(軟考嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師)程序設(shè)計復(fù)習(xí)筆記.doc

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計師考試筆記之嵌入式軟件程序設(shè)計一、嵌入式軟件開發(fā)概述1.嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)步驟：、硬件的設(shè)計與實現(xiàn)；、設(shè)備驅(qū)動軟件的設(shè)計與實現(xiàn)；、嵌入式操作系統(tǒng)的選擇，移植，以及API接口函數(shù)的設(shè)計；、支撐軟件的設(shè)計與調(diào)試；、應(yīng)用程序的設(shè)計與調(diào)試；、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、樣機(jī)交付。2、嵌入式軟件開發(fā)的特點：、需要交叉編譯工具；、通過仿真手段進(jìn)行調(diào)試；、開發(fā)板是中間目標(biāo)機(jī)；、可利用的資源有限；、需要與硬件打交道；3、嵌入式開發(fā)遇到的問題：、軟件硬協(xié)同設(shè)計；嵌入式操作系統(tǒng)；、代碼優(yōu)化；、有限的I/O資源；二、嵌入式程序設(shè)計語言1、程序設(shè)計語言概述機(jī)器語言：是與計算機(jī)硬件關(guān)系最為密切的計算機(jī)語言，在計算機(jī)硬件上執(zhí)行的就是一條條用機(jī)器語言來編寫的指令；匯編語言：基本思路是用符號的形式來代替二進(jìn)行的指令。低級語言：通常將機(jī)器語言和匯編語言統(tǒng)稱為低級語言。語言處理程序語言處理程序：擔(dān)任翻譯任務(wù)的程序稱為語言處理程序。包括：匯編程序、解釋程序、編譯程序。源程序：用匯編語言或某程高級語言編寫的程序。源程序不能直接在計算機(jī)上運(yùn)行。解釋程序：也稱解釋器，它直接解釋執(zhí)行源程序、或?qū)⒃闯绦蚍g成某種中間表示形式后再執(zhí)行。編譯程序：是將源程序翻譯成目標(biāo)語言程序，然后在計算機(jī)上運(yùn)行。區(qū)別：在編譯方式下，機(jī)器上運(yùn)行的是與源程序等價的目標(biāo)程序，源程序和編譯程序都不再參與目標(biāo)程序的執(zhí)行；而在解釋方式下，解釋程序和源程序要參與程序的運(yùn)行過程中，運(yùn)行控制權(quán)在解釋程序。程序設(shè)計語言的定義包括：語法、語義、語用、語境。2、匯編語言、基本原理：為特定計算機(jī)或計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的面向機(jī)器的符號化程序設(shè)計語言。包括三類語句：指令語句、偽指令語句、宏指令語句。指令語句：又稱機(jī)器指令語句，將其匯編后能產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)器代碼，這些代碼能被CPU直接識別并執(zhí)行相應(yīng)的操作；偽指令語句：指示匯編程序在對源程序進(jìn)行匯編時完成某些工作。區(qū)別：偽指令在匯編后不產(chǎn)生機(jī)器代碼，而指令語句產(chǎn)生機(jī)器代碼。常用：定義偽指令 EQU；存儲定義偽指令 DCB；匯編控制偽指令 IF、ELSE、ENDIF，WHILE WEND；開始偽指令 ENTRY；結(jié)束偽指令 END。宏指令：將多次重復(fù)使用的程序段定義為宏、ARM匯編語言格式：ARM語言以段為單位組織源文件。段是相對獨立的、具有特定名稱的、不可分割的指令或數(shù)序列。段可以分為代碼段和數(shù)據(jù)段，代碼段存放執(zhí)行代碼、數(shù)據(jù)段存放代碼運(yùn)行時用到的數(shù)據(jù)。一個ARM源程序至少要一個代碼段。ARM匯編語言程序經(jīng)過匯編處理后生成一個可執(zhí)行的映像文件，包括：一個或多處代碼段，代碼段通常是只讀的；0個或多個包含初始值的數(shù)據(jù)段，通?？勺x寫；0個或多處不含初始值的數(shù)據(jù)段，可讀寫；3、面向過程的語言定義：也叫命令式語言或強(qiáng)制式語言，通過一系列可執(zhí)行的運(yùn)算及運(yùn)算的先后次序來描述計算的過程。過程序式語言包括：數(shù)據(jù)、運(yùn)算、控制、函數(shù)。數(shù)據(jù)成分：是一種程序語言的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)屬性：包括名稱、類型、存儲類別、作用域、生存周期。運(yùn)算成份：算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、邏輯運(yùn)算?？刂瞥煞荩喉樞?、選擇、重復(fù)；函數(shù)：是程序模塊的主要成份，它是一段具有獨立功能的程序，包括三個概念：函數(shù)定義，函數(shù)聲明、函數(shù)調(diào)用。一次函數(shù)調(diào)用的步驟：、在內(nèi)存的?？臻g當(dāng)中為其分配一個棧幀，用來存放該函數(shù)的形參變量和局部變量；、把實參變量的值復(fù)制到相應(yīng)的形參變量中；、控制流轉(zhuǎn)移到該函數(shù)的起始位置；、該函數(shù)開始執(zhí)行；、當(dāng)這個函數(shù)執(zhí)行完成后，控制流和返回值返回到函數(shù)調(diào)用點。4、面向?qū)ο蟮恼Z言面向?qū)ο?