从底层硬件到上层应用,嵌入式软件的开发可以分为哪几类?
展开全部 一、嵌入式系统的概念 着重理解“嵌入”的概念 主要从三个方面上来理解。
1、从硬件上,将基于CPU的处围器件,整合到CPU芯片内部,比如早期基于X86体系结构下的计算机,CPU只是有运算器和累加器的功能,一切芯片要造外部桥路来扩展实现,象串口之类的都是靠外部的16C550/2的串口控制器芯片实现,而目前的这种串口控制器芯片早已集成到CPU内部,还有PC机有显卡,而多数嵌入式处理器都带有LCD控制器,但其种意义上就相当于显卡。
比较高端的ARM类Intel Xscale架构下的IXP网络处理器CPU内部集成PCI控制器(可配成支持4个PCI从设备或配成自身为CPI从设备);还集成3个NPE网络处理器引擎,其中两个对应于两个MAC地址,可用于网关交换用,而另外一个NPE网络处理器引擎支持DSL,只要外面再加个PHY芯片即可以实现DSL上网功能。
IXP系列最高主频可以达到1.8G,支持2G内存,1G*10或10G*1的以太网口或Febre channel的光通道。
IXP系列应该是目标基于ARM体系统结构下由intel进行整合后成Xscale内核的最高的处理器了。
2、从软件上前,就是在定制操作系统内核里将应用一并选入,编译后将内核下载到ROM中。
而在定制操作系统内核时所选择的应用程序组件就是完成了软件的“嵌入”,比如WinCE在内核定制时,会有相应选择,其中就是wordpad,PDF,MediaPlay等等选择,如果我们选择了,在CE启动后,就可以在界面中找到这些东西,如果是以前PC上将的windows操作系统,多半的东西都需要我们得新再装。
3、把软件内核或应用文件系统等东西烧到嵌入式系统硬件平台中的ROM中就实现了一个真正的“嵌入”。
以上的定义是我在6、7年前给嵌入式系统下自话侧重于理解型的定义,书上的定义也有很多,但在这个领域范围内,谁都不敢说自己的定义是十分确切的,包括那些专家学者们,历为毕竟嵌入式系统是计算机范畴下的一门综合性学科二、嵌入式系统的分层与专业的分类。
嵌入式系统分为4层,硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。
1、硬件层,是整个嵌入式系统的根本,如果现在单片机及接口这块很熟悉,并且能用C和汇编语言来编程的话,从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易,硬件层也是驱动层的基础,一个优秀的驱动工程师是要能够看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设计的,同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。
但硬件平台是基础,增值还要靠软件。
硬件层比较适合于,电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业的人来搞,需要掌握的专业基础知识有,单片机原理及接口技术、微机原理及接口技术、C语言。
2、驱动层,这部分比较难,驱动工程师不仅要能看懂电路图还要能对操作系统内核十分的精通,以便其所写的驱动程序在系统调用时,不会独占操作系统时间片,而导至其它任务不能动行,不懂操作系统内核架构和实时调度性,没有良好的驱动编写风格,按大多数书上所说添加的驱动的方式,很多人都能做到,但可能连个初级的驱动工程师的水平都达不到,这样所写的驱动在应用调用时就如同windows下我们打开一个程序运行后,再打开一个程序时,要不就是中断以前的程序,要不就是等上一会才能运行后来打开的程序。
想做个好的驱动人员没有三、四年功底,操作系统内核不研究上几编,不是太容易成功的,但其工资在嵌入式系统四层中可是最高的。
驱动层比较适合于电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业尤其是计算机偏体系结构类专业的人来搞,除硬件层所具备的基础学科外,还要对数据结构与算法、操作系统原理、编译原理都要十分精通了解。
3、操作系统层,对于操作系统层目前可能只能说是简单的移植,而很少有人来自已写操作系统,或者写出缺胳膊少腿的操作系统来,这部分工作大都由驱动工程师来完成。
操作系统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理,而嵌入式系统的实时性十分重要。
据说,XP操作系统是微软投入300人用两年时间才搞定的,总时工时是600人年,中科院软件所自己的女娲Hopen操作系统估计也得花遇几百人年才能搞定。
因此这部分工作相对来讲没有太大意义。
4、应用层,相对来讲较为容易的,如果会在windows下如何进行编程接口函数调用,到操作系统下只是编译和开发环境有相应的变化而已。
如果涉及Jave方面的编程也是如此的。
嵌入式系统中涉及算法的由专业算法的人来处理的,不必归结到嵌入式系统范畴内。
但如果涉及嵌入式系统下面嵌入式数据库、基于嵌入式系统的网络编程和基于某此应用层面的协议应用开发(比如基于SIP、H.323、Astrisk)方面又较为复杂,并且有难度了。
三、目标与定位。
先有目标,再去定位。
学ARM,从硬件上讲,一方面就是学习接口电路设计,另一方面就是学习汇编和C语言的板级编程。
如果从软件上讲,就是要学习基于ARM处理器的操作系统层面的驱动、移植了。
这些对于初学都来说必须明确,要么从硬件着手开始学,要么从操作系统的熟悉到应用开始学,但不管学什么,只要不是纯的操作系统级以上基于API的应用层的编程,硬件的寄存器类的东西还是要能...
