嵌入式軟件的開發(fā)和發(fā)展

1、. . . . 郵電學院學 年 論 文題 目：嵌入式軟件的開發(fā)和發(fā)展 院系：管理工程學院專 業(yè)：信息管理與信息系統(tǒng)班 級：學生：導師：起止時間：2011年12月1日至11年12月30日目 錄摘要IAbstractII1 引言12嵌入式系統(tǒng)12.1 嵌入式系統(tǒng)概述12.2 嵌入式系統(tǒng)的應用領域22.3 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式軟件33嵌入式軟件開發(fā)應用43.1 嵌入式軟件的概論與應用43.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基本流程43.3 嵌入式開發(fā)前景6結論7參考文獻88 / 13摘 要隨著電子技術的日益成熟，電子設備之間的差異越來越小，如何使自己的產品在同類的產品中脫穎而出，這令電子設備廠商以與嵌入式系統(tǒng)設計廠商

2、大傷腦筋。此時軟件差異化的優(yōu)勢逐漸顯露出來，從傳統(tǒng)的3C（Communication, Consumer Electronics, Computer; 通信、消費電子、計算機）和工業(yè)領域，到近幾年崛起的汽車、醫(yī)療電子等新興領域，嵌入式軟件的應用浪潮席卷了整個電子產業(yè)。當前，新的一輪應用熱潮已然來臨，各個方面的需求將為嵌入式軟件的開發(fā)注入新的動力。關鍵詞：嵌入式系統(tǒng);軟件開發(fā);系統(tǒng)管理;應用.AbstractHow to make your own products in similar products stand out ,it makes some electronic

3、 equipment factory let nerve-wracking with the growing sophistication of electronic technology and The difference between the electronic equipment are smaller.At this time, the advantage gradually reveal of Software differentiation.From traditiona 3C (Communication, Consumer Electronics, C

4、omputer) and industrial fieldto to Automotive, medical, electronics, and other new industry rise in recent years，embedded software application covers the electronic industry. At present,the new round of application boom has come. All aspects of the demand for the development of embedded software wil

5、l inject new power.Key Words:Embedded system；Software development；System management；application.一 引言當前人們已經進入“PC”時代，各種嵌入式系統(tǒng)悄然改變人們的生活，從消費電子到工控系統(tǒng)，在到航天航海領域嵌入式軟件無處不在的發(fā)揮這它的優(yōu)勢。嵌入式軟件是嵌入在硬件中的操作系統(tǒng)和開發(fā)工具軟件，它在產業(yè)中的關聯(lián)關系體現為：芯片設計制造嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式電子設備開發(fā)、制造。其由應用圍可分為嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式支撐軟件、嵌入式應用軟件幾大領域。嵌入式軟件是為嵌入式系統(tǒng)服務的，其與外部硬件和設備系統(tǒng)緊密聯(lián)

6、系，具有獨特的適用性，每種嵌入式軟件都有自己獨特的應用環(huán)境和適用價值，嵌入式軟件通?？梢哉J為是一種模塊化軟件，它能非常方便靈活的運用到各種嵌入式系統(tǒng)中，而不能破壞或更改原有的系統(tǒng)特性和功能，小巧、靈活等優(yōu)點使它在行業(yè)方面有很大的使用性。嵌入式軟件廣泛應用于國防、工控、家用、商用、辦公、醫(yī)療等領域，如我們常見的移動、掌上電腦、數碼相機、機頂盒、MP3等都是用嵌入式軟件技術對傳統(tǒng)產品進行智能化改造的結果。這幾年，嵌入式軟件產業(yè)發(fā)展迅猛，已成為軟件體系的重要組成部分。嵌入式系統(tǒng)產品正不斷滲透各個行業(yè)，嵌入式軟件作為包含在這些硬件產品中的特殊軟件形態(tài)，其產業(yè)增幅不斷加大，而且在整個軟件產業(yè)的比重日趨提

