嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用Chapter3嵌入式軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)課件

1、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用第三章嵌入式軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)第三章嵌入式軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)主要內(nèi)容嵌入式軟件系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)工具主要內(nèi)容嵌入式軟件系統(tǒng)概述第一節(jié)嵌入式軟件系統(tǒng)概述軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)的分類嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)嵌入式軟件運(yùn)行流程第一節(jié)嵌入式軟件系統(tǒng)概述軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件(software)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件(hardware)相互依存的另一部分，它包括程序(program)、相關(guān)數(shù)據(jù)(data)及其說明文檔(document)。 其中：程序是按照事先設(shè)計(jì)的功能和性能要求執(zhí)行的指令序列；數(shù)據(jù)是程序能正常操縱信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文檔是與程序開發(fā)維護(hù)和使用有關(guān)的各種圖文

2、資料。軟件系統(tǒng)軟件(software)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與硬件(har軟件系統(tǒng)軟件是一種邏輯實(shí)體，具有抽象性。 這個(gè)特點(diǎn)使它與其它工程對(duì)象有著明顯的差異。人們可以把它記錄在紙上、內(nèi)存、和磁盤、光盤上，但卻無法看到軟件本身的形態(tài)，必須通過觀察、分析、思考、判斷，才能了解它的功能、性能等特性。 軟件產(chǎn)品的特性軟件沒有明顯的制造過程。 一旦研制開發(fā)成功，就可以大量拷貝同一內(nèi)容的副本。所以對(duì)軟件的質(zhì)量控制，必須著重在軟件開發(fā)方面下工夫。 軟件在使用過程中，沒有磨損、老化的問題。 軟件在生存周期后期不會(huì)因?yàn)槟p而老化，但會(huì)為了適應(yīng)硬件、環(huán)境以及需求的變化而進(jìn)行修改，而這些修改有不可避免的引入錯(cuò)誤，導(dǎo)致軟件失

3、效率升高，從而使的軟件退化。當(dāng)修改的成本變得難以接受時(shí)，軟件就被拋棄。軟件對(duì)硬件和環(huán)境有著不同程度的依賴性。這導(dǎo)致了軟件移植的問題。軟件的開發(fā)至今尚未完全擺脫手工作坊式的開發(fā)方式，生產(chǎn)效率低。軟件是復(fù)雜的，而且以后會(huì)更加復(fù)雜。 軟件是人類有史以來生產(chǎn)的復(fù)雜度最高的工業(yè)產(chǎn)品。軟件涉及人類社會(huì)的各行各業(yè)、方方面面，軟件開發(fā)常常涉及其它領(lǐng)域的專門知識(shí)，這對(duì)軟件工程師提出了很高的要求。 軟件的成本相當(dāng)昂貴。 軟件開發(fā)需要投入大量、高強(qiáng)度的腦力勞動(dòng)，成本非常高，風(fēng)險(xiǎn)也大?，F(xiàn)在軟件的開銷已大大超過了硬件的開銷。 軟件工作牽涉到很多社會(huì)因素。許多軟件的開發(fā)和運(yùn)行涉及機(jī)構(gòu)、體制和管理方式等問題，還會(huì)涉及到人們

4、的觀念和心理。這些人的因素，常常成為軟件開發(fā)的困難所在，直接影響到項(xiàng)目的成敗。 軟件系統(tǒng)軟件是一種邏輯實(shí)體，具有抽象性。軟件產(chǎn)品的特性軟件沒嵌入式軟件系統(tǒng)的分類嵌入式軟件系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件控制、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式中間件（CORBA、 Java）等等輔助軟件開發(fā)的工具系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)工具仿真開發(fā)工具交叉開發(fā)工具測(cè)試工具配置管理工具維護(hù)工具等面向應(yīng)用領(lǐng)域手機(jī)軟件路由器軟件交換機(jī)軟件飛控軟件等嵌入式軟件系統(tǒng)的分類嵌入式軟件系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件控制、嵌入式軟件系統(tǒng)的分類從運(yùn)行平臺(tái)來分，嵌入式軟件可以分為運(yùn)行在開發(fā)平臺(tái)上的軟件：設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試工具等。運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上的軟件

5、：嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序及部分開發(fā)工具。嵌入式軟件系統(tǒng)的分類從運(yùn)行平臺(tái)來分，嵌入式軟件可以分為嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)硬件應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)層操作系統(tǒng)層中間件層板級(jí)初始化FLASH驅(qū)動(dòng)RTC/定時(shí)器驅(qū)動(dòng)串口 驅(qū)動(dòng)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)LCD 驅(qū)動(dòng)鍵盤驅(qū)動(dòng)其他驅(qū)動(dòng)內(nèi)核TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)文件系統(tǒng)嵌入式GUI電源管理嵌入式CORBA嵌入式JAVA嵌入式DCOM面向應(yīng)用領(lǐng)域的中間件應(yīng)用任務(wù)1應(yīng)用任務(wù)2應(yīng)用任務(wù)n嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)硬件應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)層操作系統(tǒng)層中間件層板嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)層 驅(qū)動(dòng)層是直接與硬件打交道的一層，它對(duì)操作系統(tǒng)和應(yīng)用提供所需的驅(qū)動(dòng)的支持。該層主要包括三種類型的程序。板級(jí)初始

6、化程序 這些程序在嵌入式系統(tǒng)上電后初始化系統(tǒng)的硬件環(huán)境，包括嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、中斷控制器、DMA、定時(shí)器等的初始化。 與系統(tǒng)軟件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)這類驅(qū)動(dòng)是操作系統(tǒng)和中間件等系統(tǒng)軟件所需的驅(qū)動(dòng)程序，它們的開發(fā)要按照系統(tǒng)軟件的要求進(jìn)行。目前操作系統(tǒng)內(nèi)核所需的硬件支持一般都已集成在嵌入式微處理器中了，因此操作系統(tǒng)廠商提供的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)一般不用修改。與應(yīng)用軟件相關(guān)的驅(qū)動(dòng) 與應(yīng)用軟件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)不一定需要與操作系統(tǒng)連接，這些驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)由應(yīng)用決定。嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)層板級(jí)初始化程序與系統(tǒng)軟件相關(guān)的嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層包括嵌入式內(nèi)核、嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、嵌入式文件系

