嵌入式系统开发流程

　　嵌入式编程开发是目前大多数软件开发程序员都在学习的一个编程开发技术，以下想是小编搜集整理的关于嵌入式系统开发流程的内容，一起来看看吧，希望能够帮助到你！

　　第一步：建立开发环境

　　操作系统一般使用Redhat Linux，选择定制安装或全部安装，通过网络下载相应的GCC交叉编译器进行安装(比如，arm-linux-gcc、arm-uclibc-gcc)，或者安装产品厂家提供的相关交叉编译器;

　　第二步：配置开发主机

　　配置MINICOM，一般的参数为波特率115200 Baud/s，数据位8位，停止位为1，9，无奇偶校验，软件硬件流控设为无。在Windows下的超级终端的配置也是这样。MINICOM软件的作用是作为调试嵌入式开发板的信息输出的监视器和键盘输入的工具。配置网络主要是配置NFS网络文件系统，需要关闭防火墙，简化嵌入式网络调试环境设置过程。

　　第三步：建立引导装载程序BOOTLOADER

　　从网络上下载一些公开源代码的BOOTLOADER，如U.BOOT、BLOB、VIVI、LILO、ARM-BOOT、RED-BOOT等，根据具体芯片进行移植修改。有些芯片没有内置引导装载程序，比如，三星的ARV17、ARM9系列芯片，这样就需要编写开发板上FLASH的烧写程序，可以在网上下载相应的烧写程序，也有Linux下的公开源代码的J-FLASH程序。如果不能烧写自己的开发板，就需要根据自己的具体电路进行源代码修改。这是让系统可以正常运行的第一步。如果用户购买了厂家的仿真器比较容易烧写FLASH，虽然无法了解其中的核心技术，但对于需要迅速开发自己的应用的人来说可以极大提高开发速度。

　　第四步：下载已经移植好的Linux操作系统

　　如MCLiunx、ARM-Linux、PPC-Linux等，如果有专门针对所使用的CPU移植好的Linux操作系统那是再好不过，下载后再添加特定硬件的驱动程序，然后进行调试修改，对于带MMU的CPU可以使用模块方式调试驱动，而对于MCLiunx这样的系统只能编译内核进行调试。

　　第五步：建立根文件系统

　　下载使用BUSYBOX软件进行功能裁减，产生一个最基本的根文件系统，再根据自己的应用需要添加其他的程序。由于默认的启动脚本一般都不会符合应用的需要，所以就要修改根文件系统中的启动脚本，它的存放位置位于/etc目录下，包括：/etc/init.d/rc.S、/etc/profile、/etc/.profile等，自动挂装文件系统的配置文件/etc/fstab，具体情况会随系统不同而不同。根文件系统在嵌入式系统中一般设为只读，需要使用mkcramfs genromfs等工具产生烧写映像文件。

　　第六步：建立应用程序的FLASH磁盘分区

　　一般使用JFFS2或YAFFS文件系统，这需要在内核中提供这些文件系统的驱动，有的系统使用一个线性FLASH(NOR型)512KB～32MB，有的系统使用非线性FLASH(NAND型)8MB～512MB，有的两个同时使用，需要根据应用规划FLASH的分区方案。

　　第七步：开发应用程序

　　可以放入根文件系统中，也可以放入YAFFS、JFFS2文件系统中，有的应用不使用根文件系统，直接将应用程序和内核设计在一起，这有点类似于μC/OS-II的方式。

　　第八步：烧写内核

　　根文件系统和应用程序，发布产品。

　　常见的嵌入式系统有这么多：

　　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统?

　　嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统的重要组成部分。嵌入时操作系统具有通用操作系统的基本特点，能够有效管理复杂的系统资源，并且把硬件虚拟化。

　　从应用角度可分为通用型嵌入式操作系统和专用型嵌入式操作系统。常见的通用型嵌入式操作系统有Linux、VxWorks、Windows CE.net等。常用的专用型嵌入式操作系统有Smart Phone、Pocket PC、Symbian等。

　　按实时性可分为两类：

　　实时嵌入式操作系统主要面向控制、通信等领域。如WindRiver公司的VxWorks、ISI的pSOS、QNX系统软件公司的QNX、ATI的Nucleus，很多汽车电子行业都是利用实时性很强的操作系统等。

　　非实时嵌入式操作系统主要面向消费类电子产品。这类产品包括PDA、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等。如微软面向手机应用的Smart Phone操作系统。

　　嵌入式系统的设计和实现而言，基本上需要四种不同的工作：系统设计工作，硬件设计工作，驱动程序和操作系统移植工作和应用程序设计开发工作。

　　1、系统设计工作

　　在系统的设计阶段，系统分析师将根据需求确定系统的硬件的基本构成，根据系统的需求选择使用那种处理器，使用哪种操作系统，使用那些软件开发工具。系统分析师往往是较为完整的参与过嵌入式系统设计的全过程，对于系统应用的行业较为了解，对于嵌入式系统本身的开发流程十分清楚的人。

