清晰的了解，而在當前項目越來越大，工作人員越來越多的情況下，受各人業(yè)務(wù)能力水平等因素的影響，要保持所有人都同樣深入的認知水平顯然是不現(xiàn)實的。實際情況是團隊中部分高端人才對于某個領(lǐng)域認識非常深入，相關(guān)業(yè)務(wù)能力很強，這些人是開發(fā)團隊的主干，團隊管理者必須科學、協(xié)調(diào)、高效使用這些人力資源，確保他們的業(yè)務(wù)成果可以被其它人員正確使用。而面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)則是這種應用策略在技術(shù)層面的現(xiàn)實體現(xiàn)。
7 結(jié)束語
我國正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要時期，大規(guī)模的自動化生產(chǎn)成為工業(yè)生產(chǎn)的主流。嵌入式系統(tǒng)軟件遠景廣闊，市場空間巨大。軟件開發(fā)企業(yè)要牢牢把握這個機會，深入、扎實地研究嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)，吸收外部優(yōu)勢資源為我所用，設(shè)計出功能強大、適應廣泛的優(yōu)質(zhì)軟件產(chǎn)品，在實現(xiàn)企業(yè)自身的健康高速發(fā)展的同時，為我國經(jīng)濟建設(shè)提供有力支持與保障。
摘要： 針對新興的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢，提出了對于嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的幾個過程，并挑選出它們所驅(qū)動的技術(shù)，從而做出一個值得注意的技術(shù)的時間表。
關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng)；軟件開發(fā)
0 引言
嵌人式系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)過30多年的發(fā)展，到現(xiàn)在算是一個成熟的技術(shù)了。由此可以從總體上確認在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)展過程中出現(xiàn)的幾種明顯趨勢，這些趨勢指出了一系列新興的關(guān)鍵技術(shù)。
1 微處理器技術(shù)
最早的微處理器是4位和8位器件。由于制造技術(shù)越來越復雜，集成的單片8位微處理器開始出現(xiàn)，16位微處理器也開始使用。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，16位的微處理器已得到廣泛的應用。32位架構(gòu)的器件逐漸占領(lǐng)了高端的應用市場，第一代的32位器件都是CISC架構(gòu)，但目前，越來越多的RISC芯片正在提供更高的性能。嵌人式系統(tǒng)設(shè)計者選擇微處理器的范圍比以前大了，必須根據(jù)性能、需求、支持、可用性和價格來進行選擇。
2 系統(tǒng)架構(gòu)
隨著微處理器的發(fā)展系統(tǒng)架構(gòu)也在進步。最早的系統(tǒng)，是由CPU和一些邏輯器件組成的。多年以來，系統(tǒng)變得日益復雜，但都還可以使用同樣的調(diào)試技術(shù)—電路仿真、芯片級調(diào)試、ROM監(jiān)控器以及指令集模擬。嵌入式系統(tǒng)日益強勁，而功能需求的增長則更快很多設(shè)計者開始重新審視微處理器和它們的用法。
3 設(shè)計組成
嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的最初階段。所有的開發(fā)包括軟件和硬件設(shè)計，通常都是一個工程師來承擔。軟件在整個工作址中的比例很小，大約5%-10%。隨著時間的推移軟件開發(fā)占工程時間的比例持續(xù)增長。至20世紀80年代中期，軟件開發(fā)已經(jīng)是由專業(yè)歡件人員來做，所占比例一般已超過整個開發(fā)工作量的50%。