7、統(tǒng)、嵌入式GUI系統(tǒng)和電源管理等部分。其中嵌入式內(nèi)核是基礎(chǔ)和必備的部分，其他部分要根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的需要來確定。嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)層嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)中間件層 目前在一些復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中也開始采用中間件技術(shù)，主要包括嵌入式CORBA、嵌入式Java、嵌入式DCOM和面向應(yīng)用領(lǐng)域的中間件軟件。如基于嵌入式CORBA的應(yīng)用于軟件無線電臺(tái)的應(yīng)用中間件SCA（Software Core Architecture）等。嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)中間件層 嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層 應(yīng)用層軟件主要由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用任務(wù)組成每個(gè)應(yīng)用任務(wù)完成特定的工作，如I/O任務(wù)、計(jì)算的任務(wù)、通信任

8、務(wù)等，由操作系統(tǒng)調(diào)度各個(gè)任務(wù)的運(yùn)行。 嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層 嵌入式軟件運(yùn)行流程上電復(fù)位系統(tǒng)升級(jí)引導(dǎo)/升級(jí)系統(tǒng)系統(tǒng)初始化應(yīng)用初始化多任務(wù)應(yīng)用板級(jí)初始化遠(yuǎn)程升級(jí)本地升級(jí)基于多任務(wù)操作系統(tǒng)的嵌入式軟件的主要運(yùn)行流程該運(yùn)行流程主要分為5個(gè)階段嵌入式軟件運(yùn)行流程上電復(fù)位系統(tǒng)升級(jí)引導(dǎo)/升級(jí)系統(tǒng)系統(tǒng)初始化應(yīng)嵌入式軟件運(yùn)行流程上電復(fù)位、板級(jí)初始化階段嵌入式系統(tǒng)上電復(fù)位后完成板級(jí)初始化工作。板級(jí)初始化程序具有完全的硬件特性，一般采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。不同的嵌入式系統(tǒng)，板級(jí)初始化時(shí)要完成的工作具有一定的特殊性，但以下工作一般是必須完成的：CPU中堆棧指針寄存器的初始化。BSS段（Block Storage

9、Space表示未被初始化的數(shù)據(jù)）的初始化。CPU芯片級(jí)的初始化：中斷控制器、內(nèi)存等的初始化。返回嵌入式軟件運(yùn)行流程上電復(fù)位、板級(jí)初始化階段返回嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)引導(dǎo)/升級(jí)階段根據(jù)需要分別進(jìn)入系統(tǒng)軟件引導(dǎo)階段或系統(tǒng)升級(jí)階段。軟件可通過測(cè)試通信端口數(shù)據(jù)或判斷特定開關(guān)的方式分別進(jìn)入不同階段。 嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)引導(dǎo)/升級(jí)階段嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)引導(dǎo)階段系統(tǒng)引導(dǎo)有幾種情況：將系統(tǒng)軟件從NOR Flash中讀取出來加載到RAM中運(yùn)行：這種方式可以解決成本及Flash速度比RAM慢的問題。軟件可壓縮存儲(chǔ)在Flash中。不需將軟件引導(dǎo)到RAM中而是讓其直接在NorFlash上運(yùn)行，進(jìn)入系統(tǒng)初始化階

10、段。將軟件從外存（如NandFlash、CF卡、MMC等）中讀取出來加載到RAM中運(yùn)行：這種方式的成本更低。嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)引導(dǎo)階段嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)升級(jí)階段進(jìn)入系統(tǒng)升級(jí)階段后系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)或通過串口進(jìn)行本地升級(jí)。遠(yuǎn)程升級(jí)一般支持TFTP、FTP、HTTP等方式。本地升級(jí)可通過Console口使用超級(jí)終端或特定的升級(jí)軟件進(jìn)行。返回嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)升級(jí)階段返回嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)初始化階段 在該階段進(jìn)行操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件各功能部分必需的初始化工作，如根據(jù)系統(tǒng)配置初始化數(shù)據(jù)空間、初始化系統(tǒng)所需的接口和外設(shè)等。系統(tǒng)初始化階段需要按特定順序進(jìn)行，如首先完成內(nèi)核的初始化，然

11、后完成網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)等的初始化，最后完成中間件等的初始化工作。 返回嵌入式軟件運(yùn)行流程系統(tǒng)初始化階段 返回嵌入式軟件運(yùn)行流程應(yīng)用初始化階段在該階段進(jìn)行應(yīng)用任務(wù)的創(chuàng)建，信號(hào)量、消息隊(duì)列的創(chuàng)建和與應(yīng)用相關(guān)的其它初始化工作。多任務(wù)應(yīng)用運(yùn)行階段各種初始化工作完成后，系統(tǒng)進(jìn)入多任務(wù)狀態(tài)，操作系統(tǒng)按照已確定的算法進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度，各應(yīng)用任務(wù)分別完成特定的功能。 嵌入式軟件運(yùn)行流程應(yīng)用初始化階段第二節(jié)嵌入式操作系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)的演變嵌入式操作系統(tǒng)分類嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)的組成第二節(jié)嵌入式操作系統(tǒng)概述概述嵌入式操作系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，它具有一般操作系統(tǒng)的功能，同時(shí)具有

12、嵌入式軟件的特點(diǎn)，主要有：可固化 可配置、可剪裁 獨(dú)立的板級(jí)支持包，可修改 不同的CPU有不同的版本 應(yīng)用的開發(fā)需要有集成的交叉開發(fā)工具概述嵌入式操作系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，它概述近十年來，嵌入式操作系統(tǒng)得到飛速的發(fā)展從支持8位微處理器到16位、32位甚至64位微處理器；從支持單一品種的微處理器芯片到支持多品種微處理器芯片；從只有內(nèi)核到除了內(nèi)核外還提供其他功能模塊，如文件系統(tǒng)，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，窗口圖形系統(tǒng)等。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，目前嵌入式操作系統(tǒng)的市場(chǎng)在不斷細(xì)分，出現(xiàn)了針對(duì)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品按領(lǐng)域的要求和標(biāo)準(zhǔn)提供特定的功能。概述近十年來，嵌入式操作系統(tǒng)得

