嵌入式開發(fā)環(huán)境和硬件平臺(tái)調(diào)研報(bào)告

嵌入式開發(fā)環(huán)境和硬件平臺(tái)調(diào)研報(bào)告

嵌入式開發(fā)環(huán)境和硬件平臺(tái)調(diào)研報(bào)告調(diào)研的主要目標(biāo)：軟件：?找到一款適合今后發(fā)展的嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái)，此平臺(tái)適合大多數(shù)嵌入式硬件開發(fā)；滿足主流應(yīng)用開發(fā)（例如物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，手持機(jī)開發(fā)，各類接口，通訊協(xié)議，常見器件等）。開發(fā)周期短。IDC預(yù)計(jì)，到，ARM在嵌入式處理器市場(chǎng)的份額將提升至68%，高于的60%。由此看出未來嵌入式將進(jìn)入ARM的時(shí)代。考慮到了未來發(fā)展，硬件上采用的是32位arm核心的MCU處理器。這樣就圍繞著arm來確定開發(fā)的軟件環(huán)境。首先說說arduino，緊接著是MBED，其次是Keil和IAR，再是coocex，最后是各個(gè)廠家自己的arm開發(fā)環(huán)境。硬件：選擇需要滿足今后若干年（10~20年）不會(huì)落后，具有先進(jìn)的前瞻性技術(shù)。產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，功耗要低。應(yīng)用前景廣泛，各類硬件接口豐富。開發(fā)周期短。技術(shù)支持力度強(qiáng)。主流廠商，銷量大，技術(shù)支持好（案例多）產(chǎn)品生態(tài)鏈全。為適應(yīng)未來發(fā)展，選擇了arm核的32位嵌入式MCU,核心是基于精簡指令集（RSIC）的ARM系列，現(xiàn)在主要是ARM的cortex-M系列芯片。軟硬件環(huán)境相互關(guān)聯(lián)，首先是硬件決定軟件，軟件開發(fā)的難易程度，技術(shù)支持度又反過來決定具體的硬件。當(dāng)然本次選型中主要集中在了arm系列的軟硬件環(huán)境，這是由于現(xiàn)在最多的嵌入式開發(fā)都集中在ARM上。我們?nèi)耸忠徊康氖謾C(jī)，工業(yè)控制mcu短短幾年也被arm占去很大一塊市場(chǎng)。知名的半導(dǎo)體廠商N(yùn)XP也提出今后其全面轉(zhuǎn)向arm市場(chǎng)。一、下面先介紹軟件開發(fā)環(huán)境：開發(fā)環(huán)境調(diào)研找了很多，有arduino，mbed，cocoon，keil，air，各半導(dǎo)體廠商自己的IDE,各家都有優(yōu)點(diǎn)。最終確定以mbed和STM32cubemx兩個(gè)環(huán)境交互使用（兩個(gè)環(huán)境代碼基本通用），當(dāng)需要跑仿真和分析時(shí)用KEIL。這樣確保了無論在何種情況下都能夠?qū)⒐こ滩煌ｎD的進(jìn)行下去。下面將選型中幾個(gè)很有特色的開發(fā)環(huán)境一一列出，除了arduino,它們有個(gè)共同特點(diǎn)，都支持大多數(shù)半導(dǎo)體廠商的ARMcortex-M系列芯片。還有個(gè)小強(qiáng)，叫：arduino，無硬件基礎(chǔ)的人能夠快速上手。1、Arduino：Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，包含硬件（各種型號(hào)的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE）。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，包含硬件（各種型號(hào)的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE）。硬件部分是能夠用來做電路連接的Arduino電路板，MCU是愛特梅爾公司的8位51單片機(jī)（近些年也出了3款arm核的開發(fā)板）；另外一個(gè)則是ArduinoIDE。編程語言：C/C++。中文官網(wǎng)：平臺(tái)特點(diǎn)：可在Windows、MacintoshOSX、Linux三大主流操作系統(tǒng)上運(yùn)行。簡單清晰：ArduinoIDE基于processingIDE開發(fā)。對(duì)于初學(xué)者來說，極易掌握，同時(shí)有著足夠的靈活性。Arduino語言不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)。