對象+分類+繼承+通過消息的通信對象：是基本運(yùn)行時的實體，包括數(shù)據(jù)（屬性），數(shù)據(jù)操作的行為，所以一個對象將屬性和行為封裝成一個整體。由對象名、屬性、操作三個部分組成。方法：在對象內(nèi)的操作稱為方法；消息：對象之間進(jìn)行通信的一種構(gòu)造；類：定義了一組大體上相似的對象，類是在對象之上的抽象，對象是類的具體化。繼承：父類和子類之間共享數(shù)據(jù)和方法的機(jī)制。多態(tài)：不同的對象收到同一消息可以產(chǎn)生完成不同的結(jié)果，這一現(xiàn)象稱為多態(tài)。動態(tài)綁定：是一個把過程調(diào)用和響應(yīng)調(diào)用所需要執(zhí)行的代碼加以結(jié)全的過程。C+：一種面向?qū)ο蟮恼Z言，支持面向?qū)ο螅仓С置嫦蜻^程。5、匯編、編譯、解譯程序的基本原理、匯編程序：是將匯編語言源程序翻譯成機(jī)器語言程序。匯編程序一般至少需要兩次掃描源程序才能完成翻譯過程：第一次主要工作是定義符號的值并創(chuàng)建一個符號表ST；第二次是掃描的任務(wù)產(chǎn)生目標(biāo)程序。、編譯程序：功能是把某些高級語言編寫的源程序翻譯成與之等價的目標(biāo)語言程序。分成六個階段：詞法分析階段、語法分析階段、語議分析階段、中間代碼生成階段、代碼優(yōu)化階段、目標(biāo)代碼生成階段。、解釋程序：是另一種語言處理程序，在詞法、語法、語議分析方面與編譯程序，它直接執(zhí)行源程序或源程序的內(nèi)部形式。因此解釋程序不產(chǎn)生源程序的目標(biāo)程序，這是與編譯程序的主要區(qū)別。三、嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境宿主機(jī)：是用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的計算機(jī)，運(yùn)行的工具包括：文本編輯器、交叉調(diào)試器、集成環(huán)境以及各種分析工具。目標(biāo)機(jī)一般在嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)和調(diào)試期使用，它可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實際運(yùn)行環(huán)境，也可以是能夠代替實際運(yùn)行環(huán)境的仿真系統(tǒng)。常用的調(diào)度方法：直接測試法、調(diào)試監(jiān)控器法、ROM仿真器法、在線仿真器法、片上調(diào)試法及模擬法。四、嵌入式軟件開發(fā)1、嵌入式平臺選型嵌入式設(shè)計分三個階段：分析、設(shè)計和實現(xiàn)。分析階段：是確定要解決的問題及需要完成的目標(biāo)，也稱需求階段；設(shè)計階段：主要是解決如何在給定的約束條件下完成用戶的需求；實現(xiàn)階段：主要是解決如何在所選擇的硬件和軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行整個軟硬件系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和實現(xiàn)。硬件的選擇包括：處理器、硬件部件軟件的選擇包括：操作系統(tǒng)、編程語言、軟件開發(fā)工具、硬件調(diào)試工具和軟件組件。2、軟件設(shè)計、軟件設(shè)計任務(wù)：準(zhǔn)備一個工作計劃；確定軟件的結(jié)構(gòu)；設(shè)計評審；維護(hù)工作計劃；與硬件部門密切合作、相互協(xié)調(diào)；控制工作的結(jié)果、把工作記錄存檔。、模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)：將系統(tǒng)劃分為模塊，確定軟件的結(jié)構(gòu)，模塊的功能和模塊間的接口，以及全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)。模塊：是組成系統(tǒng)的基本單位，它的特點是可以組合、分解和更換。模塊的四要素：輸入和輸出；處理功能；內(nèi)部數(shù)據(jù)；程序代碼。模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵守的原則：所劃分的模塊其內(nèi)部凝聚性要強(qiáng)，模塊之間的聯(lián)系要少，即要有很強(qiáng)的獨立性；模塊之間的連接只能存在上下級之間的調(diào)用關(guān)系，不能有同級之間的橫向關(guān)系；整個結(jié)構(gòu)呈樹狀結(jié)構(gòu)，不允許網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或交叉調(diào)用關(guān)系；所有模塊必須嚴(yán)格地分類編碼并建立歸檔文件。、結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方法結(jié)構(gòu)化設(shè)計的方法是一種面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計方法，基本思想是將系統(tǒng)設(shè)計成由相對獨立、功能單一的模塊組成的結(jié)構(gòu)。信息流的類型：變換流和事務(wù)流。結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法的步驟：復(fù)查并精化數(shù)據(jù)流圖；確定DFD的信息流類型（變換型或事務(wù)型）；根據(jù)流類型分別實施變換分析或事務(wù)分析；根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的原則，對程序結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行優(yōu)化。