13、到飛速的發(fā)展嵌入式操作系統(tǒng)的演變*Percent of total software supplied by RTOS vendor in a typical embedded device10%*Kernel30%*KernelNetworkingFile System75%*KernelNetworkingFile SystemMultiprocessingMemory ManagementNetworking UtilityWindows APIApplicationApplicationApplicationApplication90%*KernelNetworkingFile Sys

14、temMultiprocessingFault ToleranceDistributed ObjectsAdvanced NetworkingAdvanced InterconnectJavaBrowser / GUI嵌入式操作系統(tǒng)的演變*Percent of total so嵌入式操作系統(tǒng)的演變?cè)谇度胧较到y(tǒng)的發(fā)展過程中，從操作系統(tǒng)的角度來看，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：無操作系統(tǒng)階段簡單操作系統(tǒng)階段實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段面向Internet的階段嵌入式操作系統(tǒng)的演變?cè)谇度胧较到y(tǒng)的發(fā)展過程中，從操作系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)的演變無操作系統(tǒng)階段嵌入式系統(tǒng)最初的應(yīng)用是基于單片機(jī)的，大多以可編程控制器的形式出現(xiàn)，

15、具有監(jiān)測(cè)、伺服、設(shè)備指示等功能，通常應(yīng)用于各類工業(yè)控制和飛機(jī)、導(dǎo)彈等武器裝備中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，只能通過匯編語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制，運(yùn)行結(jié)束后再清除內(nèi)存。這些裝置雖然已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點(diǎn)，但僅僅只是使用8位的CPU芯片來執(zhí)行一些單線程的程序，因此嚴(yán)格地說還談不上系統(tǒng)的概念。這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小，幾乎沒有用戶接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價(jià)格低廉，因而曾經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，但卻無法滿足現(xiàn)今對(duì)執(zhí)行效率、存儲(chǔ)容量都有較高要求的信息家電等場(chǎng)合的需要。嵌入式操作系統(tǒng)的演變無操作系統(tǒng)階段嵌入式操作系統(tǒng)的

16、演變簡單操作系統(tǒng)階段20世紀(jì)80年代，隨著微電子工藝水平的提高，IC制造商開始把嵌入式應(yīng)用中所需要的微處理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一片VLSI中，制造出面向I/O設(shè)計(jì)的微控制器，并一舉成為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中異軍突起的新秀。與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)的程序員也開始基于一些簡單的操作系統(tǒng)開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件，大大縮短了開發(fā)周期、提高了開發(fā)效率。這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：出現(xiàn)了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等），各種簡單的嵌入式操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)并得到迅速發(fā)展。此時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)雖然還比較簡單，但已經(jīng)初步具有了一定的兼容性和擴(kuò)展性，內(nèi)核精巧且效率高

17、，主要用來控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運(yùn)行。嵌入式操作系統(tǒng)的演變簡單操作系統(tǒng)階段嵌入式操作系統(tǒng)的演變實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段20世紀(jì)90年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)進(jìn)一步飛速發(fā)展，而面向?qū)崟r(shí)信號(hào)處理算法的DSP產(chǎn)品則向著高速度、高精度、低功耗的方向發(fā)展。隨著硬件實(shí)時(shí)性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷擴(kuò)大，逐漸形成了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并開始成為嵌入式系統(tǒng)的主流。這一階段嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到了很大改善，已經(jīng)能夠運(yùn)行在各種不同類型的微處理器上，具有高度的模塊化和擴(kuò)展性。此時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)具備了文件和目錄管理

18、、設(shè)備管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、圖形用戶界面（GUI）等功能，并提供了大量的應(yīng)用程序接口（API），從而使得應(yīng)用軟件的開發(fā)變得更加簡單。嵌入式操作系統(tǒng)的演變實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段嵌入式操作系統(tǒng)的演變面向Internet的階段21世紀(jì)無疑將是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用到各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中去的呼聲自然也越來越高。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，隨著Internet的進(jìn)一步發(fā)展，以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等的結(jié)合日益緊密，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合才是嵌入式技術(shù)的真正未來。信息時(shí)代和數(shù)字時(shí)代的到來，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)嵌入式系統(tǒng)廠商提出了

19、新的挑戰(zhàn)。嵌入式操作系統(tǒng)的演變面向Internet的階段嵌入式操作系統(tǒng)的演變目前，嵌入式技術(shù)與Internet技術(shù)的結(jié)合正在推動(dòng)著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的研究和應(yīng)用產(chǎn)生了如下新的顯著變化：新的微處理器層出不窮，嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加便于移植，能夠在短時(shí)間內(nèi)支持更多的微處理器。 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)成了一項(xiàng)系統(tǒng)工程，開發(fā)廠商不僅要提供嵌入式操作系統(tǒng)本身，同時(shí)還要提供強(qiáng)大的軟件開發(fā)支持包。 通用計(jì)算機(jī)上使用的新技術(shù)、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中，如嵌入式數(shù)據(jù)庫、移動(dòng)代理、實(shí)時(shí)CORBA、Java等，嵌入式軟件平臺(tái)得到進(jìn)一步完善。 嵌入式操作系統(tǒng)的演變目前，嵌入式技術(shù)與Inter

20、net技術(shù)嵌入式操作系統(tǒng)的演變各類嵌入式Linux操作系統(tǒng)迅速發(fā)展，由于具有源代碼開放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點(diǎn)，很適合信息家電等嵌入式系統(tǒng)的需要，目前已經(jīng)形成了能與Windows CE、Symbian等嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行有力競(jìng)爭的局面。 網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著Internet技術(shù)的成熟和帶寬的提高而日益突出，以往功能單一的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢(shì)。 精簡系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低功耗和軟硬件成本。 提供更加友好的多媒體人機(jī)交互界面。嵌入式操作系統(tǒng)的演變各類嵌入式Linux操作系統(tǒng)迅速發(fā)展，由嵌入式操作系統(tǒng)分類從