7、高。隨著嵌入式系統(tǒng)應用的不斷深入和產業(yè)化程度的不斷提升，新的應用環(huán)境和產業(yè)化需求對嵌入式系統(tǒng)軟件提出了更加嚴格的要求。在新需求的推動下，嵌入式操作系統(tǒng)核不僅需要具有微型化、高實時性等基本特征，還將向高可信性、自適應性、構件組件化方向發(fā)展；支撐開發(fā)環(huán)境將更加集成化、自動化、人性化；系統(tǒng)軟件對無線通信和能源管理的功能支持將日益重要。據調查，2008年全球嵌入式軟件市場規(guī)模達到7000多億美元， 在中國市場規(guī)模達到1000億元，預計到2012年嵌入式軟件市場規(guī)模將突破一萬億美元大關，2008-2012年均復合增長率將達到40%。隨著現代社會人們生活水平的不斷提高，電子產品是市場不斷更新和擴展，電子產

8、品也會在不斷的更新?lián)Q代下產生一系列的變革，與此同時，嵌入式軟件也將在新的電子市場變革下走進世界各地，走進千家萬戶。下面就三點來談論一下嵌入式軟件開發(fā)的基本狀況以與在今后道路山的發(fā)展方向與趨勢。二 嵌入式系統(tǒng)1、 嵌入式系統(tǒng)概論根據IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國一個普

9、遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢，它具有很強的專用性，必須結合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。其基本體系是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領域占有70%以上的市場，就是因為其立足于個人電子消費品，著重發(fā)

10、展圖形界面和多任務管理；而風河的Vxworks之所以在火星車上得以應用，則是因為其高實時性和高可靠性。它必須根據應用需求對軟件進行裁剪，滿足應用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然后在其上開發(fā)出適應各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾K到幾十K微核，需要根據實際的使用進行功能擴展或者裁減，正是由于微核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行2、 嵌入式系統(tǒng)的應用領域嵌入式系統(tǒng)技術具有非常廣闊的應用前景，其應用領域可以包括：1）工業(yè)控制基于嵌入式芯片的工業(yè)自動化設備將獲得長足的發(fā)展，目前已經有大量的8、16、32

11、位嵌入式微控制器在應用中，網絡化是提高生產效率和產品質量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數字機床、電力系統(tǒng)、電網安全、電網設備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產品而言，低端型采用的往往是8位單片機。但是隨著技術的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設備的核心，在未來幾年必將獲得長足的發(fā)展。2）交通管理在車輛導航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務方面，嵌入式系統(tǒng)技術已經獲得了廣泛的應用，嵌GPS模塊，GSM模塊的移動定位終端已經在各種運輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設備已經從尖端產品進入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時隨地找到你的位置。3） 信息家電這將稱為嵌入式系

12、統(tǒng)最大的應用領域，冰箱、空調等的網絡化、智能化將引領人們的生活步入一個嶄新的空間。即使你不在家里，也可以通過線、網絡進行遠程控制。在這些設備中，嵌入式系統(tǒng)將大有用武之地。4）家庭智能管理系統(tǒng)水、電、煤氣表的遠程自動抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實現更高，更準確和更安全的性能。目前在服務領域，如遠程點菜器等已經體現了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢。4） POS網絡與電子商務公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard, CSC)發(fā)行系統(tǒng)，公共卡發(fā)行系統(tǒng)，自動售貨機，各種智能ATM終端將全面走入人們的生活，到時手持一卡就可以行遍天下。5）環(huán)境工程與自

13、然水文資料實時監(jiān)測，防洪體系與水土質量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網，實時氣象信息網，水源和空氣污染監(jiān)測。在很多環(huán)境惡劣，地況復雜的地區(qū)，嵌入式系統(tǒng)將實現無人監(jiān)測。6)機器人嵌入式芯片的發(fā)展將使機器人在微型化，高智能方面優(yōu)勢更加明顯，同時會大幅度降低機器人的價格，使其在工業(yè)領域和服務領域獲得更廣泛的應用。這些應用中，可以著重于在控制方面的應用。就遠程家電控制而言，除了開發(fā)出支持TCP/IP的嵌入式系統(tǒng)之外，家電產品控制協(xié)議也需要制訂和統(tǒng)一，這需要家電生產廠家來做。同樣的道理，所有基于網絡的遠程控制器件都需要與嵌入式系統(tǒng)之間實現接口，然后再由嵌入式系統(tǒng)來控制并通過網絡實現控制。所以，開發(fā)和探討嵌入式

