谈嵌入式系统软件开发技术

谈嵌入式系统软件开发技术

引言
　　嵌人式系统开发经过30多年的发展，到现在算是一个成熟的技术了。由此可以从总体上确认在嵌入式系统开发展过程中出现的几种明显趋势，这些趋势指出了一系列新兴的关键技术。
　　1 微处理器技术
　　最早的微处理器是4位和8位器件。由于制造技术越来越复杂，集成的单片8位微处理器开始出现，16位微处理器也开始使用。随着微电子技术的发展，16位的微处理器已得到广泛的应用。32位架构的器件逐渐占领了高端的应用市场，第一代的32位器件都是cisc架构，但目前，越来越多的risc芯片正在提供更高的性能。嵌人式系统设计者选择微处理器的范围比以前大了，必须根据性能、需求、支持、可用性和价格来进行选择。
　　2 系统架构
　　随着微处理器的发展系统架构也在进步。最早的系统，是由cpu和一些逻辑器件组成的。多年以来，系统变得日益复杂，但都还可以使用同样的调试技术—电路仿真、芯片级调试、rom监控器以及指令集模拟。嵌入式系统日益强劲，而功能需求的增长则更快很多设计者开始重新审视微处理器和它们的用法。
　　3 设计组成
　　嵌入式系统发展的最初阶段。所有的开发包括软件和硬件设计，通常都是一个工程师来承担。软件在整个工作址中的比例很小，大约5%-10%。随着时间的推移软件开发占工程时间的比例持续增长。至20世纪80年代中期，软件开发已经是由专业欢件人员来做，所占比例一般已超过整个开发工作量的50%。
　　在最近几年，虽然硬件设计变得更加复杂，但软件的份量也急剧增长，目前通常占到开发总量70%-80%。因此，论文联盟http://需要有软件团队参与，同时也产生了一些新的挑战。这些挑战中的一个，就是要有可用的硬件平台来进行软件测试。由于要在更短的时间内开发更多的软件，就需要尽快建立测试环境。发出更多的软件，就需要尽快建立测试环境。有多种可行的方法，如本地代码执行原型环境、指令集软仿真（模拟），以及使用标准的、低成本的、现成的评估板。此外，低成本的主机一目标机连接技术，也变得越来越普及，有代表性的就是jtag接口。
　　4 软件内容
　　软件开发所占总时间的比例一直在增加。同时，来自全球贸易和竞争的压力使得产品投放市场的时间也一直在缩短。这极大地影响了设计的策略。最早的设计相当简单，仅仅由自己设计的应用代码组成。随着系统的复杂度增加，多任务的模型被软件开发者广泛采纳，很多开发者选择标准的、商用的实时操作系统产品。随着各个标准的进一步被采纳，买来的软件，或者说有“知识产权”的软件所占的比例正稳步增长。这个趋势给了软件开发者很多启示。集成标准的软件组件—和应用代码及其他—是我们所关心的。在多任务背景下调试是另一个值得关注的问题。与选择知识产权有关的商业决定尤为复杂；除了当前的要求之外，还有将来的（例如移植到别的处理器）也必须加以考虑。
　　5 编程语言
　　对于早期的4位和8位微处理器，汇编语言是唯一的选择。随着16位微处理器技术成为现实，出现了几种可供选择的语言。有pascal和c语言和pl/m语言。对某些类型的系统来说，forth语言也曾很流行，随着时间推移，32位技术的使用日益增多，出现了c和ada。后者在国防部的系统中被普遍使用。
　　在嵌入式软件开发中，c++开始逐步取代c语言。现在，1/4～1/3的嵌入式系统代码是用c++编写的。java语言当初是专门为嵌人式应用开发的，在要求运行时重新配置的应用场合，它找到了一席之地。统一建模语言(uml)也成为高级设计方法学的最流行选择。
　　6 软件队伍的规模和分布
　　正如先前讨论的一样，最初的嵌人式系统设计只要一个人就够了。在适当的时候，因专业化，产生了致力于软件开发的工程师。下一步就是建立嵌人式软件开发团队。管理软件开发在任何情况下都是一个挑战，嵌入式系统开发也不例外，只是有细微差别。使用传统的编程技术———过程语言，如c语言和汇编语言，团队里的大部分成员都需要对整个系统了解比较全面。随着团队变大，这就变得越来越不可行。价况住往是，团队里有一些特殊的人才，他们对某些专门领域很在行。为了有效地管理团队必须使用合适的策略，将他们的专长封装起来。尽可能使一个专家的工作成果能够被非专家以安全、可靠和直观的方式加以使用.在这种情况下，面向对象编程技术找到应用点。
　　虽然有很多非常大的公司，但软件队伍不是简单的人员扩充他们正在变成分布式的。团队的一些成员在一个地方，而其他的可能在别处。这些地点甚至有可能位于不同的国家。这种安排在欧洲很常见，在那里，真正关心的可能是交流的语言。其他地方，时区可能是个问题(可能也是一个优势，因为分布式的团队可以全天候工作)。随着新兴的技术中心（如印度）广泛崛起，上述情况越来越普遍。在这一背景不，软件组件的可重用性需求就变得很常见了。
　　7 uml和建模
　　最近几年，uml己经成为一项关键的设计方法，它和逐渐增七的嵌人式软件团队规模关系密切。广义上说，使用设计工具的方式有2种:或者是作为编写代码的指导，或者就作为直接生成代码的一种手段。对于嵌人式软件来说，代码生成是有争议的，它可能会被争论（而且还很有道理）—每一个系统都是不同的，都有各自的特殊需求。这正是xtuml（可执行和可翻译的uml）吸引人的地方，因为它使得应用与架构清晰地分离了。这里所遵循的，是与面向对象编程同样的原则—使用工具和技术来平衡专家意见。
　　追踪所有被当前各种嵌人式系统开发趋势所驱动的新技术并非易事。孤立地看待其中任何一项技术也是毫无意义的，因为它们之间有着许多联系。例如，多任务与多处理器调试相关；基于标准的rtos技术对处理器移植来说真是件幸事；使用设计方法学可以令实现更容易。