21、應(yīng)用領(lǐng)域來分面向信息家電的嵌入式操作系統(tǒng)面向智能手機(jī)的嵌入式操作系統(tǒng)，如SymbianOS、MS Mobile OS、PalmOS、Embedded Linux等面向汽車電子的嵌入式操作系統(tǒng) 面向工業(yè)控制的嵌入式操作系統(tǒng) .從實(shí)時(shí)性的角度來分嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：具有強(qiáng)實(shí)時(shí)特點(diǎn)，如VxWorks、QNX、Nuclear、OSE、DeltaOS、各種ITRON OS等。非實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)：一般只具有弱實(shí)時(shí)特點(diǎn)，如WinCE、版本眾多的嵌入式Linux、PalmOS等。從嵌入式系統(tǒng)的商業(yè)模式來分類商用型：功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，開發(fā)費(fèi)用+版稅。開源型：開放源碼，只收服務(wù)費(fèi)，沒有

22、版稅。 如Embedded linux，RTEMS，eCOS。嵌入式操作系統(tǒng)分類從應(yīng)用領(lǐng)域來分從實(shí)時(shí)性的角度來分從嵌入式系嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它定義了硬件與軟件的界限、內(nèi)核與操作系統(tǒng)其它組件（文件、網(wǎng)絡(luò)、GUI等）的組織關(guān)系、系統(tǒng)與應(yīng)用的接口。體系結(jié)構(gòu)是確保系統(tǒng)的性能、可靠性、靈活性、可移植性、可擴(kuò)展性的關(guān)鍵，就好比房子的梁架，只有梁架搭牢固了才提得上房子的質(zhì)量，再做一些錦上添花的工作才有意義。目前操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為：單塊結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)器（微內(nèi)核）結(jié)構(gòu)。嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它定義了硬件嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬 件系統(tǒng)服務(wù)

23、用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用程序應(yīng)用程序單塊結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬 件系統(tǒng)服務(wù)用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用程序應(yīng)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬件基本進(jìn)程管理虛存管理I/O和設(shè)備管理進(jìn)程間通信文件系統(tǒng)用戶用戶模式內(nèi)核模式層次結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬件基本進(jìn)程管理虛存管理I/O和設(shè)備管嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬 件進(jìn)程服務(wù)用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用程序客戶內(nèi)存服務(wù)微內(nèi)核文件服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)顯示服務(wù)發(fā)送應(yīng)答客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（微內(nèi)核結(jié)構(gòu)）嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬 件進(jìn)程服務(wù)用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用程序客嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)提供一致的接口可擴(kuò)展性：擴(kuò)展對(duì)新的軟件/硬件支持靈活性：可伸縮可移植性分布式系統(tǒng)支持適用于面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)

24、環(huán)境性能問題：通過微內(nèi)核構(gòu)造和發(fā)送信息、接受應(yīng)答并解碼所花費(fèi)的時(shí)間比進(jìn)行一次系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)間多很大程度取決于微內(nèi)核的大小和功能嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)目前嵌入式操作系統(tǒng)主要采用分層和模塊化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)或微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。分層和模塊化結(jié)合的結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)分為硬件無關(guān)層、硬件抽象層和硬件相關(guān)層，每層再劃分功能模塊。這樣移植工作便集中在硬件相關(guān)層，與其余兩層無關(guān)，功能的伸縮則集中在模塊上，從而確保其具有良好的可移植性和可伸縮性。而采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，則可利用其可伸縮的特點(diǎn)適應(yīng)硬件的發(fā)展，便于擴(kuò)展。 嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)目前嵌入式操作系統(tǒng)主要采用分層和模塊化嵌入式操作系統(tǒng)體系

25、結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序任務(wù)管理硬 件用戶擴(kuò)展處理調(diào)度管理硬件抽象層應(yīng)用編程接口內(nèi)存管理中斷管理時(shí)鐘/定時(shí)器管理I/O管理出錯(cuò)處理同步、通信管理（消息隊(duì)列，信號(hào)量，事件，異步信號(hào))）DeltaCORE的體系結(jié)構(gòu)：層次模塊結(jié)構(gòu)分層次模塊化嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序任務(wù)管理硬 件用戶擴(kuò)展處理調(diào)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)用戶模式應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)管理器圖形管理器設(shè)備管理器文件系統(tǒng)管理器網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)圖形驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)硬件內(nèi)核模式 內(nèi)核（微內(nèi)核）QNX4.25的體系結(jié)構(gòu)：客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)用戶模式應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)管理器圖形管理嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式內(nèi)核嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)嵌入式文件系統(tǒng)嵌

26、入式操作系統(tǒng)的組成嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式內(nèi)核嵌入式TCP/IP嵌入式文件系統(tǒng)嵌入嵌入式內(nèi)核內(nèi)核是嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是必備的部分。內(nèi)核還提供特定的應(yīng)用編程接口，但目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 任務(wù)管理內(nèi)存管理通信同步與互斥機(jī)制中斷管理時(shí)間管理任務(wù)擴(kuò)展返回嵌入式內(nèi)核內(nèi)核是嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是必備的部分。任務(wù)管嵌入式內(nèi)核任務(wù)管理內(nèi)核的核心部分，具有任務(wù)調(diào)度、創(chuàng)建任務(wù)、刪除任務(wù)、掛起任務(wù)、解掛任務(wù)、設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)等功能。 通用計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)追求的是最大的吞吐率，為了達(dá)到最佳整體性能，其調(diào)度原則是公平，采用Round-Robin或可變優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，調(diào)度時(shí)機(jī)主要以時(shí)間片為主驅(qū)動(dòng)。而嵌入式操作系統(tǒng)多采

