嵌入式系统体系结构和开发方法研究
嵌入式系统及其发展趋势的分析与研究
ｏＩ Ｔ论坛ｏ
２Ｏ Ｏ ９年
第 ３ 期 ｌ
嵌入式系统及其发展趋势的分析与研究
姚 锡 忠
（ 海工 学院计 算机 工程 学院 淮
【 摘
江苏
连 云港
２ ２０ ） ２ ０ ５
要】 文回顾 了嵌入式 系统的发展历史 ， 本 对嵌入式 系统的体 系结构及嵌入式 系统 的开发方法进行 了分析与讨论 ， 井且针对嵌入式 系
３３结 构 化 设计 范式 与 面 向对 象 设 计 范 式 ：结 构 化 范 式 和 面 向 对 － 低 功耗 的嵌 入 式 微 处 理 器 和 多种 嵌 入 式 操 作 系 统 ， 且 嵌 入 式 操 作 系 而 主要是为了解决这些领域特征的 统 通 常都 具有 兼 容性 好 、 时 性 高 、 核 小 巧 、 扩 展 性 强 等 特 点 ． 实 内 可 支 象范式在嵌入式系统中应用 的研究 ． 设 计 与实 现 ， 点 在 于 并 发 任 务 的通 信 与 同 步 、 统 状 态 机 以及 时 间 重 系 持 多任 务 、 种 设 备 ， 得 嵌入 式 系统 的应 用 更 加 灵 活 强 大 。 多 使 采 １ ｏ ． Ｓ Ｃ和 网络 阶段 ：嵌 入 式 片 上 系 统 是 一 种 存 储 在 微 处 理 器 里 约 束 等 的 设 计 与 实 现 。 用结 构 化 方 法 进 行 嵌 入 式 软件 开 发 时 主 要 需 ３ 通 的 专用 系统 ． 以 说 是 无 处 不 在 ， 可 现在 的 手 机 、 码 相 机 、 ＶＤ、 字 电 要 解 决 多 任 务 的 设 计 与 实 现 。 过 将 传 统 结 构 化 方 法 的模 块 划 分 转 换 数 Ｄ 数 为 系 统 的任 务划 分 ． 且 定 义 任 务 间 接 口 ， 得 系 统 具 有 并 发处 理 的 并 使 视 、 由器 、 换 机 、 ｂ服 务 器 等 都 是 嵌 入 式 系统 ， 远 程 控 制 、 能 路 交 Ｗｅ 在 智
基于ARM的嵌入式系统开发方法及其应用研究
现 在 的 嵌 入 式 系 统 已经 应 用 到 社 会 生 活 的 各个 方 面 ， 例如在移动通信 、 网络 站 点 、 自动 化 控 制 、 器 监测 及 智 能 仪 家居 等方 面 都 取 得 了不 小 的 成 果 。嵌 入 式 系 统 产 品 给 人
类 的 工 作 和 生 活 带 来 了 全 新 的 改 变 ， ３ Ｃ ｍｐ ｔｒ 在 Ｃ（ ｏ ｕ ｅ 、 Ｃｏ ｍｍｕ ｉａｉｎ Ｃ ｎ ｕ ｒ 时 代 的 今 天 ， 果 能 将 嵌 入 式 ｎｃｔ 、 ｏ ｓ ｍｅ ） ｏ 如
图 １ 嵌 入 式 系统 体 系 结构
１ ２ 嵌 入 式 软 件 系 统 开 发 方 法 ．
困
圈
ＡＲ （ ｖ ｎ ｅ Ｓ ｃ ｉｅ） 一 个 于 １ ９ Ｍ Ａｄ ａ ｃｄＲＩ Ｃ Ｍａ ｈｎ ｓ 是 ９ ０年 成 立 于 英 国剑 桥 的 公 司 ， 要 以 芯 片 销 售 为 主 ， 司 的 前 身 主 公
摘 要 ： 基 础 概 念 入 手 ， 介 绍 了嵌 入 式 系统 的 定 义 、 点 及 结 构 组 成 ， Ａ Ｍ－ ｉｕ 从 先 特 以 Ｒ Ｌｎ ｘ为 例 说 明 了嵌 入 式 系统 的
搭建 ； 然后 研 究 了嵌 入 式 系统 的 应 用 情 况 ； 后 预 测 了嵌 入 式 系统 的 发展 前景 及 发 展 方 向 。 最
是上个世纪 ８ Ｏ年 代 的 Ａ ｏｎＣ ｍｐ ｔｒ 公 司 ， 开 发 处 ｃｒ ｏ ｕｅｓ 以
理器 为 主 要 业 务 。随着 嵌 入 式 系 统 应 用 的逐 渐 深 入 ，
为 了 使 嵌 入 式 系统 的可 靠 性 高 和 功 耗 小 ， 就要 求 嵌 入 式 系
统 的 软 硬 件 都 是可 以 自由添 加 和 删 除 的 ； ③嵌 入式 系 统 的 控 制 程 序 可 以直 接 烧 录 到 芯 片 之 中 ， 需 要 磁 盘 载 体 ； 不 ④ 为 了 能 把 控 制程 序 烧 录到 嵌 入 式 系 统 的 芯 片 中 ， 必 须 要 就 有 一 套 与 嵌 入 式 系 统 配套 的编 译 软 件 和 烧 录 工 具 。
计算机体系结构与嵌入式系统的关系与应用
计算机体系结构与嵌入式系统的关系与应用计算机体系结构是指计算机系统中各个部分组成和相互关系的结构。
嵌入式系统是指集成在各种电子产品中的特定计算功能的系统。
计算机体系结构和嵌入式系统之间存在着密切的关系，同时也有着广泛的应用。
一、计算机体系结构对嵌入式系统的影响计算机体系结构的设计直接影响到嵌入式系统的性能和稳定性。
首先，计算机体系结构的选择决定了嵌入式系统的数据处理能力。
不同的体系结构对数据运算的方式和速度有不同的要求，因此在设计嵌入式系统时，需要根据实际需求选择合适的计算机体系结构。
其次，计算机体系结构对嵌入式系统的能耗也有较大影响。
在嵌入式系统中，能耗是一个非常重要的指标。
计算机体系结构的设计可以通过优化指令集、控制逻辑等方式减少功耗，从而延长嵌入式系统的使用时间。
最后，计算机体系结构的可扩展性也对嵌入式系统的发展起到重要作用。
随着科技的进步和市场需求的变化，嵌入式系统需要不断升级和扩展功能。
而计算机体系结构的设计应当能够支持新的硬件设备的集成和功能的增加。