在最近幾年，雖然硬件設(shè)計變得更加復雜，但軟件的份量也急劇增長，目前通常占到開發(fā)總量70%-80%。因此，需要有軟件團隊參與，同時也產(chǎn)生了一些新的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)中的一個，就是要有可用的硬件平臺來進行軟件測試。由于要在更短的時間內(nèi)開發(fā)更多的軟件，就需要盡快建立測試環(huán)境。發(fā)出更多的軟件，就需要盡快建立測試環(huán)境。有多種可行的方法，如本地代碼執(zhí)行原型環(huán)境、指令集軟仿真（模擬），以及使用標準的、低成本的、現(xiàn)成的評估板。此外，低成本的主機一目標機連接技術(shù)，也變得越來越普及，有代表性的就是JTAG接口。
4 軟件內(nèi)容
軟件開發(fā)所占總時間的比例一直在增加。同時，來自全球貿(mào)易和競爭的壓力使得產(chǎn)品投放市場的時間也一直在縮短。這極大地影響了設(shè)計的策略。最早的設(shè)計相當簡單，僅僅由自己設(shè)計的應用代碼組成。隨著系統(tǒng)的復雜度增加，多任務(wù)的模型被軟件開發(fā)者廣泛采納，很多開發(fā)者選擇標準的、商用的實時操作系統(tǒng)產(chǎn)品。隨著各個標準的進一步被采納，買來的軟件，或者說有“知識產(chǎn)權(quán)”的軟件所占的比例正穩(wěn)步增長。這個趨勢給了軟件開發(fā)者很多啟示。集成標準的軟件組件—和應用代碼及其他—是我們所關(guān)心的。在多任務(wù)背景下調(diào)試是另一個值得關(guān)注的問題。與選擇知識產(chǎn)權(quán)有關(guān)的商業(yè)決定尤為復雜；除了當前的要求之外，還有將來的（例如移植到別的處理器）也必須加以考慮。
5 編程語言
對于早期的4位和8位微處理器，匯編語言是唯一的選擇。隨著16位微處理器技術(shù)成為現(xiàn)實，出現(xiàn)了幾種可供選擇的語言。有Pascal和C語言和PL/M語言。對某些類型的系統(tǒng)來說，F(xiàn)orth語言也曾很流行，隨著時間推移，32位技術(shù)的使用日益增多，出現(xiàn)了C和Ada。后者在國防部的系統(tǒng)中被普遍使用。
在嵌入式軟件開發(fā)中，C++開始逐步取代C語言?，F(xiàn)在，1/4～1/3的嵌入式系統(tǒng)代碼是用C++編寫的。Java語言當初是專門為嵌人式應用開發(fā)的，在要求運行時重新配置的應用場合，它找到了一席之地。統(tǒng)一建模語言(UML)也成為高級設(shè)計方法學的最流行選擇。
6 軟件隊伍的規(guī)模和分布
正如先前討論的一樣，最初的嵌人式系統(tǒng)設(shè)計只要一個人就夠了。在適當?shù)臅r候，因?qū)I(yè)化，產(chǎn)生了致力于軟件開發(fā)的工程師。下一步就是建立嵌人式軟件開發(fā)團隊。管理軟件開發(fā)在任何情況下都是一個挑戰(zhàn)，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)也不例外，只是有細微差別。使用傳統(tǒng)的編程技術(shù)———過程語言，如C語言和匯編語言，團隊里的大部分成員都需要對整個系統(tǒng)了解比較全面。隨著團隊變大，這就變得越來越不可行。價況住往是，團隊里有一些特殊的人才，他們對某些專門領(lǐng)域很在行。為了有效地管理團隊必須使用合適的策略，將他們的專長封裝起來。盡可能使一個專家的工作成果能夠被非專家以安全、可靠和直觀的方式加以使用.在這種情況下，面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)找到應用點。
雖然有很多非常大的公司，但軟件隊伍不是簡單的人員擴充他們正在變成分布式的。團隊的一些成員在一個地方，而其他的可能在別處。這些地點甚至有可能位于不同的國家。這種安排在歐洲很常見，在那里，真正關(guān)心的可能是交流的語言。其他地方，時區(qū)可能是個問題(可能也是一個優(yōu)勢，因為分布式的團隊可以全天候工作)。隨著新興的技術(shù)中心（如印度）廣泛崛起，上述情況越來越普遍。在這一背景不，軟件組件的可重用性需求就變得很常見了。
7 UML和建模