嵌入式软件方面最重要的课程包括哪些?
能写出节省内存又运行高速的最优代码(嵌入式软件设计特别讲究时空效 率),怎么能写出驱动程序(驱动程序都是与硬件打交道的)?很多公司招聘嵌入式软件人员时都要求熟悉ARM处理器,将来若同学到公司中从事嵌入式软件开 发,公司都会给你一本该设备的硬件规格说明书 (xxx Specification),你必须能看懂其中的内存分布和端口使用等最基本的说明(就像x86汇编一样),否则怎么设计软件。
有些同学觉得嵌入式处理 器课程较枯燥,这主要是硬件课程都较抽象的原因。
还有同学对ARM汇编不感兴趣,以为嵌入式开发用C语言就足够了。
其实不应仅是将汇编语言当成一个程序设 计语言,学汇编主要是为了掌握处理器工作原理的。
一个不熟悉汇编语言的人,怎么能在该处理器写出最优的C语言代码。
在嵌入式开发的一些关键部分,有时还必 须写汇编,如Bootloader等(可能还包括BSP)。
特别是在对速度有极高要求的场合(如DSP处理器的高速图像采集和图像解压缩),目前还会用到 汇编写程序的,尽管用到的机会相对C要小得多。
当你在一个嵌入式公司工作时,在查看描述原理的手册时,可能很多都是用汇编描述的,这是因为很多硬件设计人 员只会写或者喜欢用汇编描述,此时你就必须看懂汇编程序,否则软硬件人员可能就无法交流。
很多嵌入式职位招聘时都要求熟悉汇编。
(2) 嵌入式操作系统类课程除了WinCE的实时性稍差外,大多数嵌入式操作系统的实时性都很强,所以也可 称为实时操作系统Real TimeOperating System.从事嵌入式的人至少须掌握一个嵌入式操作系统(当然掌握两个更好),这在嵌入式的所有技术中是最为关键的了。
目前最重要的RTOS主要包 括:第一类、传统的经典RTOS:最主要的便是Vxworks操作系统,以及其Tornado开发平台。
Vxworks因出现稍早, 实时性很强(据说可在1ms内响应外部事件请求),并且内核可极微(据说最小可8,可靠性较高等,所以在北美,Vxworks占据了嵌入式系统的多半 疆山。
特别是在通信设备等实时性要求较高的系统中,几乎非Vxworks莫属。
Vxworks的很多概念和技术都和Linux很类似,主要是C语言开发。
像Bell- alcatel、Lucent、华为等通信企业在开发产品时,Vxworks用得很多。
但Vxworks因价格很高,所以一些小公司或小产品中往往用不 起。
目前很多公司都在往嵌入式Linux转(听说华为目前正在这样转)。
但无论如何,Vxworks在一段长时间内仍是不可动摇的。
与Vxworks类似 的稍有名的实时操作系统还有pSOS、QNX、Nucleus等RTOS。
什么是组态软件?什么是嵌入式软件?软件都有哪些类别?
