4.嵌入式系统的开发
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    第2章 嵌入式系统的开发过程
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    一 嵌入式软件开发的特点嵌入式系统与通用计算机在以下几个方面的差别比较明显： (1)人机交互界面。嵌入式系统和通用计算机之间的最大区别在与人机 交互界面。嵌入式系统可能根本就不存在键盘、显示器等设备，它 所完成的事情也可能只是络情况或者传感器的变化情况，并 按照事先规定好的过程及时完成相应的处理任务。 (2)有限的功能。嵌入式系统的功能在设计时已经定制好，在开发完成 投入使用之后就不再变化，系统将反复执行这些预定好的任务，而 不象通用计算机那样随时可以运行新任务。当然，使用嵌入式操作 系统的嵌入式系统可以添加新的任务，删除旧的任务；但这样的变 化对嵌入式系统而言是关键性的变化，有可能会对整个系统产生影 响。 (3)时间关键性和稳定性。嵌入式系统可能要求实时响应，具有严格的 时序性。同时，嵌入式系统还要求有非常可靠的稳定性。 其工作环 境可能
非常恶劣，如高温、高压、低温、潮湿等。这就要求在设计 时考虑目标系统的工作环境，合理选择硬件和保护措施。软件稳定 也是一个重要特征。软件系统需要经过无数次反复测试，达到预先 规定的要求才能真正投入使用。
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    嵌入式软件开发与传统软件开发有许多共同特点，但它 又有它自身的特点： (1)需要交叉开发环境。嵌入式应用软件开发要使用交叉 开发环境。交叉开发环境是指实现编译、链接和调试 应用程序代码的环境。与应用程序环境不同，它分布 在有通信链接的宿主机和目标机环境之中。 宿主机(Host)是一台通用计算机，一般是PC机。它通过 串口或网络连接与目标机通信。 目标机(Target)常在嵌入式软件开发期间使用，用来区 (Target) 别与嵌入式系统通信的宿主机。目标机应用软件需要 绑定操作系统一起运行。 交叉软件包括交叉编译器、交叉调试器和模拟软件等。 交叉编译器允许应用程序开发者在俗主机上生成能在 目标机上运行的代码。交叉调试器和模拟调试软件用 于完成俗主机与目标机应用程序代码的调试。
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    (2)引入任务设计方法。嵌入式应用系统以任务为基本单元。在系统设 计阶段，用多个并发的任务代替通用软件的多个模块，并定义了 应用软件任务间的接口。嵌入式系统的设计通常采用 DARTS(Design and Analysis of Real-Time Systems)设计方法进行任 务的设计。DARTS给出了系统任务划分的方法和定义任务间接口 的机制。 (3)需要固化程序。通用软件的开发在测试完成以后就可以直接投入运 行。其目标环境一般是PC机，在总体结构上与开发环境差别不大。 而嵌入式应用程序开发环境是PC
    机，但运行的目标环境却千差万 别，可以是PDA,也可以是仪器设备。而且应用软件在目标环境 下必须存储在非易失性存储器中，保证用户用完关机后确保得到 保证下次的使用。所以应用软件在开发完成以后，应生成固化版 本，烧写到目标环境的Flash中运行。 (4)软件开发难度大。绝大多数的嵌入式应用有实时性的要求，特别在 硬实时系统中，实时性至关重要。这些实时性在开发的应用软件 中得到保证，这就要求设计者在软件的需求分析中充分考虑系统 的实时性。这些实时性的体现一部分来源于实时操作系统的实时 性，另一部分依赖于应用软件的本身的设计和代码的质量。 同时，嵌入式应用软件对稳定性、可靠性、抗干扰性等性能的要求 都比通用软件的要求更为严格和苛刻。因此，嵌入式软件开发的 难度加大。
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    嵌入式开发还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持，需要开 发者从速度、功能和成本综合考虑，由此看来有以下几点： a、硬件功能强。更强大的嵌入式处理器(如32为RISC芯片或信号处 理器DSP)增强了处理能力，加强了对多媒体、图形等的处理。同 时增加功能接口，如USB等。 b、工具完备。见P37。 c、通信接口。要求硬件上提供各种网络通信接口。新一代的嵌入式 处理器已经开始内嵌网络接口，除了支持TCP/IP协议，有的还支 持__4、USB、Bluetooth或IrDA通信接口中的一种或几种； 软件方面系统内核支持网络模块，甚至可以把设备做成嵌入式 Web服务器或嵌入式浏览器。 d、精简系统内核以降低功耗和成本。未来的嵌入式产品是软硬件紧 密结合的设备，为了降低功耗和成本，需要设计者尽量精简系统 内核，利用最低的资源实现最适当的功能。 e、提供友好的多媒体人机界面。嵌入式设备与用户交互，最重要的 因素就是它能提供非常友好的用户界面。手写文字输入、彩图 形和图象都会使用户获得操作自如的感受。
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    2.2 嵌入式软件的开发流程嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程大同小异，但
开发所使用 的设计方法有一定的差异。整个开发流程可分为需求分析阶段、设计 阶段、生成代码阶段和固化阶段。开发的每个阶段都体现着嵌入式开 发的特点。
    1 需求分析阶段嵌入式系统的特点决定了在开发初期的需求分析过程中就要搞清需要 完成的任务。在需求分析阶段需要分析客户的需求，并将需求分类整 理----包括功能需求、操作界面需求和应用环境需求等。 嵌入式系统应用需求中最为突出的是注重应用的实效性，竞争中Timeto-Market最短的企业最容易赢得市场。 嵌入式开发的需求分析阶段与一般软件开发的需求分析
    阶段差异不大， 包括以下3个方面。 a、对问题的识别和分析。见P38。 b、制定规格说明文档。经过对问题的识别，产生了系统各方面的需求。 通过对规格的说明，文档得以清晰、准确的描述。这些说明文档包括 需求规格说明书和初级的用户手册等。 c、需求评审。需求评审作为系统进入下一阶段前最后的需求分析复查 手段，在需求分析的最后阶段对各项需求进行评估，以保证软件需求 的质量。
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    2 设计阶段需求分析完成后，需求分析员提交规格说明文档，进入系统设计阶 段。系统的设计阶段包括系统设计、任务设计和任务的详细设计。 通用软件开发的设计常采用将系统分为各个功能子模块，在进一步 细分为函数，采用自顶向下的设计方法。而嵌入式应用软件是通 过并发的任务来运作的，应用软件开发的系统设计将系统划分为 多个并发执行的任务，各个任务允许并发执行，通过相互间通信 建立联系。传统的设计方法不适应这种并发的设计模式，因而在 嵌入式软件开发中引入DARTS的设计方法。 DARTS设计方法是结构化分析/结构化设计的扩展。它给出划分任务 的方法，并提供定义任务间接口的机制。 DARTS设计方法的设计步骤如下： a、数据流分析 在DARTS设计方法中，系统设计人员在系统需求基础上，以数据 流图作为分析工具，从系统的功能需求开始分析系统的数据流， 以确定主要的功能。扩展系统的数据流图，分解系统到足够的深 度，以识别主要子系统和各个子系统的主要部分。

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