3、嵌入式程序設(shè)計、bootloader的設(shè)計步驟；stage1和stage2兩大部Stage1步驟：硬件設(shè)備初始化；為加載bootloader的stage1準(zhǔn)備內(nèi)存空間；復(fù)制bootloader的stage1到內(nèi)存；設(shè)置好堆棧；跳轉(zhuǎn)到stage1的C入口點。Stage2步驟：初始化本階段要使用的硬件設(shè)備；檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射；將內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像到flash上讀入到內(nèi)存中；為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)，并調(diào)用內(nèi)核。、設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計4、編碼四個步驟：確定源程序的標(biāo)準(zhǔn)格式、制定編程規(guī)范；準(zhǔn)備編程環(huán)境；編寫代碼；進(jìn)行代碼審查，提高編碼質(zhì)量。5、測試、概述軟件測試：是從經(jīng)濟(jì)和效率的角度出發(fā)，對軟件代碼進(jìn)行質(zhì)量和正確性保證的一個過程。系統(tǒng)測試的目的：是為了發(fā)現(xiàn)至今尚未發(fā)現(xiàn)的錯誤。規(guī)范化的測試過程：擬定測試計劃；編制測試大綱；根據(jù)測試大綱設(shè)計和生產(chǎn)測試用例；實施測試；生成測試報告。、測試方法分類：人工測試和機(jī)器測試人工測試的三種方法：個人復(fù)查、抽查、會審機(jī)器測試分成：黑盒測試和白盒測試黑盒測試：也稱功能測試，將軟件看成黑盒子，在完成不考慮軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性的情況下，測試軟件的外部特性。包括：極限情況測試；邊界測試；異常測試；隨機(jī)測試；性能測試。白盒測試：也稱結(jié)構(gòu)測試，將軟件看成透明的的盒，根據(jù)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和邏輯來設(shè)計測試用例。原則：程序模塊中的所有獨立路徑至少執(zhí)行一次；在所有的邏輯判斷中，取“真”“假”的兩種情況至少都要執(zhí)行一次；每個循環(huán)都應(yīng)在邊界條件和一般條件下各執(zhí)行一次；測試程序內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的有效性。、測試步驟：、系統(tǒng)平臺測試：包括硬件電路測試、操作系統(tǒng)及底層驅(qū)動程序測試；、單元測試：也稱模塊測試。一般采用白盒測試法。主要測試模擬塊接口、局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、重要的執(zhí)行路徑、出錯處理、邊界條件。測試時需要開的模塊包括：驅(qū)動模塊（相當(dāng)于一個程序，負(fù)責(zé)接收測試用例的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)送到測試模塊，并輸出結(jié)果）和樁模塊（也稱為存根模塊，用來代替測試模塊中所調(diào)用的子模塊，其內(nèi)可進(jìn)行少量的數(shù)據(jù)處理，目的是為了檢驗入口，并輸出調(diào)用和返回的信息）、集成測試：也稱組裝測，就是把各個模塊按照系統(tǒng)設(shè)計說明書的要求組合起來進(jìn)行測試。兩種方法：一種是分別測試各個模塊，再把這些模塊組合起來進(jìn)行整體測試，即非增量式集成；另一種是把下一個要測試的模塊組合到已測試好的模塊中，測試完成再將下一個模塊組合進(jìn)來，進(jìn)行測試，這樣逐步把所有的模塊組合在一起，并完成測試，即增量式集成。、系統(tǒng)測試：將嵌入式軟件、硬件，外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)等各種因素結(jié)全在一起，進(jìn)行整個系統(tǒng)的組裝測試和確認(rèn)測試。一般采用黑盒測試法。主要測試內(nèi)容：恢復(fù)測試、強(qiáng)度測試、性能測試、可靠性測試。、測試結(jié)果分析對測試結(jié)果分析和比較幫助錯誤的定位，指導(dǎo)程序員修改代碼。、覆蓋測試：是一種白盒測試法，測試人員必須擁有程序的規(guī)格說明書和程序清單。其基本思路是以程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)來設(shè)計測試用例，以覆蓋盡可能多的程序內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其中的錯誤和問題，一般用在單元測試階段。主要策略：語句覆蓋、判定覆蓋、條件覆蓋、判定/條件覆蓋、條件組合覆蓋。5、下載運(yùn)行五、嵌入式軟件移植可分成有操作系統(tǒng)和無操作系統(tǒng)的移植。uC/OS-II操作系統(tǒng)代碼被分成三個部分：一是，與處理器無關(guān)的代碼，如任務(wù)管理、存儲管理、信號量等；二是，與系統(tǒng)配置有關(guān)，應(yīng)用程序開發(fā)人員可以通過修改這些配置