二、嵌入式系统在计算机体系结构中的应用嵌入式系统在计算机体系结构中有着广泛的应用。
首先，嵌入式系统在存储系统中发挥着重要作用。
通过嵌入式系统的设计和控制，存储系统可以提供高性能和高可靠性的存储服务。
其次，嵌入式系统在计算机网络中的应用也非常广泛。
嵌入式系统可以实现网络设备的智能控制和管理，提高网络性能和可靠性。
例如，路由器、交换机等网络设备中嵌入的嵌入式系统可以实现数据包的转发和路由选择，以及网络性能的监控和管理。
此外，嵌入式系统还广泛应用于多媒体系统中。
通过嵌入式系统的设计，多媒体系统可以实现音视频的编码和解码，图像的处理和展示等功能。
嵌入式系统的高性能和低功耗特点使得多媒体系统可以在有限的资源下实现高质量的多媒体处理。
另外，嵌入式系统在智能设备中的应用也越来越重要。
例如，智能手机、智能家居等设备中的嵌入式系统可以实现语音识别、图像识别、人工智能等高级功能，为用户提供更加便捷的使用体验。
嵌入式系统开发方法
第一部份 开发方法
两种开发方法 开发过程 系统分析与调试 系统的建立 系统调试与总结 开发注意事项
两种开发方法
一、任务型开发 一切以完成任务为目的，成者王、败者寇！ 一切以完成任务为目的，成者王、败者寇！功能实 现，指标达到，交了仪器和软件就算完成任务。 指标达到，交了仪器和软件就算完成任务。 二、过程型开发 强调开发过程， 一切严格按照科研开发过程进行。 强调开发过程， 一切严格按照科研开发过程进行。 过程充份，文档齐全，证据确凿。 过程充份，文档齐全，证据确凿。即使开发任务失败也 是完成任务！ 是完成任务！ 初期看起来是慢点，但为整个开发体系的建设， 初期看起来是慢点，但为整个开发体系的建设，公 司和团队积淀了不少的内容。即使开发任务失败， 司和团队积淀了不少的内容。即使开发任务失败，但模 块的开发是成功的。后期的开发会越来越快， 块的开发是成功的。后期的开发会越来越快，模块的建 设越来越成熟。 设越来越成熟。
编程环境
基于操作系统的编程 实时多任务操作系统”内核为基础， 以“实时多任务操作系统”内核为基础，只需完成相 关任务的编程，其实时性和可靠性有保障， 关任务的编程，其实时性和可靠性有保障，适用于功能 较复杂的应用系统。 较复杂的应用系统。 基于裸机的编程 以空白的单片机芯片为基础，完成全部软件设计， 以空白的单片机芯片为基础，完成全部软件设计，其 实时性和可靠性与设计人员的水平密切相关， 实时性和可靠性与设计人员的水平密切相关，适用于功 能较简单的中小型应用系统， 能较简单的中小型应用系统，是电子工程师应该掌握的 基本编程技术。 基本编程技术。
时钟模块的设计
• 时钟源硬件时钟芯片或者软件定时器 • 定时周期的决定由系统最小时间分辨率来确定 • 时钟单元的安排由系统时间动态变化范围来确定 • 时钟的设置与校对通过键盘操作来完成 • 系统时钟的使用触发与系统时间相关的任务 • 计时器的使用测试某任务执行的时间任务启动时清零 任务执行时与时钟一起运行任务结束时停止读取结果 • 闹钟的使用控制某任务的时间间隔任务启动时置初始 值任务执行时由时钟进行倒计时计时结束则停止任务
(完整)一个典型的嵌入式系统设计和实现
关键字：嵌入式系统设计ARM FPGA多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展,嵌入式技术应用范围的急剧扩大.本文介绍了一种基于ARM和FPGA,从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus）MVB??B嵌入式系统的设计和实现。
系统设计和实现通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下:1.确定嵌入式系统的需求；2.设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统,开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成；3.详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发;4.软硬件的联调和集成；5.系统的测试。
一、步骤1：确定系统的需求：嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的,市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。
一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。
1、MVB总线简介列车通信网（Train Communication Network，简称TCN）是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准（IEC－61375-1), 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB）和多功能车厢总线（MVB）。
TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。
多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。