27、用基于靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的可搶占的調(diào)度，任務(wù)優(yōu)先級(jí)是在運(yùn)行前通過某種策略靜態(tài)分配好的，一旦有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)就緒就馬上進(jìn)行調(diào)度。返回嵌入式內(nèi)核任務(wù)管理返回嵌入式內(nèi)核內(nèi)存管理嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理比較簡單。通常不采用虛擬存儲(chǔ)管理，而采用靜態(tài)內(nèi)存分配和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配（固定大小內(nèi)存分配和可變大小內(nèi)存分配）相結(jié)合的管理方式。有些內(nèi)核利用MMU機(jī)制提供內(nèi)存保護(hù)功能。通用操作系統(tǒng)廣泛使用了虛擬內(nèi)存的技術(shù)，為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大的虛存管理機(jī)制。返回嵌入式內(nèi)核內(nèi)存管理返回嵌入式內(nèi)核通信、同步和互斥機(jī)制這些機(jī)制提供任務(wù)間、任務(wù)與中斷處理程序間的通信、同步和互斥功能。一般包括信號(hào)量、消息、事件、管道、異步信號(hào)和共享內(nèi)存等

28、功能。與通用操作系統(tǒng)不同的是，嵌入式操作系統(tǒng)需要解決在這些機(jī)制的使用中出現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問題。返回嵌入式內(nèi)核通信、同步和互斥機(jī)制返回嵌入式內(nèi)核中斷管理，一般具有以下功能：安裝中斷服務(wù)程序中斷發(fā)生時(shí)，對(duì)中斷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行保存，并且轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)程序上執(zhí)行中斷退出前，對(duì)中斷現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行恢復(fù)中斷棧切換中斷退出時(shí)的任務(wù)調(diào)度 返回嵌入式內(nèi)核中斷管理，一般具有以下功能：返回嵌入式內(nèi)核時(shí)間管理提供高精度、應(yīng)用可設(shè)置的系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘是嵌入式系統(tǒng)的時(shí)基，可設(shè)置為十毫秒以下。提供日歷時(shí)間，負(fù)責(zé)與時(shí)間相關(guān)的任務(wù)管理工作如任務(wù)對(duì)資源有限等待的計(jì)時(shí)、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等，提供軟定時(shí)器的管理功能等。通用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘的精度由操作系

29、統(tǒng)確定，應(yīng)用不可調(diào)，且一般是幾十個(gè)毫秒。返回嵌入式內(nèi)核時(shí)間管理返回嵌入式內(nèi)核任務(wù)擴(kuò)展功能任務(wù)擴(kuò)展功能就是在內(nèi)核中設(shè)置一些Hook的調(diào)用點(diǎn)，在這些調(diào)用點(diǎn)上內(nèi)核調(diào)用應(yīng)用設(shè)置的、應(yīng)用自己編寫的擴(kuò)展處理程序，以擴(kuò)展內(nèi)核的有關(guān)功能。Hook調(diào)用點(diǎn)有任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)切換、任務(wù)刪除、出錯(cuò)處理等。返回嵌入式內(nèi)核任務(wù)擴(kuò)展功能返回嵌入式TCP/IPTCP/IP協(xié)議已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供符合TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧，提供Socket編程接口。Socket 接 口 UDP協(xié)議 TCP協(xié)議 IP 協(xié)議 ICMP/IGMP協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)接口層 ARP/PPP協(xié)議 以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng) 異步串口驅(qū)動(dòng)

30、物 理 設(shè) 備應(yīng)用程序/應(yīng)用協(xié)議嵌入式TCP/IPTCP/IP協(xié)議已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)嵌入式TCP/IP嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：可剪裁： 能根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的功能的要求選擇所需的協(xié)議，對(duì)完整的TCP/IP協(xié)議簇進(jìn)行剪裁，以滿足用戶的需要。采用“零拷貝”（Zero Copy）技術(shù)，提高實(shí)時(shí)性 所謂“零拷貝”技術(shù)，是指TCP/IP協(xié)議棧沒有用于各層間數(shù)據(jù)傳遞的緩沖區(qū)，協(xié)議棧各層間傳遞的都是數(shù)據(jù)指針，只有當(dāng)數(shù)據(jù)最終要被驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送出去或是被應(yīng)用程序取走時(shí)，才進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)搬移。 嵌入式TCP/IP嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：嵌入式TCP/IP采用靜態(tài)分配技術(shù) 在網(wǎng)

31、絡(luò)初始化時(shí)就靜態(tài)分配通信緩沖區(qū)，設(shè)置了專門的發(fā)送和接收緩沖（其大小一般小于或等于物理網(wǎng)絡(luò)上的MTU值），從而確保了每次發(fā)送或接收時(shí)處理的數(shù)據(jù)不會(huì)超過MTU值，也就避免了數(shù)據(jù)處理任務(wù)的阻塞等待。 返回嵌入式TCP/IP采用靜態(tài)分配技術(shù)返回嵌入式文件系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)通常具有以下功能：提供用戶對(duì)文件操作的命令提供用戶共享文件的機(jī)制管理文件的存儲(chǔ)介質(zhì)提供文件的存取控制機(jī)制，保障文件及文件系統(tǒng)的安全性提供文件及文件系統(tǒng)的備份和恢復(fù)功能提供對(duì)文件的加密和解密功能嵌入式文件系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)通常具有以下功能：嵌入式文件系統(tǒng)嵌入式文件系統(tǒng)相比之下較為簡單，主要具有文件的存儲(chǔ)、檢索、更新等功能

32、，一般不提供保護(hù)和加密等安全機(jī)制。它以系統(tǒng)調(diào)用和命令方式提供對(duì)文件的各種操作，主要有：設(shè)置和修改對(duì)文件和目錄的存取權(quán)限 提供建立、修改、改變、刪除目錄等服務(wù)提供創(chuàng)建、打開、讀、寫、關(guān)閉、撤消文件等服務(wù) 嵌入式文件系統(tǒng)嵌入式文件系統(tǒng)相比之下較為簡單，主要具有文件的第三節(jié)嵌入式軟件開發(fā)工具嵌入式軟件開發(fā)工具分類嵌入式軟件的交叉開發(fā)環(huán)境嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)階段的開發(fā)過程嵌入式軟件開發(fā)工具的發(fā)展趨勢(shì)第三節(jié)嵌入式軟件開發(fā)工具嵌入式軟件開發(fā)工具分類嵌入式軟件開發(fā)工具的分類嵌入式軟件開發(fā)階段 需求分析（Requirement Analysis）設(shè)計(jì)（Software Design）編碼（Coding）測(cè)試（Tes