14、系統(tǒng)有著十分重要的意義。3、 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式軟件嵌入式軟件與嵌入式系統(tǒng)是密不可分的，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置”，就是以應用為中心，以計算計技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以與用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。而嵌入式軟件就是基于嵌入式系統(tǒng)設計的軟件，它也是計算機軟件的一種，同樣由程序與其文檔組成，可細分成系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應用軟件三類，是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。三 嵌入式軟件1、嵌入式軟件的

15、概論與應用談到嵌入式軟件的形成，是從計算機發(fā)展的三個階段開始。第一階段始于五十年代的由IBM、Burroughs、Honeywell等公司率先研制的大型機；第二階段始于七十年代的個人計算機；第三階段是目前被稱為“無處不在的計算機”階段。PC時代造就了單一平臺PC機，后PC時代將建立在千變萬化的平臺基礎之上，千變萬化的應用產生千變萬化的計算機，從而要求千變萬化的軟件系統(tǒng)，因此，嵌入式軟件應運而生。嵌入式應用軟件和普通應用軟件有一定的區(qū)別，它不僅要求其準確性、安全性和穩(wěn)定性等方面能夠滿足實際應用的需要，而且還要盡可能地進行優(yōu)化，以減少對系統(tǒng)資源的消耗，降低硬件成本。目前我國市場上已經出現了各式各樣

16、的嵌入式應用軟件，包括瀏覽器、Email軟件、文字處理軟件、通訊軟件、多媒體軟件、個人信息處理軟件、智能人機交互軟件、各種行業(yè)應用軟件等。嵌入式系統(tǒng)中的應用軟件是最活躍的力量，每種應用軟件均有特定的應用背景，盡管規(guī)模較少，但專業(yè)性較強，所以嵌入式應用軟件不象操作系統(tǒng)和支撐軟件那樣受制于國外產品壟斷，是我國嵌入式軟件的優(yōu)勢領域。其在應用時有一下兩大特點：1）嵌入式軟件具有獨特的實用性。嵌入式軟件是為嵌入式系統(tǒng)服務的，這就要求它與外部硬件和設備聯(lián)系緊密。嵌入式軟件是應用系統(tǒng)，根據應用需求定向開發(fā)，面向產業(yè)、面向市場，需要特定的行業(yè)經驗。每種嵌入式軟件都有自己獨特的應用環(huán)境和實用價值。2） 嵌入式軟

17、件應有靈活的適用性。嵌入式軟件通?？梢哉J為是一種模塊化軟件，它應該能非常方便靈活的運用到各種嵌入式系統(tǒng)中，而不能破壞或更改原有的系統(tǒng)特性和功能。首先它要小巧，不能占用大量資源；其次要使用靈活，應盡量優(yōu)化配置，減小對系統(tǒng)的整體繼承性，升級更換靈活方便。 正是由于這些優(yōu)點使嵌入式在市場應用上占據了很大一部分的份額，具體伴隨著嵌入式系統(tǒng)的應用程度嵌入式軟件也在國防、工控、家用、商用、辦公、醫(yī)療等領域占據極大的市場。2、 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基本流程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，通過網絡下載相應的GCC交叉編譯器進行安裝(比如，arm-1inux-gc

18、c、arm-uclibc-gcc)，或者安裝產品廠家提供的相關交叉編譯器；2）配置開發(fā)主機，配置MINICOM，一般的參數為波特率115200 Baud/s，數據位8位，停止位為1，9，無奇偶校驗，軟件硬件流控設為無。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。配置網絡主要是配置NFS網絡文件系統(tǒng)，需要關閉防火墻，簡化嵌入式網絡調試環(huán)境設置過程。3）建立引導裝載程序BOOTLOADER，從網絡上下載一些公開源代碼的BOOTLOADER，如UBOOT、BLOB、VIVI、LILO、ARM-BOOT、RED-BOOT

19、等，根據具體芯片進行移植修改。有些芯片沒有置引導裝載程序，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，可以在網上下載相應的燒寫程序，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，就需要根據自己的具體電路進行源代碼修改。這是讓系統(tǒng)可以正常運行的第一步。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，但對于需要迅速開發(fā)自己的應用的人來說可以極大提高開發(fā)速度。4）下載已經移植好的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Lin