附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络.在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点：拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式,吸取了ISO的标准。
支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。
简单的传感器和智能站共存于同一总线上。
数据类型：MVB总线支持三种数据类型:a.过程数据：过程变量表示列车的状态，如速度、电机电流、操作员的命令。
嵌入式系统体系结构
嵌入式系统体系结构嵌入式系统体系结构所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
下面是店铺整理的关于嵌入式系统体系结构，欢迎大家参考!嵌入式系统体系结构：嵌入式系统的组成包含了硬件层、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。
嵌入式芯片体系结构介绍1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU)嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。
它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。
但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。
嵌入式软件开发模式及软件架构的研究
51软件开发与应用Software Development And Application电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering我国科学技术近年来的发展成果相当瞩目，嵌入式软件开发及建构也步入了新的发展阶段。
嵌入式软件是能在嵌入式系统中灵活运用的一种模块化软件，能维持系统原有特性及功能不变。
但是，因各类因素影响的缘故，有关嵌入式软件的开发模式及软件架构中有一系列缺陷与不足存在，影响了嵌入式软件功能及性能。
基于此，有必要围绕嵌入式软件开发模式及架构展开研究。
1 嵌入式软件概述以硬件为目标进行操作系统和开发工具软件的嵌入，即为嵌入式软件，其在产业中呈现出“芯片设计制造→嵌入式软件系统→嵌入式电子设备研发制造”的关联关系。
嵌入式系统包含微处理器、传感器、存储器、微控制器及定时器等诸多组成成分，且嵌入至存储器中的卫星操作系统和控制应用软件也被包含在内，可以说嵌入式软件是组成嵌入式系统的关键成分之一，两者之间有着密不可分的联系[1]。
以通常分类方法为参考，可划分嵌入式软件为系统、应用及支撑等三类软件。
系统软件负责管控嵌入式系统资源，能将设备驱动程序、嵌入式操作系统等提供给嵌入式应用。
应用软件负责于用户交互，直接体现了嵌入式系统的功能。
支撑软件表示系统分析设计工具、配置管理工具等辅助软件开发的工具软件。
嵌入式软件呈现出独特的实用性、灵活的适用性、程序代码精简、可靠性和稳定性高等特点。
其中，最关键的便是软硬件紧密耦合特性。
具备多样性与灵活性的嵌入式系统，难免会带给软件设计人员诸多挑战：一是软件设计中对硬件考虑过多，会阻碍开发和调试。
二是软件工作的开展需建立在硬件平台就绪的前提下，整个系统开发周期也因此延长。
而为了规避此类问题，开发中可在特定EDA 工具环境内进行，随后再向硬件平台移植，如此不但能为程序逻辑设计正确性提供保障，且能加快软件开发进程。
EmbeddedSystems嵌入式系统设计与开发方法评估
EmbeddedSystems嵌入式系统设计与开发方法评估嵌入式系统是指内嵌在特定应用中的计算机系统，它通常用于控制和监测各种设备和系统。
嵌入式系统开发涉及到硬件设计、软件编程和系统集成等多个方面，因此，评估嵌入式系统设计与开发方法的有效性和适用性对于确保系统性能和稳定性至关重要。
评估嵌入式系统设计与开发方法的过程可以分为几个关键步骤：需求分析、系统设计、软件开发、硬件开发、系统集成和测试。
首先，在需求分析阶段，评估嵌入式系统设计与开发方法的有效性意味着要满足系统应用所需的性能、功能和可靠性要求。
开发团队需要与系统用户和利益相关者进行密切合作，明确系统需求和约束条件，以确保设计和开发方法的适应性和可行性。
在系统设计阶段，评估嵌入式系统设计与开发方法的关键是系统体系结构的设计和优化。
系统体系结构应能满足系统需求，并具备良好的可维护性、可扩展性和可靠性。
在这一阶段，开发团队可以使用软件工程方法和硬件设计原则进行评估和改进。
在软件开发阶段，评估嵌入式系统设计与开发方法的关键是软件编程的质量和效率。
开发团队应该采用合适的编程语言和开发工具，并遵循良好的软件工程实践，如模块化设计、代码复用和错误处理等。
此外，软件测试和调试也是评估的重要部分，以确保软件的正确性和稳定性。
在硬件开发阶段，评估嵌入式系统设计与开发方法的关键是硬件设计的可靠性和性能。
开发团队需要关注硬件电路的布局、信号完整性和功耗管理等方面，以确保硬件的稳定性和效率。
此外，硬件测试和验证也是评估的重要环节，以验证硬件设计的正确性和功能性。