33、t）發(fā)布、維護(hù)（Release）嵌入式軟件開發(fā)工具的分類嵌入式軟件開發(fā)階段 需求分析（Req嵌入式軟件開發(fā)工具的分類根據(jù)不同的階段，嵌入式軟件開發(fā)工具可以分為：需求分析工具（Requirement Analysis Tools）軟件設(shè)計(jì)工具(Software Design Tools)編碼、調(diào)試工具(Coding Tools)測(cè)試工具(Testing Tools)配置管理工具、維護(hù)工具等嵌入式軟件開發(fā)工具的分類根據(jù)不同的階段，嵌入式軟件開發(fā)工具可主要嵌入式軟件開發(fā)工具產(chǎn)品RequirementAnalysisSoftwareDesignCodingTestReleasePhasesTAUObj

34、ectGeodeRational Rose RealTimeRhapsodyTornadopRISM+SpectraWin CE PlatformBuilderCodeWarriorXray DebuggerLogiscopeCodeTESTLambdaTOOL主要嵌入式軟件開發(fā)工具產(chǎn)品RequirementSoftwa嵌入式軟件開發(fā)工具的分類嵌入式軟件的開發(fā)可以分為以下幾種 ：編寫簡單的板級(jí)測(cè)試軟件，主要是輔助硬件的調(diào)試 開發(fā)基本的驅(qū)動(dòng)程序 開發(fā)特定嵌入式操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序（板級(jí)支持包） 開發(fā)嵌入式系統(tǒng)軟件，如：嵌入式操作系統(tǒng)等 開發(fā)應(yīng)用軟件嵌入式軟件開發(fā)工具的分類嵌入式軟件的開發(fā)可以分為以

35、下幾種 ：嵌入式軟件開發(fā)工具的分類從以上嵌入式軟件開發(fā)分類來看，嵌入式軟件開發(fā)工具可以分為：與嵌入式OS相關(guān)的開發(fā)工具，用于開發(fā)：基于嵌入式OS的應(yīng)用部分驅(qū)動(dòng)程序等與嵌入式OS無關(guān)的開發(fā)工具，用于開發(fā)：基本的驅(qū)動(dòng)程序輔助硬件調(diào)試程序系統(tǒng)軟件等嵌入式軟件開發(fā)工具的分類從以上嵌入式軟件開發(fā)分類來看，嵌入式嵌入式軟件的交叉開發(fā)環(huán)境交叉開發(fā)環(huán)境是指用于嵌入式軟件開發(fā)的所有工具軟件的集合，一般包括：文本編輯器交叉編譯器交叉調(diào)試器仿真器下載器等交叉開發(fā)環(huán)境由宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)組成，宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間在物理連接的基礎(chǔ)上建立起邏輯連接。嵌入式軟件的交叉開發(fā)環(huán)境交叉開發(fā)環(huán)境是指用于嵌入式軟件開發(fā)的交叉開發(fā)環(huán)境目標(biāo)機(jī)

36、硬件目標(biāo)機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 應(yīng)用軟件 應(yīng)用中間件 目標(biāo)機(jī)OS宿主機(jī)硬件宿主機(jī)OS調(diào)試代理運(yùn)行庫宿主機(jī)開發(fā)環(huán)境 編輯 編譯 連接 調(diào)試運(yùn)行平臺(tái)Target開發(fā)平臺(tái)HostDownLoad交叉開發(fā)環(huán)境目標(biāo)機(jī)硬件目標(biāo)機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 應(yīng)用軟件 嵌入式軟件的交叉開發(fā)環(huán)境宿主機(jī)（Host） ：是用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。一般為PC機(jī)（或者工作站），具備豐富的軟硬件資源，為嵌入式軟件的開發(fā)提供全過程支持。目標(biāo)機(jī)（Target）：即所開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)，是嵌入式軟件的運(yùn)行環(huán)境，其硬件軟件是為特定應(yīng)用定制的。在開發(fā)過程中，目標(biāo)機(jī)端需接收和執(zhí)行宿主機(jī)發(fā)出的各種命令如設(shè)置斷點(diǎn)、讀內(nèi)存、寫內(nèi)存等，將結(jié)果返回給宿主機(jī)，配合宿主機(jī)各

37、方面的工作。嵌入式軟件的交叉開發(fā)環(huán)境宿主機(jī)（Host） ：是用于開發(fā)嵌入嵌入式軟件的交叉開發(fā)環(huán)境物理連接和邏輯連接 物理連接是指宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)通過物理線路連接在一起，連接方式主要有三種：串口以太口OCD（On Chip Debug）方式，如JTAG、BDM等物理連接是邏輯連接的基礎(chǔ)。邏輯連接指宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)間按某種通信協(xié)議建立起來的通信連接，目前逐步形成了一些通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。嵌入式軟件的交叉開發(fā)環(huán)境物理連接和邏輯連接 嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)階段的開發(fā)過程設(shè)計(jì)完成后，嵌入式軟件的開發(fā)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)階段，可分為三個(gè)步驟：生成、調(diào)試和固化運(yùn)行。軟件的生成主要是在宿主機(jī)上進(jìn)行，利用各種工具完成對(duì)應(yīng)用程序的編輯、交叉