開放性：Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫文件都是開源的，在開源協(xié)議范圍內(nèi)里能夠任意修改原始設(shè)計(jì)及相應(yīng)代碼。發(fā)展迅速：Arduino不但僅是全球最流行的開源硬件，也是一個(gè)優(yōu)秀的硬件開發(fā)平臺(tái)，更是硬件開發(fā)的趨勢(shì)。Arduino簡單的開發(fā)方式使得開發(fā)者更關(guān)注創(chuàng)意與實(shí)現(xiàn)，更快的完成自己的項(xiàng)目開發(fā)，大大節(jié)約了學(xué)習(xí)的成本，縮短了開發(fā)的周期。僅僅憑借十幾款8位51核的mcu和開源的軟硬件環(huán)境在短短十年，從無到有風(fēng)靡全球，最大的優(yōu)勢(shì)在于龐大的庫資源，能夠減少大量在硬件上花費(fèi)的精力，使其開發(fā)周期能夠很短，開發(fā)難度很低。近些年arduino已經(jīng)開始應(yīng)用到無人機(jī)，3D打印機(jī)，可穿戴設(shè)備?？墒瞧溥x型中對(duì)功耗的考慮較少，導(dǎo)致可穿戴設(shè)備只能測(cè)試，不能用于實(shí)際工程。內(nèi)存不足，導(dǎo)致很多高端應(yīng)用無法展開。其高端mcu（ARM核）arduinoDUE的板子上市晚（底上市），支持力度不足。使其在高端開發(fā)上受阻。2、Mbed：arduino的成功很大的刺激了各大半導(dǎo)體廠商，這其中就有ARM公司。她自己也做了一個(gè)公用開發(fā)平臺(tái)，在上線了MBED。其基本上完全效仿了arduino的開發(fā)形式，即簡短精煉的開發(fā)語句，最少的涉及硬件，mbed還把很多與硬件相關(guān)的程序使用中間件進(jìn)行封裝，這使得操作硬件不必再特意關(guān)心底層驅(qū)動(dòng)，開發(fā)者只需要調(diào)用友好接口就能夠。開發(fā)資源首先由廠商提供，擴(kuò)充由開發(fā)者共享到網(wǎng)上。在web平臺(tái)上建立論壇討論。所有軟硬件資源開源?，F(xiàn)在已經(jīng)有近20家半導(dǎo)體廠商提供了自己的mbed開發(fā)板。下面是arm公司的mbed網(wǎng)站自己對(duì)mbed的定義：使用mbed能夠開發(fā)什么？首先，您能夠非?？焖俚卦O(shè)計(jì)項(xiàng)目原型。mbed操作系統(tǒng)可為您處理與硬件通信的繁瑣工作，而且不特定于板。這就意味著，您在mbed操作系統(tǒng)上編寫的代碼可在任何板上運(yùn)行，因此您能夠試用不同的板而無需重新編寫代碼。為進(jìn)一步幫助您進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和測(cè)試，mbed不但提供了操作系統(tǒng)，還提供了與云進(jìn)行交互的方式、編程環(huán)境、調(diào)試接口和測(cè)試工具。其次，您無需切換mbed工具即可將原型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。mbed工具包括設(shè)備端安全，云連接（包括負(fù)載平衡、服務(wù)器安全和多種通信協(xié)議），以及其它開發(fā)人員服務(wù)。mbed是一個(gè)面向ARM處理器的原型開發(fā)平臺(tái)，它具體包括免費(fèi)的軟件庫（SDK），硬件參考設(shè)計(jì)（HDK）和在線工具（Web）三部分內(nèi)容，各個(gè)部分的具體介紹如下：SDK：mbed設(shè)計(jì)了一個(gè)硬件抽象層，從而屏蔽了不同mcu廠商提供了微處理之間的差異，對(duì)于用戶來說，她只需要和這個(gè)硬件抽象層打交道即可，也就是說，用戶基于mbed開發(fā)的應(yīng)用能夠很方便地更換使用不同廠商的arm微處理器，從而留給用戶更多的選擇。HDK：HDK是mbed提供的硬件參考設(shè)計(jì)，它是面向用戶開發(fā)設(shè)計(jì)的，因此HDK提供了統(tǒng)一了程序上載接口，單步調(diào)試接口，串口調(diào)試接口，用戶無需購買其它硬件就能夠開始軟件開發(fā)工作。WEB：為了省去用戶開發(fā)環(huán)境安裝的麻煩，mbed提供了一個(gè)完備的基于瀏覽器的微處理器軟件開發(fā)環(huán)境，包括代碼編寫，程序編譯，版本控制等功能，用戶只要上網(wǎng)就能夠開發(fā)，編譯結(jié)果只要下載保存到mbed開發(fā)板上即可工作，非常方便。3、Keil軟件:1、 Keil公司原來由兩家私人公司聯(lián)合運(yùn)營，分別是德國慕尼黑的KeilElektronikGmbH和美國德克薩斯的KeilSoftwareInc。