　　2、硬件设计工作

　　系统硬件设计人员需要根据系统分析师的设计结果，进行硬件原理图的设计。通常需要硬件设计人员熟悉嵌入式系统的硬件构成。硬件设计人员需要了解常用的嵌入式系统处理器，存储器(Flash，SDRAM)，以太网MAC芯片，音频/视频编解码芯片，电源管理芯片，总线接口电路 (USB,PCI)，液晶显示模块，可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)，无线网络通信模块(Bluetooth,WLAN,GPRS)等硬件电路构成元素的基本工作原理，连接使用方法，使用注意事项，基本调试方法等内容。在网络上能找到很多公司的评估板的原理图，对于这些原理图要仔细研究，摸清处理器同存储器，网卡，液晶模块等器件的连接方法和原因。通过对这些电路的研究，能够较快地了解整个嵌入式系统的构成，这些电路同实际产品中的电路虽有一定差别的，特别是对于手持设备，但这些差别不影响初学者学习嵌入式系统的硬件设计基本构成。

　　1)学习 Linux系统安装、 常用命令、应用程序安装。

　　2) 学习 Linux 下的 C 编程、这本书必学《UNIX 环境高级编程》、《UNIX　网络编程》，Rechard Stevens 写的，C 高手大都学习过 《C 和指针》、《C 缺陷与陷阱》、《高质量C/C++编程指南》、《C 专家编程》、《The C programming Language》

　　3)程序员大都要学：数据结构，嵌入式程序员数据结构必学!

　　4)底层开发人员大都要学：微机原理、计算机体系结构，嵌入式开发人员必学!

　　5)单片机可以让一个从事软件开发的人了解和如何操作硬件，有必要学，因为一开始就从 ARM 入手，不太现实!

　　6)ARM 体系结构，其中有汇编。

　　7)数字电路有必要学习，不然你在做底层开发时真的会不知道怎么看原理图，起码也得懂与或门吧。

　　8)ARM + Linux 应用程序开发。(前提是要有开发板)

　　9)要做底层开发，就必须知道软硬件之间是如何衔接和配合工作的，那么电子技术应该要好好学习了，很多时候会用到模拟电路知识，这是区别好手与菜鸟的不同之处之一。

　　10)Linux 下的汇编要学，这样你才能真正了解你写的程序是如何在一个特定的硬件上跑的。这是区别好手与菜鸟的不同之处之二。

　　11)TCP/IP 协议栈要学，所有的嵌入式高手都得掌握的东西，这是区别好手与菜鸟的不同之处之三。

　　12)有了这些东西，拿下 Linux 驱动 已经不再话下，需要你去学习 Linux 内核源代码和Linux驱动程序设计，这是一个技术升华。

　　13)音频、视频的解码译码技术你得学。

　　14)各种 IC ，各种 bootloader 你能够参与其开发设计。

　　15)自行设计开发新产品，新技术。

　　学到这个地步差不多要花个3年的时间吧。但是后面的路该怎么走呢?嵌入式系统性的东西搞了一个产品之后，基本上一些套路都摸清楚了。

　　不同的行业，对于系统的要求是不一样的，比如汽车行业，航空航天行业等一些高精度，高安全的需要对实时性要求非常之高，对于安全性和可靠性的要求非常严格。而有些行业比如消费类产品，娱乐类的，生活用具方面的对于用户体验是不一样的，数码产品对于一些图像声音的处理，要求更高，需要高清，高品质的。而对于一些通信设备类对于网络的应答数据传输要求就非常严格，等等。这些根据不同的要求，选择符合自己的操作系统，能对开发工作有更大的帮助。

　　计算机四级嵌入式系统开发工程师考试复习知识点

　　1、实时系统的调度

　　（1）调度：给定一组实时任务和系统资源，确定每个任务何时何地执行的整个过程。

　　（2）抢占式调度：通常是优先级驱动的调度，如uCOS。优点是实时性好、反应快，调度算法相对简单，可以保证高优先级任务的时间约束；缺点是上下文切换多。

　　（3）非抢占式调度：通常是按时间片分配的调度，不允许任务在执行期间被中断，任务一旦占用处理器就必须执行完毕或自愿放弃，如WinCE。优点是上下文切换少；缺点是处理器有效资源利用率低，可调度性不好。

　　（4）静态表驱动策略：系统在运行前根据各任务的时间约束及关联关系，采用某种搜索策略生成一张运行时刻表，指明各任务的起始运行时刻及运行时间。

　　（5）优先级驱动策略：按照任务优先级的高低确定任务的执行顺序。

　　（6）实时任务分类：周期任务、偶发任务、非周期任务。

　　（7）实时系统的通用结构模型：数据采集任务实现传感器数据的采集，数据处理任务处理采集的数据、并将加工后的数据送到执行机构管理任务控制机构执行。

　　2、嵌入式微处理器体系结构

　　（1）冯诺依曼结构：程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，采用单一的地址及数据总线，程序和数据的宽度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…

