嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程(2)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 一旦確定了處理器 ， 廠商會提供所需要的開發(fā)工具 （ 原廠提供或第三方合作廠商提供 ） 。 開發(fā)工具包括 交叉編譯器 、 連接定位器 、 加載程序 和 調(diào)試器 等 。 開發(fā)工具必須安裝在桌面系統(tǒng)上 （運(yùn)行 Windows或 UNIX/Linux操作系統(tǒng) ） ， 即可開展開發(fā)工作了 。 嵌入式操作系統(tǒng)廠商也提供必要的開發(fā)工具 ， 如基于 EOS的 API、 調(diào)試器等 。 這些開發(fā)工具也安裝在用于開發(fā)的桌面系統(tǒng)上 ， 生成的代碼可以在以后移植到嵌入式系統(tǒng)上 。 除此之外 ， 可能還需要如下工具： 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 ※ 編程器 ：用于對 Flash、 EPROM等編程 。 如果處理器支持 JTAG方式調(diào)試 ， 則省去 。 ※ ROM仿真器 ：用于方便程序的調(diào)試 ， 非必須 。 ※ 內(nèi)部電路仿真器 。 ※ 指令集模擬器 ：一個軟件 ， 模擬目標(biāo)系統(tǒng)的處理器和存儲器 ，如 ARMulator。 如果有評估板或目標(biāo)板 ， 則省去 。 ※ 測試儀器 ：示波器 、 邏輯分析儀 、 萬用表等用于調(diào)試硬件 。 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 2． 3． 1． 1 選擇處理器 無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和特殊規(guī)定 。 對于大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)者來說 ， 往往更愿意選擇自己熟悉的處理器 ， 節(jié)省時間 ， 降低風(fēng)險 。 但可能不是一個好的方案。 理想的方案是根據(jù)用戶的需求和項(xiàng)目的要求選擇處理器 。 主要考慮： （ 1） 處理速度 。 原則是應(yīng)當(dāng)讓處理器的能力同項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)匹配 ， 參考需求分析和系統(tǒng)設(shè)計文檔資料 。 選擇處理器的主要指標(biāo)是系統(tǒng)需要的速度、 處理數(shù)據(jù)的字寬 、 是否需要浮點(diǎn)運(yùn)算 、 外部接口的集成情況等 。 如 32位的處理器有 ARM系列 、 MIPS系列 、 PowerPC系列等 。 注意：處理器的性能指標(biāo)需要滿足系統(tǒng)的需要 ， 并且考慮一定的余量；不要選得太高 ， 成本高 ， 開發(fā)難 ， 配套外圍電路的成本也高 。 夠用即可 。 （ 2） 熟悉程度 。 開發(fā)人員應(yīng)權(quán)衡處理器成本和開發(fā)成本 。 當(dāng)滿足功能和開發(fā)人員熟悉程度對立的時候 ， 優(yōu)先考慮處理器的性能 。 嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量可能很大 ， 錯誤的選擇可能會帶來無法估量的損失 。 對于一個熟練的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)者來說 ， 用大約 1個月左右的時間 ， 熟悉一種嵌入式處理器的使用是不成問題的 。 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 （ 3） I/O功能 。 盡量選擇單芯片方案 ， 所需要的 I/O功能已經(jīng)集成在嵌入式處理器上 ， 而不要外接 ， 降低系統(tǒng)成本 ， 提高可靠性 。 目前 ， 大量外設(shè)可被集成到處理器上 ， 如 UART、 以太網(wǎng)控制器 、 LCD控制器等 ， 但并非所有I/O都被集成 ， 不同型號有不同的定位 ， 過多集成無用的部件 ， 增加系統(tǒng)成本 。 應(yīng)通過調(diào)研 ， 根據(jù)系統(tǒng)需求 ， 找到一種符合外設(shè)要求的嵌入式處理器是很容易的 。 （ 4） 軟件支持工具 。 主要指嵌入式操作系統(tǒng)的支持 。 一種新的處理器并非所有的 EOS都支持 ， 還要考慮開發(fā)語言和交叉編譯器的支持 。 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 （ 5） 調(diào)試支持 。 內(nèi)置調(diào)試器 /在線仿真器的選擇問題 。 高速處理器的在線仿真器非常昂貴 ， 應(yīng)盡量選擇具有內(nèi)置硬件調(diào)試功能的處理器 ， 如 JTAG、BDM調(diào)試方式等 。 現(xiàn)在大多數(shù)嵌入式處理器具備了集成的調(diào)試方式 ， 價格增加不多 。 （ 6） 制造商技術(shù)支持 。 考慮制造商的供貨能力 、 技術(shù)支持和開發(fā)水平 ，盡量選擇大的處理器供應(yīng)商 ， 或者某一方面的專業(yè)處理器供應(yīng)商 ， 有成功案例的方案 ， 避免錯誤的決策 。 通信類控制器可選擇 PowerPC系列 ， 消費(fèi)類可選擇三星公司 、 Motorola公司的 DragonBall（ 龍珠 ） 系列 ， 小型工業(yè)控制可選擇 Atmel公司的 AT91系列 ， DSP可選擇 TI公司 、 Motorola公司 、 ADI公司等 ， 移動設(shè)備選擇 ARM內(nèi)核的處理器等 。 ARM內(nèi)核的處理器的用途不斷在擴(kuò)展 。 