Keil公司在被ARM公司收購。ARM現(xiàn)在有針正確開發(fā)環(huán)境MDK-ARM軟件，為基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9處理器設(shè)備提供了一個(gè)完整的開發(fā)環(huán)境。MDK-ARM專為微控制器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，不但易學(xué)易用，而且功能強(qiáng)大，能夠滿足大多數(shù)苛刻的嵌入式應(yīng)用。是各類MCU開發(fā)最基礎(chǔ)最常見的開發(fā)環(huán)境，基本上所有MCU都能夠在此環(huán)境中進(jìn)行開發(fā)，在朝庫調(diào)用的方式精簡開發(fā)。KeilMDK功能特點(diǎn)?完美支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列器件。?行業(yè)領(lǐng)先的ARMC/C++編譯工具鏈?確定的KeilRTX，小封裝實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（帶源碼）uVision4IDE集成開發(fā)環(huán)境，調(diào)試器和仿真環(huán)境TCP/IP網(wǎng)絡(luò)套件提供多種的協(xié)議和各種應(yīng)用?提供帶標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)類的USB設(shè)備和USB主機(jī)棧?為帶圖形用戶接口的嵌入式系統(tǒng)提供了完善的GUI庫支持ULINKpro可實(shí)時(shí)分析運(yùn)行中的應(yīng)用程序，且能記錄Cortex-M指令的每一次執(zhí)行?關(guān)于程序運(yùn)行的完整代碼覆蓋率信息?執(zhí)行分析工具和性能分析器可使程序得到最優(yōu)化?大量的項(xiàng)目例程幫助你快速熟悉MDK-ARM強(qiáng)大的內(nèi)置特征?符合CMSIS（Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)）缺點(diǎn)：就是要收費(fèi)（單機(jī)6~10萬），開發(fā)方式還是一開始的命令行方式和寄存器操作方式。4、 IARsystemsIAREmbeddedWorkbench是瑞典IARSystems公司為微處理器開發(fā)的一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（下面簡稱IAREW）,支持ARM，AVR，MSP430等芯片內(nèi)核平臺(tái)。EWARM中包含一個(gè)全軟件的模擬程序（simulator）。用戶不需要任何硬件支持就能夠模擬各種ARM內(nèi)核、外部設(shè)備甚至中斷的軟件運(yùn)行環(huán)境。從中能夠了解和評(píng)估IAREWARM的功能和使用方法。其比較好的是其編譯器比較高效。其它基本上與keil類似。IAREWARM的主要特點(diǎn)如下[3]:1、 高度優(yōu)化的IARARMC/C++Compiler2、 IARARMAssembler3、 一個(gè)通用的IARXLINKLinker4、 IARXAR和XLIB建庫程序和IARDLIBC/C++運(yùn)行庫5、 功能強(qiáng)大的編輯器6、 項(xiàng)目管理器7、 命令行實(shí)用程序8、 IARC-SPY調(diào)試器（先進(jìn)的高級(jí)語言調(diào)試器）5、 Coocex：CooCox品牌名稱的含義是CooperateonCortex。自_成立之日起，CooCox團(tuán)隊(duì)就一直致力于為用戶提供免費(fèi)和開源的ARM開發(fā)工具，專注于ARMCortexM系列的開發(fā)。當(dāng)前CooCox工具已支持大部分主流CortexM4，M3，M0和M0+芯片。CooCox包含一套完整的開發(fā)工具：CooCox工具鏈CoIDE——基于Eclipse和GCC的全功能集成開發(fā)環(huán)境（IDE），傻瓜組態(tài)式編程軟件|免費(fèi)；CoFlash——獨(dú)立的Flash編程軟件|免費(fèi)；CoSmart――圖形化智能管腳配置和代碼生成工具|免費(fèi)；CoAssistant 寄存器助手，有在線版本和CoIDE集成版本|免費(fèi)；CoX——基于ARMCortexMCU的統(tǒng)一外設(shè)接口|免費(fèi)和開源（Github開源項(xiàng)目）；Colink——JTAG調(diào)試器|硬件開源CoLinkEx——SW/JTAG調(diào)試器|硬件開源CoMDKPlugin——支持各類調(diào)試器的MDK插件|免費(fèi)；CoOS——嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）|免費(fèi)和開源除免費(fèi)的開發(fā)工具外，CooCox經(jīng)過論壇或郵件，還提供在線的技術(shù)支持。