38、編譯和鏈接工作，生成可供調(diào)試或固化的目標(biāo)程序。調(diào)試是通過交叉調(diào)試器完成軟件的調(diào)試工作。調(diào)試完成后還需進(jìn)行必要的測(cè)試工作。固化運(yùn)行是先用一定的工具將應(yīng)用程序固化到目標(biāo)機(jī)上，然后啟動(dòng)目標(biāo)機(jī)，在沒有任何工具干預(yù)的情況下應(yīng)用程序能自動(dòng)地啟動(dòng)運(yùn)行。嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)階段的開發(fā)過程設(shè)計(jì)完成后，嵌入式軟件的開發(fā)進(jìn)入嵌入式軟件生成階段三個(gè)過程源代碼程序的編寫編譯成各個(gè)目標(biāo)模塊鏈接成可供下載調(diào)試或固化的目標(biāo)程序編輯器交叉編譯器交叉鏈接器源程序目標(biāo)模塊可供調(diào)試/固化庫文件嵌入式軟件生成階段三個(gè)過程編輯器交叉編譯器交叉鏈接器目標(biāo)模塊交叉編譯把在宿主機(jī)上編寫的高級(jí)語言程序編譯成可以運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的代碼，即在宿主機(jī)上能夠編

39、譯生成另一種CPU（嵌入式微處理器）上的二進(jìn)制程序。 交叉編譯把在宿主機(jī)上編寫的高級(jí)語言程序編譯成可以運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)嵌入式軟件的調(diào)試交叉調(diào)試器是指調(diào)試程序和被調(diào)試程序運(yùn)行在不同機(jī)器上的調(diào)試器調(diào)試器通過某種方式能控制目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行方式通過調(diào)試器能查看和修改目標(biāo)機(jī)上的內(nèi)存、寄存器以及被調(diào)試程序中的變量等嵌入式軟件的調(diào)試交叉調(diào)試器交叉調(diào)試非交叉調(diào)試調(diào)試器和被調(diào)試程序運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī)上調(diào)試器和被調(diào)試程序運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上可獨(dú)立運(yùn)行，無需操作系統(tǒng)支持需要操作系統(tǒng)的支持被調(diào)試程序的裝載由調(diào)試器完成被調(diào)試程序的裝載由專門的Loader程序完成需要通過外部通信的方式來控制被調(diào)試程序不需要通過外部通

40、信的方式來控制被調(diào)試程序可以直接調(diào)試不同指令集的程序只能直接調(diào)試相同指令集的程序交叉調(diào)試非交叉調(diào)試調(diào)試器和被調(diào)試程序運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī)上調(diào)試嵌入式軟件的調(diào)試交叉調(diào)試方式 Crash and Burn Rom Monitor Rom Emulator In Circuit Emulator On Chip DebuggingSimulator方式（非交叉）嵌入式軟件的調(diào)試交叉調(diào)試方式Crash and Burn 最早的嵌入式應(yīng)用軟件調(diào)試方法。在宿主機(jī)上編寫代碼反復(fù)檢查代碼，直到編譯通過，生成可執(zhí)行程序?qū)⒊绦蚬袒˙urn）到目標(biāo)機(jī)的非易失性存儲(chǔ)器（E2PROM、FLASH等）中在宿主機(jī)上反復(fù)檢查

41、碼，查找問題根源改寫代碼啟動(dòng)目標(biāo)機(jī)運(yùn)行，觀察程序是否正常工作NY結(jié)束Crash and Burn 最早的嵌入式應(yīng)用軟件調(diào)試方ROM MonitorROM Monitor是被固化且運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的一段程序，負(fù)責(zé)監(jiān)控目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行，與宿主機(jī)端的調(diào)試器一起完成對(duì)應(yīng)用程序的調(diào)試。調(diào)試器與ROM Monitor之間的通信遵循遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議。ROM MonitorROM Monitor是被固化且運(yùn)行在ROM Monitor調(diào)試方式調(diào)試器Windows或其它桌面操作系統(tǒng)PC機(jī)等硬件嵌入式硬件監(jiān)控程序(ROM Monitor)被調(diào)試程序宿主機(jī)目標(biāo)機(jī)邏輯上的連接物理上的連接ROM Monitor調(diào)試方式

42、嵌入式宿主機(jī)目標(biāo)機(jī)邏輯上的連接ROM Monitor在目標(biāo)機(jī)上電或復(fù)位后首先執(zhí)行的就是ROM Monitor，它對(duì)目標(biāo)機(jī)進(jìn)行一些必要的初始化初始化要求的外圍設(shè)備，如最基本的串口和用于內(nèi)存刷新的系統(tǒng)計(jì)時(shí)器芯片；初始化用于下載映像的內(nèi)存系統(tǒng)；初始化中斷控制器和安裝中斷處理程序。初始化自己的程序空間等待宿主機(jī)端的命令ROM Monitor在目標(biāo)機(jī)上電或復(fù)位后首先執(zhí)行的就是ROROM MonitorROM Monitor能配合調(diào)試器完成：程序映像下載對(duì)目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存的讀寫對(duì)寄存器的讀寫設(shè)置和清除不同類型的斷點(diǎn)單步執(zhí)行指令復(fù)位系統(tǒng)等調(diào)試功能ROM MonitorROM Monitor能配合調(diào)試器完成RO

43、M Monitor調(diào)試過程（1）啟動(dòng)目標(biāo)機(jī)，監(jiān)控器掌握對(duì)目標(biāo)機(jī)的控制，等待和調(diào)試器建立連接；（2）啟動(dòng)調(diào)試器，并和監(jiān)控器建立起通信連接；（3）使用調(diào)試器將應(yīng)用程序下載到目標(biāo)機(jī)上的RAM空間中；（4）使用調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，發(fā)出各種調(diào)試命令，監(jiān)控器解釋并執(zhí)行這些命令，通過目標(biāo)機(jī)上的各種異常來獲取對(duì)目標(biāo)機(jī)的控制，將命令執(zhí)行結(jié)果回傳給調(diào)試器； （5）如果程序有問題，在調(diào)試器的幫助下定位錯(cuò)誤；修改之后再重新編譯鏈接并下載程序，開始新的調(diào)試，如此反復(fù)直至程序正確運(yùn)行為止。 ROM Monitor調(diào)試過程ROM Monitor優(yōu)點(diǎn)提高調(diào)試程序的效率 ，縮短開發(fā)周期，降低成本簡單、方便可擴(kuò)展性強(qiáng)，可支持許多高級(jí)

