嵌入式软件开发作业流程

嵌入式软件开发步骤

一、嵌入式软件开发步骤

1.1嵌入式系统开发概述

由嵌入式系统本身特征所影响，嵌入式系统开发和通用系统开发有很大区分。嵌入式系

统开发关键分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体步骤图

图1.1所表示。

5折性研究

S5求介标

£

开

条

及

蜜

坏

总

境

体

总

«

定

计

族

徉

«

计

支

叫

图1.1嵌入式系统开发步骤图

在系统总体开发中，因为嵌入式系统和硬件依靠很紧密，往往一些需求只能经过特定硬

件才能实现，所以需要进行处理器选型，以愈加好地满足产品需求。另外，对于有些硬件和

软件全部能够实现功效，就需要在成本和性能上做出抉择。往往经过硬件实现会增加产品成

品，但能大大提升产品性能和可靠性。

再次，开发环境选择对于嵌入式系统开发也有很大影响。这里开发环境包含嵌入式操作

系统选择和开发J2具选择等。本I弓在4.1.5节对多种不一样嵌入式操作系统进行了比较，读

者能够以此为依据进行相关选择。比如，对开发成本和进度限制较大产品能够选择嵌入式

Linux,对实时性要求很高产品能够选择Vxworks等。

因为本书关键讨论嵌入式软件应用开发，所以对硬件开发不做具体讲解，而关键讨论嵌

入式软件开发步骤。

1.2嵌入式软件开发概述

嵌入式软件开发总体步骤为图4.15中''软件设计实现“部分所表示，它同通用计算机软件

开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件具体设计、软件实现和软件测试。其中嵌入

式软件需求分析和硬件需求分析合二为一，故没有分开画出。

因为在嵌入式软件开发工具很多，为了愈加好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式

软件开发过程中所使用工具做一简单归纳。

嵌入式软件开发工具依据不一样开发过程而划分，比如在需求分析阶段，能够选择

IBMRationalRose等软件，而在程序开发阶段能够采取CodeWarrior（下面要介绍ADS一

个工具）等,在调试阶段所用Multi-ICE等。同时，不一样嵌入式操作系统往往会有配套开

发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado.WindowsCE集成开发环境WindowsCE

Platform等。另外，不一样处理器可能还有对应开发工具，比如ARM常见集成开发工具ADS、

IAR和RealView等。在这里，大多数软件全部有比较高使用费用，但也能够大大加紧产品

开发进度，用户能够依据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发不一样阶段常见软件。

ReUTme

ObjettGtode-..................-

REqwody-..................-

TAU.......................-

Tanado--------------

UmbATOOL--------------

PRISM+--------------

Spectra__________

WhCEPlaifam_

Buildii

CodeVtok-------------

XnyDetug^r-.................

Lcgucope

MultilCET,,,»

ReqiirtmttUSoftroreCodi|ZTestBvise

图1.2嵌入式开发不一样阶段常见软件

嵌入式系统软件开发和通常软件开发区分关键在于软件实现部分，其中又能够分为编译和调试两部

分，下面分别对这两部分进行讲解。

1.交叉编译

嵌入式软件开发所采取编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成能够在另一个平分上实

施代码。在第3率中已经提到，编译最关键工作就在将程序转化成运行该程序CPU所能识别机器代码，因

为不一样体系结构有不一样指令系统。所以,不一样CPU需要有对应编译器，而交叉编译就如同翻译一样，

把相同程序代码翻译成不一样CPU对应可实施二进制文件。要注意是，编译器本身也是程序，也要在和之

对应某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境图4.17所表示。

□

□

宿主机

目标机

图4.17交叉编译环境

小知识和交叉编译相对应，平时常见编译称为当地编译.

