嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除1 嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.1 嵌入式系統(tǒng)的硬件架構(gòu)如圖5-1所示，為嵌入式系統(tǒng)硬件模型結(jié)構(gòu)，此系統(tǒng)主要由微處理器MPU、外圍電路，以及外設(shè)組成，微處理器為ARM嵌入式處理芯片，如ARM7TMDI系列及ARM9系列微處理器，MPU為整個嵌入式系統(tǒng)硬件的核心，決定了整個系統(tǒng)功能和應(yīng)用領(lǐng)域。外圍電路根據(jù)微處理器不同而略有不同，主要由電源管理模型、時鐘模塊、閃存FIASH、隨機(jī)存儲器RAM，以及只讀存儲器ROM組成。這些設(shè)備是一個微處理器正常工作所必須的設(shè)備。外部設(shè)備將根據(jù)需要而各不相同，如通用通信接口USB、RS-232、RJ-45等，輸入輸出設(shè)備，如鍵盤、LCD等。外部設(shè)備將根據(jù)需要定制。嵌入式處理系統(tǒng)主要包括嵌入式微處理器、存儲設(shè)備、模擬電路及電源電路、通信接口，以及外設(shè)電路。1.2嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單片機(jī)在軟件方面最大的不同就是可以移植操作系統(tǒng)，從而使軟件設(shè)計層次化，傳統(tǒng)的單片機(jī)在軟件設(shè)計時將應(yīng)用程序與系統(tǒng)、驅(qū)動等全部混在一起編譯，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，可維護(hù)性不高，上升到操作系統(tǒng)后，這一切變得很簡單可行。嵌入式操作系統(tǒng)在軟件上呈現(xiàn)明顯的層次化，從與硬件相關(guān)的BSP到實時操作系統(tǒng)內(nèi)核RTOS，到上層文件系統(tǒng)、GUI界面，以及用戶層的應(yīng)用軟件。各部分可以清晰地劃分開來，如圖5-2所示。當(dāng)然，在某些時候這種劃分也不完全符合應(yīng)用要求。需要程序設(shè)計人員根據(jù)特定的需要來設(shè)計自己的軟件。板級支持包(Board Support Packet)主要用來完成底層硬件相關(guān)的信息，如驅(qū)動程序，加載實時操作系統(tǒng)等功能; 實時操作系統(tǒng)層主要就是常見的嵌入式操作系統(tǒng)，設(shè)計者根據(jù)自己特定的需要來設(shè)計移植自己的操作系統(tǒng)，即添加刪除部分組件，添加相應(yīng)的硬件驅(qū)動程序，為上層應(yīng)用提供系統(tǒng)調(diào)用；文件系統(tǒng)、GUI，以及系統(tǒng)管理主要應(yīng)對需要，即如果需要文件系統(tǒng)及圖形界面支持才需要設(shè)計，主要是為了應(yīng)用程序員開發(fā)應(yīng)用程序提供更多更便捷更豐富的API接口；應(yīng)用軟件層即用戶設(shè)計的針對特定應(yīng)用的應(yīng)用軟件，在開發(fā)該應(yīng)用軟件時，可以用到底層提供的大量函數(shù)。采用分層結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計使系統(tǒng)清晰明了，各個部分設(shè)計工作分工明確，從而避免整個系統(tǒng)過分龐大。2 嵌入式開發(fā)的模式及流程2.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式嵌入式系統(tǒng)開發(fā)分為軟件開發(fā)部分和硬件開發(fā)部分。嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)過程一般都采用如圖5-3所示的“宿主機(jī)/目標(biāo)板”開發(fā)模式，即利用宿主機(jī)(PC機(jī))上豐富的軟硬件資源及良好的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具來開發(fā)目標(biāo)板上的軟件，然后通過交叉編譯環(huán)境生成目標(biāo)代碼和可執(zhí)行文件，通過串口/USB/以太網(wǎng)等方式下載到目標(biāo)板上，利用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序運(yùn)行，實時分析，最后，將程序下載固化到目標(biāo)機(jī)上，完成整個開發(fā)過程。在軟件設(shè)計上，如圖5-4所示為結(jié)合ARM硬件環(huán)境及ADS軟件開發(fā)環(huán)境所設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程圖。整個開發(fā)過程基本包括以下幾個步驟。(1)源代碼編寫：編寫源C/C+及匯編程序；(2)程序編譯：通過專用編譯器編譯程序；(3)軟件仿真調(diào)試：在SDK中仿真軟件運(yùn)行情況；(4)程序下載：通過JTAG、USB、UART方式下載到目標(biāo)板上；(5)軟硬件測試、調(diào)試：通過JTAG等方式聯(lián)合調(diào)試程序；(6)下載固化：程序無誤，下載到產(chǎn)品上生產(chǎn)。2.2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程當(dāng)前，嵌入式開發(fā)已經(jīng)逐步規(guī)范化，在遵循一般工程開發(fā)流程的基礎(chǔ)上，嵌入式開發(fā)有其自身的一些特點，如圖5-5所示為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般流程。