最近幾年，UML己經(jīng)成為一項關(guān)鍵的設(shè)計方法，它和逐漸增七的嵌人式軟件團隊規(guī)模關(guān)系密切。廣義上說，使用設(shè)計工具的方式有2種:或者是作為編寫代碼的指導，或者就作為直接生成代碼的一種手段。對于嵌人式軟件來說，代碼生成是有爭議的，它可能會被爭論（而且還很有道理）—每一個系統(tǒng)都是不同的，都有各自的特殊需求。這正是xtUML（可執(zhí)行和可翻譯的UML）吸引人的地方，因為它使得應用與架構(gòu)清晰地分離了。這里所遵循的，是與面向?qū)ο缶幊掏瑯拥脑瓌t—使用工具和技術(shù)來平衡專家意見。
追蹤所有被當前各種嵌人式系統(tǒng)開發(fā)趨勢所驅(qū)動的新技術(shù)并非易事。孤立地看待其中任何一項技術(shù)也是毫無意義的，因為它們之間有著許多聯(lián)系。例如，多任務(wù)與多處理器調(diào)試相關(guān)；基于標準的RTOS技術(shù)對處理器移植來說真是件幸事；使用設(shè)計方法學可以令實現(xiàn)更容易。
“今天，嵌入式設(shè)備生產(chǎn)廠商面臨的最大問題就是軟件太多，而他們能夠用來進行測試的時間太少。過去，嵌入式設(shè)備設(shè)計制造團隊軟硬件工程師的比例為2：8，今天這個比例完全倒過來。這是因為，現(xiàn)在，一個設(shè)備區(qū)別于其他設(shè)備的決定性因素是軟件，層出不窮的應用，使得嵌入式用軟件的數(shù)量每2年翻一倍，而制造商卻沒有足夠的能力來滿足這一需求。不僅在消費產(chǎn)品領(lǐng)域，而且在工業(yè)、醫(yī)療器械領(lǐng)域都有time tomarketing的需求，在這種情況下我們開發(fā)了WindRiver test management(以下簡稱WRTM)4.0這款針對嵌入式系統(tǒng)的自動化測試軟件?！憋L河設(shè)備測試產(chǎn)品市場營銷副總裁IdoSarig說道。
風河的windriver testmanagement，是一個自動化的測試軟件，能夠幫助嵌入式軟件進行更好的系統(tǒng)測試。這次開發(fā)的軟件，是第一個為嵌入式軟件設(shè)計的自動化的測試程序，與傳統(tǒng)的測試程序不同，有很多新特性能夠?qū)ο到y(tǒng)進行測試。WRTM可應用于、汽車、醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)、軍工、航天，風河在諸多領(lǐng)域都展開了廣泛的合作，并獲得了客戶的好評。
“雖然看起來，增加軟件工程師的數(shù)量，進行軟件開發(fā)和測試方面的投入會增加很多成本，但是如果不這么做的話，在大量依賴軟件實現(xiàn)的創(chuàng)新中，軟件故障會給設(shè)備制造商帶來巨大的經(jīng)濟損失。比如幾年以前，大眾公司在中國市場銷售的奧迪Q7SUV汽車，因為軟件故障導致的召回事件，讓這家汽車制造商損失數(shù)百萬美元。而我們的測試軟件可以幫助客戶發(fā)現(xiàn)這類問題，并顯著的降低測試的時間和成本，這樣的成功案例有很多。我們的研究表明，用我們的軟件可以將測試時間降低30％-40％?！?
WRTM4.0有一個重要的功能就是虛擬實驗室管理器，他可以綜合全球各個測試實驗室整合出的測試信息，來查找系統(tǒng)問題。不僅如此，還可以為客戶節(jié)約測試方面的投入。例如，一家美國電信公司，在測試管理方面的投入高達每季度100萬美元，而每一位測試工程師希望擁有專屬的測試設(shè)備，這在很大程度上造成了重復投資，虛擬實驗室就解決了這樣問題，既保證了測試設(shè)備的獨立性，同時又避免了重復投資。此外，WRTM測試引擎可以測試支持各種版本程序語言的軟件(C，C++語言)，甚至是二進制代碼，并且可以進行優(yōu)化和給出參考建議。
“WMRT未來的挑戰(zhàn)是如何降低測試的時間，現(xiàn)在很多公司的實驗室都堆積了過多的測試案件，他們沒有時間去處理或者為了不承擔責任而干脆不予理會，WRTM能夠幫助客戶解決這些問題，找出不同版本之間的差別，并判斷出最可能出現(xiàn)問題的位置，從而使得軟件測試變得更加有針對性，節(jié)省測試時間。WRTM軟件的未來目標之一就是盡可能快速、盡可能準確地發(fā)現(xiàn)問題。”