嵌入式软件概念比较大他这个概念急于在CPU上单片机上跑的程序就是嵌入式软件。
当然最后烧写在MCU上的软件形式是机器码。
软件的编写形式可以是汇编,C,C++,经过编译器编译以后都是机器码的形式。
现在一些硬件描述语言也归到了嵌入式软件里,比如VHDL,VERILOG。
什么是嵌入式软件开发
嵌入式软件开发主要针对计算能力有限的CPU进行的软件开发,比如INTEL的CPU芯片时钟频率可以达到1G HZ,虽然INTEL的CPU运算能力强大,但是体积大,发热大,不适合使用在某些场合,比如你的手机里面安装一个奔腾芯片再加一个大风扇,可能吗?这个时候就要使用一些体积小,功耗低,运算能力有限的专用CPU,比如手机上使用的CPU处理器大概频率在30M左右(好象是这个频率),在这种CPU上运行的操作系统就是嵌入式操作系统,这些操作系统占用比较小的硬件资源,但是却有相对较高的执行调度效率,我理解是这样的应该从应用的场合来定义嵌入于宿主设备,智能地完成宿主设备功能的计算机就是嵌入式计算机,或简称为嵌入式。
嵌入式计算机的构成:可以是单片的微控制器(MC-micro-controller),在我国习惯于称做单片机;也可以是由微处理器(MP-microprocessor)另加存储器及外部设备构成;还可以在MC/MP的基础上附加数字信号处理器(DSP)核心部件,构成多核MP/MC。
新一代嵌入式计算机的主要特征:是继承了整个PC机时期的技术成就,特别是进入90年代后的全球万维网(Web)技术(产品有可接入万维网的手持式PDA设备等)和多媒体技术(产品有高质量数字音响、数字视盘播放器,数码静态相机、数码视频摄像机等等)。
这类嵌入式的目标是想把桌面PC机上成熟的技术拆解下来,放入手持设备或移动设备,供用户随时随地进行消费。
全球网中行之有效的众多通信协议,多媒体的MP3、JPEG、MPEG等所采用的标准数据格式及各种库函数都使用32位格式和32位的编程软件,所以嵌入式也注定要使用32位的微处理器。
为顺应形势发展的需要,32位手持设备用的嵌入式操作系统应运而生,著名的有Windows CE、Epoch、 Palm OS等等,可见今日嵌入式的立点水平是很高的。
新一代嵌入式主要面向手持或移动消费类设备,电池供电和低价位是重要考虑因素,这就从根本上决定了它不可能照搬PC机上原来使用的微处理器。
下面先介绍嵌入式32位微处理器的技术进步,然后再举一些新型嵌入式微处理器的实例,使读者对新一代嵌入式有一个较清晰的认识。
由上述可见,当前嵌入式所用MP多是32位RISC DSP双核或RISC/DSP单核结构。
过去比较著名的RISC生产厂家起着基石作用。
许多新兴的嵌入式厂家购买他们的RISC专利嫁接到自己的DSP核上。
一些著名的生产CISC微处理器的厂家不甘心丢失嵌入式市场,也纷纷向RISC及DSP靠拢。
从1981年Ready System发展了世界上第1个商业嵌入式实时内核(VRTX32),到今天已经有近20年的历史。
20世纪80年代的产品还只支持一些16位的微处理器,如68k,8086等。
这时候的RTOS还只有内核,以销售二进制代码为主。
当时的产品除VRTX外,还有IPI公司的MTOS和80年代末ISI公司的PSOS。
产品主要用于军事和电信设备。
进入20世纪90年代,现代操作系统的设计思想,如微内核设计技术和模块化设计思想,开始渗入RTOS领域。
老牌的RTOS厂家如Ready System(在1995年与Microtec Research合并),也推出新一代的VRTXsa实时内核,新一代的RTOS厂家Windriver推出了Vxwork。
另外在这个时期,各家公司都有力求摆脱完全依赖第三方工具的制约,而通过自己收购、授权或使用免费工具链的方式,组成1套完整的开发环境。
例如,ISI公司的Prismt、著名的Tornado(Windriver)和老牌的Spectra(VRTX开发系统)等。
进入20世纪90年代中期,互联网之风在北美日渐风行。
网络设备制造商、终端产品制造商都要求RTOS有网络和图形界面的功能。
为了方便使用大量现存的软件代码,他们希望RTOS厂家都支持标准的API,如POSIX, Win32等,并希望RTOS的开发环境与他们已经熟悉的UNIX,Windows一致。
这个时期代表性的产品有Vxwork,QNX, Lynx和WinCE等。
无操作系统的嵌入式软件主要有哪几种实现方式
嵌入式软件开发偏重于硬件,软件开发偏重于软件,嵌入式软件主要是将软件植入嵌入式系统中,而软件开发是将软件开发出来直接在电脑上可操作。
嵌入式系统的核心是系统软件和应用软件,由于存储空间有限,因而要求软件代码紧凑,可靠,大多对实时性有严格要求。
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