主要包括系統(tǒng)需求分析(要求有嚴(yán)格規(guī)范的技術(shù)要求)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟硬件及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測試，最終得到最終產(chǎn)品。(1)系統(tǒng)需求分析。確定設(shè)計任務(wù)和設(shè)計目標(biāo)，并提煉出設(shè)計規(guī)格說明書，作為正式設(shè)計指導(dǎo)和驗收的標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的需求一般分功能性需求和非功能性需求兩方面。功能性需求是系統(tǒng)的基本功能，如輸入輸出信號、操作方式等；非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、體積、重量等因素。(2)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)所述的功能和非功能需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分，以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。一個好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。(3)硬件/軟件協(xié)同設(shè)計。基于體系結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)的軟件、硬件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，設(shè)計往往是并行的。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的工作大部分都集中在軟件設(shè)計上，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計是現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法。(4)系統(tǒng)集成。把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝置集成在一起，進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)單元設(shè)計過程中的錯誤。(5)系統(tǒng)測試。對設(shè)計好的系統(tǒng)進(jìn)行測試，看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式最大特點是軟件、硬件綜合開發(fā)。這是因為嵌入式產(chǎn)品是軟硬件的結(jié)合體，軟件針對硬件開發(fā)、固化、不可修改。如果在一個嵌入式系統(tǒng)中使用Linux技術(shù)開發(fā)，根據(jù)應(yīng)用需求的不同有不同的配置開發(fā)方法，但是，一般情況下都需要經(jīng)過如下的過程。(1)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(luò)下載相應(yīng)的GCC交叉編譯器進(jìn)行安裝(比如，arm-1inux-gcc、arnl-uclibc-gcc)，或者安裝產(chǎn)品廠家提供的相關(guān)交叉編譯器；(2)配置開發(fā)主機(jī)，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(shè)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(luò)主要是配置NFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，需要關(guān)閉防火墻，簡化嵌入式網(wǎng)絡(luò)調(diào)試環(huán)境設(shè)置過程。(3)建立引導(dǎo)裝載程序BOOTLOADER，從網(wǎng)絡(luò)上下載一些公開源代碼的BOOTLOADER，如UBOOT、BLOB、VIVI、LILO、ARM-BOOT、RED-BOOT等，根據(jù)具體芯片進(jìn)行移植修改。有些芯片沒有內(nèi)置引導(dǎo)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，讀者可以在網(wǎng)上下載相應(yīng)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(jìn)行源代碼修改。這是讓系統(tǒng)可以正常運(yùn)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(shù)，但對于需要迅速開發(fā)自己的應(yīng)用的人來說可以極大提高開發(fā)速度。(4)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(qū)動程序，然后進(jìn)行調(diào)試修改，對于帶MMU的CPU可以使用模塊方式調(diào)試驅(qū)動，而對于MCLiunx這樣的系統(tǒng)只能編譯內(nèi)核進(jìn)行調(diào)試。(5)建立根文件系統(tǒng)，可以從http：/下載使用BUSYBOX軟件進(jìn)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(yīng)用需要添加其他的程序。由于默認(rèn)的啟動腳本一般都不會符合應(yīng)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(shè)為只讀，需要使用mkcramfs genromfs等工具產(chǎn)生燒寫映像文件。(6)建立應(yīng)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(qū)動，有的系統(tǒng)使用一個線性FLASH(NOR型)512KB32MB，有的系統(tǒng)使用非線