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 2． 3． 1． 2 選擇硬件部件 范圍很廣 。 包括單 IC、 單元電路板 、 磁盤驅(qū)動器 ， 甚至整個自成體系的系統(tǒng) ， 主要根據(jù)預(yù)算進(jìn)行 。 考慮： （ 1） 產(chǎn)品的需求量 。 量越大 ， 越值得自己設(shè)計和制備硬件 ， 降低成本 。 量很小 ， 設(shè)計費(fèi)用太高 ， 不值得自己做 ， 應(yīng)考慮從第三方購買成品的電路板 。如常用的 PC/104模塊 、 配套的 I/O板卡和模塊等 。 （ 2） 目標(biāo)市場機(jī)會 。 如果需要盡快發(fā)售產(chǎn)品 ， 從而獲得競爭力 ， 盡可能購買硬件 ， 自制的越少越好 。 如果時間充裕 ， 可以自己設(shè)計硬件 ， 降低成本 。 （ 3） 軟件對硬件的依賴程度 。 如果軟件必須盡早在硬件上進(jìn)行開發(fā) ， 應(yīng)購買成品的硬件 。 大多數(shù)嵌入式處理器的制造商提供評估板供用戶使用 ， 功能很全面 ， 可以在評估板上進(jìn)行軟件開發(fā) ， 硬件設(shè)計者只需參考評估板進(jìn)行定制設(shè)計即可 。 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 2． 3． 1． 3 選擇操作系統(tǒng) 根據(jù)項(xiàng)目需要的操作系統(tǒng)的功能來選擇操作系統(tǒng)產(chǎn)品 。 考慮： （ 1） OS的功能 。 ◎ 是否需要 OS； ◎ 需要 OS全部還是部分功能 ， 包括處理機(jī)管理 、 存儲器管理等； ◎ 文件系統(tǒng) 、 人機(jī)界面等； ◎ 實(shí)時系統(tǒng)還是分時系統(tǒng)； ◎ 是否可裁剪 。 （ 2） 配套開發(fā)工具 。 有些實(shí)時 OS只支持該 OS供應(yīng)商的開發(fā)工具 。 如果OS使用廣泛并有第三方工具可用 ， 則多些選擇余地 。 （ 3） OS的移植難度 。 包括應(yīng)用開發(fā)和板級支持包 （ BSP） 的開發(fā) 。 BSP是 OS運(yùn)行在用戶的目標(biāo)板上所需的軟件 ， 一般 OS的供應(yīng)商會提供流行的標(biāo)準(zhǔn)板的 BSP， 但用戶板可能與標(biāo)準(zhǔn)板有差異 ， 因此需要進(jìn)行 BSP的開發(fā) 。 通常差別不大 ， 廠商一般會提供一些移植的模板和范例供用戶參考 ， 不同 OS的移植難度不同 。 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 （ 4） OS是否包括特殊的調(diào)試支持 。 有些 OS允許用戶打開特殊的調(diào)試層 ，深入 OS內(nèi)部去跟蹤調(diào)用一些有助于解決應(yīng)用程序問題的功能；有的 OS提供源碼 。 這些都便于用戶的調(diào)試工作 。 注意： 提供源代碼的 OS并不一定更方便用戶的使用 ， 因?yàn)橛脩糸_發(fā)的重點(diǎn)在于應(yīng)用 ， 而不是 OS本身 。 提供功能強(qiáng)大的調(diào)試手段是必要的 。 （ 5） OS的內(nèi)存需求 。 OS需要的內(nèi)存越多 ， 則目標(biāo)板需要設(shè)計的存儲器越多 ， 加大了系統(tǒng)的成本 ， 降低了系統(tǒng)的運(yùn)行速度 ， 反過來又需要提高 CPU的性能 ， 又增加了成本 。 （ 6） OS的熟悉程度 。 主要是指 API。 如果不熟悉 ， 需要增加額外的時間學(xué)習(xí)并掌握 。 通常 ， 各嵌入式 OS的 API各不相同 ， 但差別也不大 ， 大多數(shù)EOS的 API符合 POSIX標(biāo)準(zhǔn) 。 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 （ 7） OS是否包括所有需要的組件 。 如果沒有 ， 必須自己開發(fā)或購買 ， 并集成進(jìn)去 。 包括網(wǎng)絡(luò)支持 （ TCP/IP協(xié)議支持等 ） 、 文件系統(tǒng) 、 快速文件系統(tǒng) 、 計算機(jī)板卡支持 、 CDROM支持 、 浮點(diǎn)仿真運(yùn)算 、 人機(jī)界面以及串行 I/O（ RS232C、 USB、 1394） 支持等 。 （ 8） OS是否有目標(biāo)硬件的驅(qū)動程序 。 針對某一種嵌入式處理器的 OS，一般會提供處理器上的設(shè)備驅(qū)動程序 。 如果用戶的設(shè)備沒有驅(qū)動程序支持 ，則必須開發(fā) ， 一般 OS會提供開發(fā)的模板代碼 。 （ 9） OS是否有可伸縮性 。 具有可伸縮性的 OS具有使用的靈活性 ， 用戶可以方便地裁剪不需要的部分 ， 降低對硬件的資源要求 ， 不必要的系統(tǒng)功能會消耗系統(tǒng)內(nèi)存資源 。 第 2講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 2． 3． 1． 4 選擇編程語言 選擇編程語言比較簡單 。 大部分的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)使用 C語言 、 匯編語言和 C++語言 ， 另外目前有可能選擇 JAVA語言 。 考慮： （ 1） 選擇開發(fā)人員最熟悉的語言 。 （ 2） 選擇使用最廣泛的語言 。 C/C++是最廣泛使用的開發(fā)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的語言 ， 如果需要開發(fā)可移植性好的程序 ， 或二次開發(fā) ， 也可使用JAVA語言 。 （ 3） 語言的性能 。 越高級的語言 ， 其編譯器和運(yùn)行庫附加的開銷越大 ， 應(yīng)用程序也越大 、 越慢 。 公認(rèn)匯編語言是最高效的語言 ，