44、調(diào)試功能成本低廉，不需專門的調(diào)試硬件支持幾乎所有的交叉調(diào)試器都支持這種方式 ROM Monitor優(yōu)點(diǎn)ROM Monitor缺點(diǎn)Debug Monitor需要用Crash and Burn方法開發(fā)。當(dāng)ROM Monitor占用CPU時(shí)，應(yīng)用程序不響應(yīng)外部的中斷，因此不便調(diào)試有時(shí)間特性的程序。某些調(diào)試功能依賴于CPU硬件的支持（如硬件斷點(diǎn)功能）ROM Monitor要占用目標(biāo)機(jī)一定數(shù)量的資源，如CPU、RAM、ROM和通信設(shè)備等資源。調(diào)試環(huán)境不同于實(shí)際目標(biāo)環(huán)境。ROM Monitor缺點(diǎn)仿真開發(fā)方式嵌入式應(yīng)用的開發(fā)經(jīng)常會(huì)遭遇缺少目標(biāo)機(jī)環(huán)境、缺乏目標(biāo)機(jī)芯片等資源的問題，而開發(fā)過程又不可能停止，因此

45、自然就提出了根據(jù)不同的應(yīng)用需要，利用仿真器件、仿真環(huán)境進(jìn)行開發(fā)的方法。硬件仿真開發(fā)ROM EmulatorICEOCD軟件仿真開發(fā)仿真開發(fā)方式嵌入式應(yīng)用的開發(fā)經(jīng)常會(huì)遭遇缺少目標(biāo)機(jī)環(huán)境、缺乏ROM EmulatorROM Emulator是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上的ROM芯片的設(shè)備，即ROM仿真器。利用這種設(shè)備，目標(biāo)機(jī)可以沒有ROM芯片，但目標(biāo)機(jī)的CPU可以讀取ROM Emulator設(shè)備上ROM芯片的內(nèi)容：ROM Emulator設(shè)備上的ROM芯片的地址可以實(shí)時(shí)地映射到目標(biāo)機(jī)的ROM地址空間，從而仿真（Emulation）目標(biāo)機(jī)的ROM。ROM EmulatorROM Emulator是一種用于R

46、OM EmulatorROM Emulator的調(diào)試方式是一種不完全的調(diào)試方式：ROM Emulator設(shè)備只是為目標(biāo)機(jī)提供ROM芯片和在Target和Host間建立一條高速的通信通道，因此它經(jīng)常和前面兩種調(diào)試方式結(jié)合起來形成一種完備的調(diào)試方式。ROM Emulator的典型應(yīng)用就是和ROM Monitor的調(diào)試方式相結(jié)合。ROM EmulatorROM Emulator的調(diào)試方式ROM Emulator優(yōu)點(diǎn)目標(biāo)機(jī)可以沒有ROM芯片、可以使用ROM Emulator提供的ROM空間且不需要用別的工具來寫ROM。缺點(diǎn)目標(biāo)機(jī)必須能支持外部ROM存儲(chǔ)空間，而且由于其通常要和ROM Monitor配合

47、使用，因此它擁有ROM Monitor的所有缺點(diǎn)。ROM Emulator優(yōu)點(diǎn)ICEICE（In-Circuit Emulator）是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上CPU的設(shè)備，即在線仿真器。它比一般的CPU有更多的引出線，能夠?qū)?nèi)部的信號(hào)輸出到被控制的目標(biāo)機(jī)。ICE上的Memory也可以被映射到用戶的程序空間，這樣即使目標(biāo)機(jī)不存在的情形下也可以進(jìn)行代碼的調(diào)試。ICEICE（In-Circuit Emulator）是一種宿主開發(fā)平臺(tái)目標(biāo)平臺(tái)ICEICE調(diào)試結(jié)構(gòu)連接ICE和目標(biāo)機(jī)時(shí)，一般是將目標(biāo)機(jī)的CPU取下，而將ICE的CPU引出線接到目標(biāo)機(jī)的CPU插槽。用ICE進(jìn)行調(diào)試時(shí)，在Host端運(yùn)行的調(diào)試器通過

48、ICE來控制目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的程序。ICE宿主開目標(biāo)平臺(tái)ICEICE調(diào)試結(jié)構(gòu)連接ICE和目標(biāo)機(jī)時(shí)，一般ICE功能特點(diǎn)同時(shí)支持軟斷點(diǎn)和硬件斷點(diǎn)的設(shè)置設(shè)置各種復(fù)雜的斷點(diǎn)和觸發(fā)器實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)程序的運(yùn)行，并可實(shí)現(xiàn)選擇性的跟蹤支持“Time Stamp” 允許用戶設(shè)置“Timer” 提供“Shadow RAM”，能在不中斷被調(diào)試程序的運(yùn)行下查看內(nèi)存和變量即非干擾調(diào)試查詢ICE功能特點(diǎn)ICE適用于：調(diào)試實(shí)時(shí)的應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ布M(jìn)行功能和性能的測(cè)試實(shí)時(shí)性能分析缺點(diǎn)：價(jià)格太昂貴，不利于團(tuán)隊(duì)開發(fā)所仿CPU有限ICE適用于：OCDOCD（On Chip Debugging）是CPU芯片提供的一種調(diào)試功能（片上調(diào)試），可以認(rèn)為是一種廉價(jià)的ICE功能：OCD的價(jià)格只有ICE的20%，但提供了ICE 80%的功能。OCDOCD（On Chip Debugging）是CPUOCD調(diào)試結(jié)構(gòu)調(diào)試器Windows或其它桌面操作系統(tǒng)PC機(jī)等硬件被調(diào)試程序OCD接口嵌入式硬件宿主機(jī)目標(biāo)機(jī)邏輯上的連接物理連接仿真器針形連接器并口、串口或網(wǎng)絡(luò)接口為特定處理器而建造OCD調(diào)試結(jié)構(gòu)OCD接口嵌入式硬件宿主機(jī)目標(biāo)機(jī)邏輯上的連接物OCD調(diào)試方法將CPU的模式分為一般模式和調(diào)試模式一般模式下， CPU從內(nèi)存讀取指令執(zhí)行