　　（2）哈佛结构：程序和数据是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问，是一种将程序存储和数据存储分开的存储器结构。例如：AVR、ARM9、ARM10…

　　（3）CISC与RISC的特点比较（参照教程22页）。计算机执行程序所需要的时间P可以用下面公式计算：P=I×CPI×T

　　I：高级语言程序编译后在机器上运行的指令数。

　　CPI：为执行每条指令所需要的平均周期数。

　　T：每个机器周期的时间。

　　（4）流水线的思想：在CPU中把一条指令的串行执行过程变为若干指令的子过程在CPU中重叠执行。

　　（5）流水线的指标：

　　吞吐率：单位时间里流水线处理机流出的结果数。如果流水线的子过程所用时间不一样长，则吞吐率应为最长子过程的倒数。

　　建立时间：流水线开始工作到达最大吞吐率的时间。若m个子过程所用时间一样，均为t，则建立时间T＝mt。

　　（6）信息存储的字节顺序A、存储器单位：字节（8位）

　　B、字长决定了微处理器的寻址能力，即虚拟地址空间的大小。

　　C、32位微处理器的虚拟地址空间位232，即4GB。

　　D、小端字节顺序：低字节在内存低地址处，高字节在内存高地址处。

　　E、大端字节顺序：高字节在内存低地址处，低字节在内存高地址处。F、网络设备的存储顺序问题取决于OSI模型底层中的数据链路层。

　　3、逻辑电路基础

　　（1）根据电路是否具有存储功能，将逻辑电路划分为：组合逻辑电路和时序逻辑电路。

　　（2）组合逻辑电路：电路在任一时刻的输出，仅取决于该时刻的输入信号，而与输入信号作用前电路的状态无关。常用的逻辑电路有译码器和多路选择器等。

　　（3）时序逻辑电路：电路任一时刻的输出不仅与该时刻的输入有关，而且还与该时刻电路的状态有关。因此，时序电路中必须包含记忆元件。触发器是构成时序逻辑电路的基础。常用的时序逻辑电路有寄存器和计数器等。

　　（4）真值表、布尔代数、摩根定律、门电路的概念。

　　（5）NOR（或非）和NAND（与非）的门电路称为全能门电路，可以实现任何一种逻辑函数。

　　（6）译码器：多输入多输出的组合逻辑网络。

　　每输入一个n位的二进制代码，在m个输出端中最多有一个有效。当m＝2n是，为全译码；当m<2n时，为部分译码。

　　（7）由于集成电路的高电平输出电流小，而低电平输出电流相对比较大，采用集成门电路直接驱动LED时，较多采用低电平驱动方式。液晶七段字符显示器LCD利用液晶有外加电场和无外加电场时不同的光学特性来显示字符。

　　（8）时钟信号是时序逻辑的基础，它用于决定逻辑单元中的状态合适更新。同步是时钟控制系统中的主要制约条件。

　　（9）在选用触发器的时候，触发方式是必须考虑的因素。触发方式有两种：电平触发方式：具有结构简单的有点，常用来组成暂存器。

　　边沿触发方式：具有很强的抗数据端干扰能力，常用来组成寄存器、计数器等。

　　计算机四级嵌入式系统开发工程师考试的复习要点

　　1、嵌入式系统的定义

　　（1）定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

　　（2）嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。

　　（3）知识产权核（IP核）：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。

　　（4）IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。

　　2、嵌入式系统的组成：硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层

　　（1）硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

　　嵌入式核心模块＝微处理器＋电源电路＋时钟电路＋存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间

　　微处理器使用最多的程序代码和数据。它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

　　（2）中间层（也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP）：它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。

　　BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：

　　A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

　　片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

　　板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

　　系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

　　B、设计硬件相关的设备驱动。

　　（3）系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

　　RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

　　（4）应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。

　　3、实时系统

　　（1）定义：能在指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。

　　（2）区别：通用系统一般追求的是系统的平均响应时间和用户的使用方便；而实时系统主要考虑的是在最坏情况下的系统行为。

　　（3）特点：时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。

　　（4）硬实时（强实时）：指应用的时间需求应能够得到完全满足，否则就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命财产损失和生态破坏，如：航天、军事。

　　（5）软实时（弱实时）：指某些应用虽然提出了时间的要求，但实时任务偶尔违反这种需求对系统运行及环境不会造成严重影响，如：监控系统、实时信息采集系统。

　　（6）任务的约束包括：时间约束、资源约束、执行顺序约束和性能约束。