这里通常符进行交叉编译主机称为宿主机，也就是-一般通用PC.而将程序实际运行环境称为目标机，

也就是嵌入式系统环境。因为通常通用计算机拥有很丰富系统资源、使用方便集成开发环境和调试工具等,

而嵌入式系统系统资源很紧缺，无法在其上运行相关编译工具，所以，嵌入式系统开发需要借助宿主机（通

用计算机）来编译出目标机可实施代码。

因为编译过程包含编译、能接等多个阶段，所以，嵌入式交叉编译也包含交叉编译、交叉链接等过程,

通'常ARM交叉编译器为arm-elf-gcc、arm-linux-gcc等，交叉链接器为arm-elf-ld、arm-linux-ld等，交叉

编译过程图4.18所表示。

图4.18嵌入式交叉编译过程

2.交叉调试

嵌入式软件经过编译和捱接后即进入调试阶段，调试是软件开发过程中必不可少一个步骤，嵌入式软

件开发过程中交叉调试和通用软件开发过程中调试方法有很大差异。在常见软件开发中，调试器和被调试

程序往往运行在同一件”•算机上，调试器是一个单独运行者进程，它经过操作系统提供调试接口来控制被

调试进程。而在嵌入式软件开发中，调试时采取是在宿主机和目标机之间进行交叉调试，调试器仍然运行

在宿主机通用操作系统之匕但被调试进程却是运行在基于特定硬件平台嵌入式操作系统中，调试器和被

调试进程经过串口或网络进行通信，调试器能够控制、访问被调试进程，读取被调试进程目前状态，并能

够改变被调试进程运行状态。

嵌入式系统交叉调试有多个方法，关键可分为软件方法和硬件方法两种。它们通常全部含有以下部分

经典特点。

•调试器和被调试进程运行在不一样机器上，调试器运行在PC机（宿主机），而被调试进程则

运行在多种专业调试板上（目标板）。

・调试器经过某种通信方法（串口、并口、网络、JTAG等）控制被调试进程。

•在目标机上通常会含有某种形式调试代理，它负责和调试器共同配合完成对目标机上运行着

进程调试。这种调试代理可能是一些支持调试功效硬件设备，也可能是一些专门调试软件（如

gdbserver）。

•目标机可能是某种形:X系统仿真器，经过在宿主机上运行目标机仿真软件，整个调试过程能

够在一台计算机上运行。此时物理上即使只有一台计算机，但逻辑上仍然存在着宿主机和目标机

区分。

下面分别就软件调试桩方法和硬件片上调试两种方法进行具体介绍。

（1）软件方法。

软件调试关键是经过插入调试桩方法来进行。调试桩方法进行调试是经过目标操作系统

和调试器内分别加入一些功效模块，二者4通信息来进行调试。该方法经典调试器有gdb

调试器。

gdb交义调试器分为GdbServer和GdbClient,其中GdbServer就作为调试桩在安装在

目标板上，GdbClient就是驻干当地gdb调试器。它们调试原理图图4.19所表示。

2db

内触小u/Rtt

--------------N息诉嵯

gdbgnaN--------------V

目标机位土机

图4.19gdb远程调试原理图

gdb调试工作步骤。

•首先，建立调试器(当地gdb)和目标操作系统通信连接，可经过串口、网卡、

并口等多个方法。

•然后，在目标机上开启GdbServer进程，并监听对应端口。

•在宿主机上运行调试器gdb,这时，gdb就会自动寻求远端通信进程，也就是

GdbServer所在进程。

•在宿主机上gdb经过GdbServer请求对目标机上程序发出控制命令。这时，

GdbServer将请求转化为程序地址空间或目标平台一些寄存器访问，这对于没有

虚拟存放器简单嵌入式操作系统而言，是十分轻易。

•GdbServer把目标操作系统全部异常处理转向通信模块，并通知宿主机上gdb

目前有异常。

•宿主机上gdb向用户显示被调试程序产生了哪一类异常。

这么就完成了调试整个过程。这个方案实质是用软件接管目标机全部异常处理及部分中

止处理，并在其中插入调试端口通信模块，和主机调试器进行交互。不过它只能在目标机系

统初始化完成、调试通信端口初始化完成后才能起作用，所以，通常只能用于调试运行于目

标操作系统之上应用程序，而不宜用来调试目标操作系统内核代码及开启代码。而且，它必

需改变目标操作系统，所以，也就多了一个不用于正式公布调试版。

(2)硬件调试。

相对于软件调试而言，使用硬件调试器能够取得更强大调试功效和更优异调试性能。硬

件调试器基础原理是经过仿真硬件实施过程，让开发者在调试时能够随时了解到系统目前实

施情况。现在嵌入式系统开发中最常见到硬件调试器是ROMMonitor.ROMEmulator.