在系统集成和测试阶段，评估嵌入式系统设计与开发方法的重点是整体系统的性能和一致性。
开发团队需要对软件和硬件进行集成测试，以确保系统的可靠性和稳定性。
此外，系统验证和验证也是评估的关键环节，以确认系统设计和开发方法的有效性。
在评估嵌入式系统设计与开发方法时，还需要考虑系统的可扩展性和可维护性。
随着技术的不断发展和应用环境的变化，嵌入式系统需要能够灵活地适应新的需求，并且容易进行维护和升级。
嵌入式系统设计与开发—开题报告
嵌入式系统设计与开发—开题报告一、研究背景随着科技的不断发展，嵌入式系统在各个领域得到了广泛的应用，如智能家居、智能交通、工业自动化等。
嵌入式系统设计与开发作为一个重要的研究领域，对于提高系统性能、降低成本、提升用户体验具有重要意义。
因此，本研究旨在深入探讨嵌入式系统设计与开发的关键技术和方法，为相关领域的发展提供有力支持。
二、研究目的本研究旨在：分析当前嵌入式系统设计与开发的现状和存在的问题；探讨嵌入式系统设计与开发的关键技术和方法；提出一种有效的嵌入式系统设计与开发方案；验证所提方案的可行性和有效性。
三、研究内容1. 嵌入式系统设计与开发现状分析通过对当前嵌入式系统设计与开发领域的文献进行综述，分析其发展历程、应用领域和存在的问题，为后续研究提供理论基础。
2. 嵌入式系统设计关键技术探讨针对嵌入式系统设计中的关键技术，如硬件选型、软件架构设计、实时性能优化等方面展开深入探讨，总结各种技术方法的优缺点，并结合实际案例进行分析。
3. 嵌入式系统开发方法研究基于现有的嵌入式系统开发方法，探讨其适用性和局限性，提出一种更加高效、可靠的开发方法，并通过实验验证其有效性。
4. 基于XXX平台的嵌入式系统设计与开发方案结合XXX平台特点，提出一种针对该平台的嵌入式系统设计与开发方案，包括硬件选型、软件架构、通信协议等方面的具体实施方案，并进行仿真验证。
四、研究意义本研究将为嵌入式系统设计与开发领域提供新的思路和方法，促进相关技术的创新和应用，推动行业的发展。
同时，通过实验验证所提出方案的可行性和有效性，为实际工程应用提供参考依据。
五、研究计划第一阶段：完成文献综述，分析现状和问题；第二阶段：深入探讨关键技术和方法，提出新方案；第三阶段：基于XXX平台进行方案实施和验证；第四阶段：撰写论文并进行答辩。
通过以上研究计划，将全面系统地探讨嵌入式系统设计与开发领域的关键问题，并提出创新性解决方案，为相关领域的进一步发展做出贡献。
UML建模的嵌入式系统开发方法研究
应 用 ， 秒 表 系 统 为 例 阐 述 ＵＭ Ｉ 用 于 嵌 入 式 系 统 的 开 以 应 发 过程 。
成 本 、 积 、 耗 等 严 格 约 束 的 专 用 计 算 机 系 统 。嵌 入 体 功 式 系统 是 先 进 的计 算 机 技 术 、 网络 通 信 技 术 、 制 理 论 、 控 半 导 体 技 术 和 现 代 电子 技 术 与 各 行 业 具 体 应 用 相 结 合 的 产
ＵＭＬ建 模 的 嵌 入 式 系统 开 发 方 法 研 究
周 志 锋 ， 博 ， 广 富 徐 孙
（ 防科 学 技 术 大 学 电 子 科 学 与 工 程学 院 卫 星导 航 定 位 研 发 中心 ， 沙 ４ ０ ７ ） 周 长 １ ０ ３
摘 要 ：介 绍 了嵌入 式 系统 的 特 点 ， 结 了开 发 嵌 入 式 系统 所 要 解 决 的 关键 问 题 ， 证 了使 用 ＵＭＬ 开发 嵌 入 式 系统 的 可 总 论
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｓ：ｅ ｂｅ ｅ ｙ ｔ ｍ ；Ｕ Ｍ Ｉ ；Ｒｈａ ｏｄ ｄ ｍ ｄｄ ｄ ｓ ｓ ｅ ｐｓ ｙ
点 的 角 度 出发 ， 论 ＵＭＬ在 嵌 入 式 系 统 开 发 中 的研 究 与 讨
引 言
嵌 人 式 系 统 是 指 以 应 用 为 中 心 ， 计 算 机 技 术 为 基 以 础 ， 硬 件 可 裁 剪 ， 应 应 用 环 境 对 功 能 、 时性 、 靠 性 、 软 适 实 可
关键 词 ： 入 式 系统 ； 嵌 ＵＭＩ；１ ． ３ １５
文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｒｅ ｅａ ｃ ｆＤｅ ｅｌ ｍｅｎ ｅ ｈ ｄ ｏ ｓ ｒ ｈ ｏ ｖ ｏｐ ｔＭ ｔ ｏ ｆＥｍ ｂ ｄ ｄ Ｓｙ ｔ ｅｄ ｅ ｓ ｅｍ ｓ ｄ Ｏｎ ＵＭＬ Ｍｏ ｅｌ ｇ Ｂａ ｅ ｄ ｉ ｎ
嵌入式软件开发技术与方法 PPT课件
30%
20%
10%
0% 4-bits
8-bits 16-bits 32-bits 64-bits Special
Programming Languages
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Assemble C language C++
Java
language
1998-99 1999-00 2000-01
28
软件仿真开发环境
嵌入式软件开发人员只需要了解所使用的编程 语言、编译器及其使用方法、操作系统系统 API接口及系统函数，就可以实施并完成嵌入 式软件的程序设计，生成虚拟机环境下可运行 的可执行程序。