20、ux操作系統(tǒng)那是再好不過，下載后再添加特定硬件的驅動程序，然后進行調試修改，對于帶MMU的CPU可以使用模塊方式調試驅動，而對于MCLiunx這樣的系統(tǒng)只能編譯核進行調試。5）建立根文件系統(tǒng)，可以下載使用BUSYBOX軟件進行功能裁減，產生一個最基本的根文件系統(tǒng)，再根據自己的應用需要添加其他的程序。由于默認的啟動腳本一般都不會符合應用的需要，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

21、式系統(tǒng)中一般設為只讀，需要使用mkcramfs genromfs等工具產生燒寫映像文件。6）建立應用程序的FLASH磁盤分區(qū)，一般使用JFFS2或YAFFS文件系統(tǒng)，這需要在核中提供這些文件系統(tǒng)的驅動，有的系統(tǒng)使用一個線性FLASH(NOR型)512KB32MB，有的系統(tǒng)使用非線性FLASH(NAND型)8MB512MB，有的兩個同時使用，需要根據應用規(guī)劃FLASH的分區(qū)方案。7）開發(fā)應用程序，可以放入根文件系統(tǒng)中，也可以放入YAFFS、JFFS2文件系統(tǒng)中，有的應用不使用根文件系統(tǒng)，直接將應用程序和核設計在一起，這有點類似于C/OS-II的方式。8）燒寫核、根文件系統(tǒng)和應用程序，發(fā)布產品。3

22、、 嵌入式軟件開發(fā)前景隨著手持設備、POS（銷售點終端）、網絡和安全裝置的流行，更多的應用要時地收集、存儲和處理數據，而使用精簡代碼編寫的運行速度快、存占用小的嵌入式數據庫，應運而生。嵌入式數據庫系統(tǒng)能和嵌入式操作系統(tǒng)有機地結合在一起，為應用開發(fā)人員提供有效的本地數據管理手段，同時提供各種定制條件和方法。嵌入式移動數據庫將隨著各種移動設備、智能計算設備、嵌入式設備的發(fā)展而迅速發(fā)展。隨著設備上的嵌入式應用對數據管理的要求不斷提高，嵌入式數據庫技術的地位也日顯重要，它將在在各個應用領域中，扮演越來越重要的角色。目前，各大數據庫廠商在嵌入式數據庫領域的競爭，日趨激烈，Oracle、IBM、Sybas

23、e、微軟等，均在這一領域有所行動。特別是Oracle，2005年并購全球最大的存數據庫廠商TimesTen之后，2006年又收購了全球下載用戶最多的嵌入式數據庫廠商Sleepycat與其BerkeleyDB產品，進一步豐富了其嵌入式軟件的產品線。 DSO(設備軟件優(yōu)化)是一套幫助嵌入式系統(tǒng)廠商，使其產品中的嵌入式軟件開發(fā)活動更加快速、可靠的五金|工具和方法，同時還可以讓這些軟件的開發(fā)成本大幅度降低，并且通過提高軟件的可靠性，降低產品的維護成本。 與傳統(tǒng)的嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境與工具不同，DSO提供了更加完整的解決方案。傳統(tǒng)的嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境，一般都是針對某個產品的開發(fā)，DSO則完全不同，它是在整

24、個電子制造企業(yè)和產品生命周期這兩個更大的疇，對設備軟件的開發(fā)、部署和維護進行規(guī)劃，充分考慮到產品生命周期各個階段的需求，實現了更大跨度的最優(yōu)化。DSO是對傳統(tǒng)工具的全面升級，其中不僅包括操作系統(tǒng)和集成化的開發(fā)平臺，而且包括產品生命周期中，各個階段所需的開發(fā)和維護工具，以與相應的技術支持與服務。以網絡互聯(lián)、高度智能化和安全可靠為特征的新一代設備軟件優(yōu)化，已經在嵌入式系統(tǒng)與軟件產業(yè)中，發(fā)揮了明顯的作用，成為了一個獨立的市場。嵌入式系統(tǒng)應用的不斷深入和產業(yè)化程度的不斷提升，新的應用環(huán)境和產業(yè)化需求對嵌入式系統(tǒng)軟件提出了更加嚴格的要求。在新需求的推動下，嵌入式操作系統(tǒng)核不僅需要具有微型化、高實時性等基本特征，還將向高可信性、自適應性、構建組件化方向發(fā)展；支撐開發(fā)環(huán)境將更加集成化、自動化、人性化；系統(tǒng)軟件對無線通信和能源管理的功能支持將日益重要。行業(yè)性開放系