，用戶可方便地向CooCox提出問題和建議。CooCox把所有的啟動(dòng)代碼、外圍庫、驅(qū)動(dòng)、OS等抽象為一個(gè)個(gè)組件(components)，再搭配相應(yīng)的例程(examples)。事實(shí)上，從廣義上講，包括例程在內(nèi)的所有可復(fù)用的源代碼均可稱為組件。這樣一來就大大簡化和加速了開發(fā)，讓嵌入式開發(fā)如同“搭積木”一般簡單。CooCox正在打造一個(gè)匯聚全球行業(yè)專家、業(yè)余愛好者、半導(dǎo)體廠商的平臺(tái)。平臺(tái)不但可供自由交流分享，還要集中豐富的可復(fù)用源碼及文檔資源。6、 stm32cubemx類似于arduino和mbed的初始化開發(fā)環(huán)境stm32cubemx,

編譯還是到stm32自己的TrueSTUDIO或者keil、IAR中編譯、下載到芯片中。據(jù)意法自己網(wǎng)站宣傳，將會(huì)把stm32cube應(yīng)用到所有的stm32項(xiàng)目中去。這個(gè)軟件只能夠?qū)σ夥ㄗ约旱男酒僮鳌?、 賽普拉斯的PSOCCreator3.3：其能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)的程序用圖形化編程完成，用戶需要的特有二2J沖r護(hù)卜耳丄豈■■'■raplaSapB-L^uklF制^JrPi二2J沖r護(hù)卜耳丄豈■■'■raplaSapB-L^uklF制^JrPiRH上衛(wèi)斬?cái)?JhBKftu.gjSgdTfNg 4訂!Ik*立業(yè)審■羣砂吋吐B血■^1Ttf^uag>CuLviiEHS.MIIH鼻i：■■?mnAivH?創(chuàng)；H*m：■ir-flIH*1?4i-|-a Ell-ARCl[魂al對(duì)斑；A*k*QiJKlV4jflwiHvrKt11]<ilChMiij.iaj:Ld■(lLli￡ikU^iLijjtfil.A0*|jgj5t#wbi111EriSOI■.Fcrii3hu丁[儀ERRSJjEJimwhi.圭I“ilrlTFfI<>]4jIM迥！■fl!|Ua3rt|i?ran|>1.dQanaleqi?HSNri"KXJ4AliFMfiUJ 『?；.Le^faLiirrchLrnraiEmarlan^vdm,:C^.["arcaviKrwdJrccLrmi^iUyi'IixctkcccXLh'IiIAamg:二fTMtaLjanigptqjmiemIdw madiEAaBMkijhIii?iiMumpDiTOLCMFAnMJ」B?rhiMtnM.'W'rt!5rrsjaHR-Ificbcrfk*MIIIJiH4-l-U41AI護(hù)>41143<1<riu口百S>hrFiJnh].ri」4K4Li口■&u“PDblL~也RhlLiM^lTQR流程需要經(jīng)過代碼或邏輯流程來實(shí)現(xiàn)。功能還是比較強(qiáng)大，可是這個(gè)軟件只能夠?qū)惼绽棺约旱男酒僮?。以上這些開發(fā)環(huán)境自成體系，各有優(yōu)缺點(diǎn)，keil和IAR偏向底層開發(fā)，歷史悠久，開發(fā)比較繁瑣，周期相對(duì)會(huì)長一些，屬于收費(fèi)軟件，技術(shù)支持會(huì)好一些。cooked、stm32cubemx和賽普拉斯的PSOCCreator3.3屬于免費(fèi)軟件，都有像圖形化編程發(fā)展的趨勢(shì)，圖形化軟件開發(fā)會(huì)大量縮短開發(fā)周期，也相對(duì)直觀很多。可是由于是免費(fèi)版的，其技術(shù)支持度和版本更新速度不是很快。有時(shí)碰到技術(shù)問題可能無法及時(shí)解決。Mbed也是一個(gè)相對(duì)非常類似于ArduinoIDE的一種開發(fā)環(huán)境，兩者的共同特點(diǎn)是軟硬件都免費(fèi)開源，軟件開發(fā)形式類似，都是代碼編程，有非常簡練，清晰直觀的指令。Arduino的IDE環(huán)境能夠在本地進(jìn)行，Mbed是來自ARM公司的基于互聯(lián)網(wǎng)的編譯環(huán)境。兩個(gè)都不能進(jìn)行在線調(diào)試，只有經(jīng)過其它的辦法解決，mbed能夠?qū)雓eil或IAR等軟件，arduino經(jīng)過其它軟件例如VirtualBreadboard(VBB)，Simula