可以在宿主机环境下查看到运行的结果，进行 运行结果的分析，并反复进行软件的调试，最 终生成一个认可的可执行软件。待时机条件具 备时安装到目标机上运行。
与动态连接库或运行时库进行链接，生成一个可执 行程序，作为文件存放在磁盘上。 运行：通过操作系统的加载程序，将可执行文件从 磁盘加载到内存，运行。 桌面系统可运行许多程序，可快速容易地加载运行。
19
如何构建嵌入式应用程序-2
嵌入式系统软件
工具 软件组件 过程：编译器或汇编器产生一个或多个目标文件，
29
实时软件分析设计方法
嵌入式实时软件系统的生命周期分为以下几个阶段： 需求分析与详细说明：对系统功能及性能的需求进行
描述。 系统设计：任务分解, 定义任务间接口关系。 任务设计：按模块方式设计每个任务，定义模块间接
口。 模块设计与实现：完成每个模块的详细设计、编码和
单元测试。 任务与系统集成：任务单独运行及并发运行调试，查
嵌入式系统硬件体系结构设计
嵌入式系统硬件体系结构设计一、嵌入式计算机系统体系结构体系主要组成包括：硬件层中涵盖嵌入式微处理器、存储器（sdram、rom、flash等）、通用设备USB和i/oUSB（a/d、d/a、i/o等）。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。
其中操作系统和应用程序都可以固化在rom中。
硬件层与软件层之间为中间层，也称作硬件抽象化层（hardwareabstractlayer，hal）或板级积极支持纸盒（boardsupportpackage，bsp），它将系统上层软件与底层硬件拆分开去，并使系统的底层驱动程序与硬件毫无关系，上层软件开发人员无须关心底层硬件的具体情况，根据bsp层提供更多的USB即可展开研发。
该层通常涵盖有关底层硬件的初始化、数据的输出/输入操作方式和硬件设备的布局功能。
3.系统软件层系统软件层由实时多任务操作系统（real-timeoperationsystem，rtos）、文件系统、图形用户USB（graphicuserinterface，gui）、网络系统及通用型组件模块共同组成。
rtos就是嵌入式应用软件的基础和研发平台。
功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。
一个嵌入式系统装置通常都由嵌入式计算机系统和继续执行装置共同组成，而嵌入式计算机系统就是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层共同组成。
继续执行装置也称作被控对象，它可以拒绝接受嵌入式计算机系统收到的掌控命令，继续执行所规定的操作方式或任务。
本网关硬件环境以单片机s3c2440芯片和dm9000以太网控制芯片为主，实现rj45接口和rs232接口的数据传输。
内容包括硬件环境的初始化，数据的收发控制，封包解包设计，操作系统的移植等。
硬件框图就是直观的将每个功能模块列举，也就是一个基本的模块女团，可以简约的每个模块的功能彰显出。
ARM体系结构与系统开发
超级模式
（Supervisor）
பைடு நூலகம்多种特权模 变化
用户程序 运行模式
复位后 的缺省模式
主要完成各模式堆栈 的设置，注意不要进 入用户模式
一般为用户模式 User
调用主应用程序
当完成所有的系统初始化工作之后，就需要把程序流程转入 主应用程序。最常见的操作是：
IMPORT … B C_Entry C_Entry
因此，选择ARM还是Thumb指令，需要从存储器特性和系统性能要 求两个方面考虑。
二、基于ARM的嵌入式系统的设计要点－－系统初始化过程（1）
基于ARM微处理器的系统一般为复杂的片上系统（SoC），这种复 杂系统的多数硬件模块都是可配置的，需要软件设置为特定的工作状 态，因此在用户的应用程序之前，需要有一些专门的代码完成对系统 的初始化。 由于这类代码直接面对ARM微处理器内核和硬件控制器，一般都 使用汇编语言完成。 初始化代码所完成的操作与具体的硬件平台相关，但一般包括如 下内容：
一、ARM体系结构简介（9）
9、指令系统（ARM or Thumb） 从ARM 体系架构V4T 以 后 ， 新 增 了一套16位的指令集：Thumb。 Thumb指令集是ARM的一个子集。 两种指令集的性能分析如下： － 当系统数据总线宽度为32位时，ARM比Thumb有更好的性能表现。 － 当系统数据总线宽度为16/8位时，Thumb比ARM性能更好。 － 同样一段C代码，用Thumb指令编译的结果约为ARM的65％，同时具 有更低的运行功耗。
初始化堆栈（1）
由于ARM微处理器有 7 种运行状态，每一种状态的堆栈指针（SP） 都是独立的（其中System和User模式使用相同的SP）。因此，需要对 每一种模式的SP进行初始化。 采用的方法是：改变当前程序状态寄存器（CPSR）内的状态位， 使处理器切换到不同的状态，然后初始化SP。 但对User模式下SP的初始化应该放在最后，因为ARM微处理器进 入User模式后就无法在切换到其他模式了。
汽车嵌入式系统开发方法、体系架构和流程
Ｍｅｈ ｄ ｌｇ ｔ ｏ ｏｏ ｙ， Ａｒ ｈ ｔｃｕ ｅ ａ ｄ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｃ ｉ ｔ ｒ ｎ Ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｅ
Ｆ ｏ ｏ ｔｍｏ ｉｅＥ ｅ ｄ ｄＳ ｓｅ ｌｗ ｆＡｕ ｏ ｔ ｍｂ ｄ ｅ ｙ ｔｍｓ ｖ
Ｗ Ｉ ｕｚｅ ． Ａ Ｈ ｉｎ 。 Ｕ ｅ ａｇ＇ Ｅ Ｘ ｅｈ ＤＩ ａ ｅ ｆ９ ＳＮＺｃ ｎ ｈ 。
摘要 ： 介绍 了汽车嵌人式 系统的 内涵 ， 回顾 了汽 车嵌 入式 系 统的技术 发展 历史 ， 析 了未来 汽 车嵌 入式 系 统发 展 的特 分 点， 并得 出以下结论 ： 开发一个高效 、 可靠 的汽车嵌入 式系统
ｍｅ ｈ ｄ ｌ ｇ ｔ ｏ ｏ ｏ ｙ，ｔ ｅ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｉ ｔ ｇ ｉｙ ｏ ｅ ａ ｔ ｍｏ ｉｅ ｈ ｅｉ ｉｔ ｎ ｎ ｅ ｒｔ ｆ ｔ ｕｏ ｔ ａ ｉ ｈ ｖ ｅ ｅ ｄ ｅ ｙ ｔ ｍ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｃ ｎ ｂ ｕ ｒ ｎ ｅ ｄ ｍｂ ｄ ｄ ｓ ｓ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ａ ｇ ａ ａ ｔ ｅ ． ｅ
就 密切地 结合 起来 ， 在车 辆 电子 控制 应 用 中 ， 入 式 嵌
系 统是控 制 系 统 实 现 的最 基 本 形 式． ２ 从 ０世 纪 ８ ０
年 代 开始 ， 场 总线 通 信 技术 被 引入 到 车辆 的 电子 现
控 制 中 ， 于总线 通信 的 、 基 以微控 制 器 为 基本 节 点 的 分 布式 控制 系统将 车载 嵌入 式 控制 应 用推 向 了更高 的 阶段 ， 导致 了系统控 制器 多层 次 化结 构 ， 系 统对 使
方 法 论 中 图分 类 号 ： ６ ． Ｕ４ ３６ 文献标识码 ： Ａ
少 数个 别量 的操作 变 为对群 量 的操 作并 产生 了控 制
NewRich嵌入式系统的研究与开发
图１ 操 作系统体系结 构 在Ｎ ｅ ｗ Ｒ ｉ ｃ ｈ 系统 中 ， 即采用 了“ 微 内核” 的模式 ， 管理层仅 负责注册 设备 、 转发公用 消息 、 窗 口调度 、 中断处理等任务 ， 而系统中的其他服务 都是 在用户模式 下运行 的 ， 系统 的灵 活性以及资源 的利用率都较 采用 “ 宏 内核 ” 的系统高 。 与Ｐ Ｃ 机上 的Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ 的应用 程序类似 ， 基于本系统开发 的应用程 序都是 由窗 口（ Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ ） 组成 的， 其 中窗口中又可以包含各种各样的控 件（ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ） 。控件 可 以为 窗 口提供各 种服务 ， 但 控件是 需要设备作
嵌入式 系统在医疗 、 消费 电子 、 工业控 制 、 数字 家庭等各个方 面都 得 到 了广 泛的应用 ， 其所能够 实现的功 能越 来越多 。人们对于嵌 入式 系统 的功 能需求也越 来越高 ， 而其长期 以来 一直采用 面 向过程 的开发 方 法和技术 ， 在 当前 的情况 下 ， 这样的开发模式难 以满足嵌 入式系统发 展 的需求 。开发周期 长 、 模块化 程序低 、 维 护效率低 、 代码复杂 度高等 这些 问题越来越 困扰着嵌入式系统 的开发人员 。ｕ 目前 主 流 的嵌 入 式操 作 系统 有 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ Ｃ Ｅ 、 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 、 Ｖ ｘ Ｗｏ ￣ｓ 等。 虽 然都是 比较成熟稳定 的嵌入式操 作系统 ， 却 也都或 多或少存在 着一 些 不如人 意的 问题。例 如 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ Ｃ Ｅ 虽然实 时性高 ， 互操作 性也 强 ， 但其 内核设计并 未考虑适应 系统 高度可裁剪性 的要求 ； Ｖ ｘ ｗｏ ｒ ｋ ｓ 虽然 在工业 、 国防 、 通信方面 的可靠性 非常强 ， 然而其价格不菲 ， 且属 于封闭 系统 ， 应用软件移植方 面较差 ； Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 免 费开源 、 文档丰 富， 但其 开发难 度较 高 ， 需要很高 的技术实力 ， 并且调试工具不全 ， 调试不太方 便 ， 同时
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
现代嵌入式系统体系结构和开发方法分析胡旭伟<计算机科学与技术，计算机科学与工程，07计3W，07141329）摘要：随着计算机硬件技术的快速发展，出现了越来越多的便携设备和智能设备。
这些设备中通常包含控制用的CPU和相应的操作系统；这类特殊的计算机系统叫做嵌入式实时系统。
嵌入式实时系统以其简洁高效等特点在计算机、通信等领域中广泛使用。
如今,由于嵌入式系统的市场巨大、潜力无限,全球的生产商都非常看好这一领域,纷纷投入了大量的人力物力,而围绕嵌入式系统的研究、设计和开发正成为计算机发展最活跃的方向之一.从嵌入式系统设计角度来看,任何一个系统都是一个输入/ 输出处理系统. 广义地说,所处理的物理量可分为模拟量、开关量与数字量. 若能了解一个实际的对象系统有哪些输入的物理量,哪些输出的物理量以及它们之间的内在关系,就可以设计出以单片机为核心的应用系统,并通过编程实现输入/ 输出之间的关系。
关键字：嵌入式系统引言嵌入式系统一般指非Pc系统，它包括硬件和软件两部讣。
硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端、罔形控制器等。
软件部分包括操作系统软件(OS>(要求实时和多任务操作>和应用程序编程。
有时设计人员把这两种软件组合在一起。
应用程序控制着系统的运作和行蔓，；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
嵌入式微处理器一般媳备以下4个特点：(1>对实时多任务有很强的支持能力，能宠成多任务并且有较短的中断响应时间；(2>具有功能较强的存储区保护功能；(3>可扩展(生长>的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的各种性能的嵌入式微处理器；(4>功耗很低。
1 嵌入式系统的历史虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。
从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。
作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。
嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。
70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。
这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用８位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。
从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得可以获取更短的开发周期，更低的开发资金和更高的开发效率，“嵌入式系统”真正出现了。
90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为实时多任务操作系统<RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。
2嵌入式系统的定义根据IEEE<国际电机工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”<原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。
这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。
不过上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓，目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、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。
这个定义上，可从几方面来理解嵌入式系统：嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。
因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。
例如Palm之所以在PDA领域占有70％以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理；而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。
嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。
所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。
目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。
实际上，嵌入式系统本身是一个外延极广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，而且有时很难以给它下一个准确的定义。
现在人们讲嵌入式系统时，某种程度上指近些年比较热的具有操作系统的嵌入式系统，本文在进行分析和展望时，也沿用这一观点。
一般而言，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出<I/O）和软件<由于多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合的，在这里我们对其不加区分，这也是嵌入式系统和Windows系统的最大区别）。
3嵌入式系统的特点3.1系统内核小由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。
比如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核？简直没有可比性。
3.2专用性强嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。
同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。
3.3系统精简嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。
3.4高实时性高实时性的系统软件(OS>是嵌入式软件的基本要求。
而且软件要求固态存储，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。
3.5开发标准化嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。
嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS<Real－Time Operating System）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。
3.6嵌入式系统开发需要开发工具和环境由于其本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。
开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
4 嵌入式系统的结构ARM体系结构图一个以单片机为核心的比较复杂产品或实际应用系统,包含模拟量的输入、模拟量的输出,开关量的输入、开关量的输出及数据通信的部分. 单片机工作支撑电路保障单片机能够正常运行,如电源提供、晶振电路、必要的滤波电路等[ 2 ] .实际模拟信号一般来自相应的传感器. 例如,开发非接触式的IC 卡燃气表系统,要测量使用气量,就需要流量传感器. 但是,一般传感器将实际的模拟信号转成的电信号都比较弱,单片机无法直接获得该信号,需要将其放大,然后经过A/ D转换变为数字信号,进行处理. 目前许多单片机内部包含A/ D 转换模块(例如: FreeScale 公司系列单片机> ,实际应用时也可根据需要外接A/ D 转换芯片. 常见的模拟量有温度、湿度、压力、重量、气体浓度、液体浓度、流量等. 对嵌入式来说,模拟信号通过A/ D 转换变成相应的数字序列进行处理.实际开关信号一般也来自相应的开关类传感器. 如光电开关、电磁开关、干簧管(磁开关> 、声控开关、红外开关等等,一些儿童电子玩具中就有一些类似的开关. 手动开关也可作为开关信号送到嵌入式中. 对单片机来说,开关信号就是只有“0”和“1”两种可能值的数字信号.其他输入信号通过通信方式与单片机沟通.常用的通信方式有:异步串行通信SCI、串行外设接口SPI、并行通信、USB 通信方式、网络通信(uIP> 方式等在执行机构中,有开关量执行机构,也有模拟量执行机构. 开关量执行机构只有“开”、“关”两种状态. 模拟量执行机构需要连续变化的模拟量控制. 单片机一般是不能直接控制这些执行机构,需要通过相应的驱动电路实现. 还有一些执行机构,既不是通常开关量控制,也不是通常D/ A 转换量控制,而是“脉冲”量控制,如控制调频电动机,单片机均可通过软件对其控制5嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点：5.1嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。
5.2嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。
这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
5.3嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。
5.4嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统。
5.5为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。
5.6嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
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具有嵌入式开发的特点。
6 整个开发流程可分为：6.1需求分析阶段嵌入式系统应用需求中最为突出的是注重应用的时效性，需求分析阶段的主要任务是：6.1.1对问题的识别和分析对用户提出的问题进行抽象识别用以产生以下的需求：功能需求、性能需求、环境需求、可靠性需求、安全需求、用户界面需求、资源使用需求、软件成本与开发进度需求。