In-CircuitEmulator和In-CirciitDebugger0

采取ROMMonitor方法进行交叉调试需要在宿主机匕运行调试器，在宿主机上运行ROM

监视器(ROMMonitor)和被调试程序，宿主机经过调试器和目标机上ROM监视器遵照远程

调试协议建立通信连接。ROM监视器能够是一段运行在目标机ROM上可实施程序，也能够

是一个专门硬件调试设备，它负责监控目标机上被调试程序运行情况，能够和宿主机端调试

器一同完成对应用程序调试。

在使用这种调试方法时，破调试程序首先经过ROM监视器下载到目标机，然后在ROM

监视器监控下完成调试。

优点：ROM监视器功效强大，能够完成设置断点、单步实施、查看寄存器、修改内存

空间等各项调试功效。

确定：同软件调试一样，使用ROM监视器目标机和宿主机必需建立通信连接。

其原理图图4.20所表示。

H坏机

图4.20ROMMonitor调试方法

采取ROMEmulator方法进行交叉调试时需要使用ROM仿真器，而且它通常被插入到目

标机上ROM插槽中，专门用于仿真目标机上ROM芯片。

在使用这种调试方法时，被调试程序首先下载到ROM仿真器中，所以等效于下载到目

标机ROM芯片上，然后在ROM仿真器中完成对目标程序调试。

优点：避免了每次修改程序后全部必需重新烧写到目标机ROM中。

缺点：ROM仿真器本身比较昂贵，功效相对来讲又比较单一，只适应于一些特定场所。

其原理图4.21所表示。

H标机

图4.21ROMEmulaior调试方法

采取In-CircuitEmulator(ICE)方法进行交叉调试时需要使用在线仿真器，它是现在最

为有效嵌入式系统调试手段。它是仿照目标机上CPU而专门设计硬件，能够完全仿真处理

器芯片行为。仿真器和目标板能够经过仿真头连接，和宿主机能够经过串口、并口、网线或

USB口等连接方法。因为仿真器自成体系，所以调试时既能够连接目标板，也能够不连接目

标板。

在线仿真器提供了很丰富调试功效。在使用在线仿真器进行调试过程中，能够按次序单

步实施，也能够倒退实施，还能够实时查看全部需要数据，从而给调试过程带来了很多便利。

嵌入式系统应用一个显著特点是和现实世界中硬件直接相关，并存在多种异变和事先未知改

变，从而给微处理器指令实施带来多种不确定原因，这种不确定性在现在情况下只有经过在

线仿真器才有可能发觉。

优点：功效强大，软硬件全部可做到完全实时在线调试。

缺点：价格昂贵。

其原理图4.22所表示。

“麻帆伤主机

图4.22ICE调试方法

采取In-CircuitDebugger（ICD）方法进行交叉调试时需要焚用在线调试器。因为ICE

价格很昂贵，而且每种CPU全部需要一个和之对应ICE,使得开发成本很高。一个比很好

处理措施是让CPU直接在其内部实现调试功效，并经过在开发板上引出调试端口发送调试

命令和接收调试信息，完成调试过程。如使用很广泛ARM处理器JTAG端口技术就是由此

而诞生。

JTAG是1985年指定检测PCB和IC芯片一个标准。1990年被修改成为FEE一个标准，

即IEEE1149.LJTAG标准所采取关键技术为边界扫描技术，它基础思想就是在靠近芯片输

入输出管脚上增加一个移位寄存器单元。因为这些移位寄存器单元全部分布在芯片边界上

（周围），所以被称为边界扫描寄存器（Boundary-ScanRegisterCell）»

当芯片处于调试状态时候，这些边界扫描寄存器能够将芯片和外围愉入输出隔离开来。

经过这些边界扫描寄存器单元，能够实现对芯片输入输出信号观察和控制。对于芯片输入管

脚，可经过和之相连边界扫描寄存器单元把信号（数据）加载到该管脚中去：对于芯片输出

管脚，能够经过和之相连边界扫描寄存器单元''捕捉"（CAPTURE）该管脚输出信号。这么,

边界扫描寄存器提供了一个便捷方法用于观察和控制所需要调试芯片。

现在较为高级微处理器全部带有JTAG接口，包含ARM7、ARM9、StrongARM、DSP等,

经过JTAG接口能够方便地对目标系统进行测试，同时，还能够实现Flash编程，这是很受

欢迎。

优点：连接简单，成本低,

缺点：特征受制于芯片厂商。

其原理图4.23所表示。

3陀爪由主E

图4.23JTAG调试方法

开发步骤框图：

阶段步骤图文档

可行性分析汇报

现面曰日市场信息反馈八1项目提以不

项目任务书

可行性分析

士饰<，

叱坝任命项目经理+1____________

阶段成立项目团体小组签发项目任务书

1

话史分析汇和

需求分析评审,各部需求分析

需求分析评审汇报

项目产品定义

产品定义>系统分析产品技术规范

总体

1项目开发计划

_______________+_______风险控制计划

计划确定里程碑编制项目计划书质量控制计划

编制质量控制计划------风险控制计划系统分析文档

产品技术总体设计方案

系统分析评审（包含工艺）

系统分析评审汇报

软件设计过程文档

软件硬件结构设计及工艺硬件设计过程文档

设计设计设计制作步骤图设计结构设计过程文档

步骤步骤步骤

手工艺设计过程文档

阶段软件V1.0

软件V1.0PCB工艺说明PCBV1.0

T1设计文档

工艺说明

分单元测试汇报

评审，过程文件归档

装机汇报

装机准备少许装机例试分析汇报

整机测试评定汇报

例试汇报及分析装机汇报整机测试及评定软件FTA版本

硬件FTA版本

设

FTA准备软硬件及工艺调整T2设计文档

质未丸的

计试产汇报

.小批量试产试产准备一例试分析汇报

T2

验整机测试评定汇报

CTA材料软硬件及

例试、整机测试及评定软件CTA版本

FTA下单工艺调整硬件CTA版本

证版本升级

修模

阶

T3设计文档

段CTA准备第二次试产试产准备试产汇报

例试分析汇报

T3

软硬件结整机测试评定汇报

例试、整机测试评定

构及工艺

CTA

调整

量产版本确定＜版本升级

全套DVT汇报

量产

手工下单封样生产工艺准备工艺文件

准备

全套文件归档

阶段

量产量产转移

转移

附录：1、结构设计及制作步骤图

2、软件设计步骤图

3、硬件设计步骤图

结构设计内部评审结构设计修改

结构设计内部评审统计

workingsample配色表

workingsample验收汇报

结构BOM

结构

结构设计外部评审统计

模具制作检讨统计表

设计模具制作申请表

模含有品清单

验证

模具制作注意事项表

工装夹具制作清单

评审

物料进度按排需求表

配色方案表

模具制作进度表

参考文件:

《工业设计步骤》，《ID设计步骤》

附录2.软件设计步骤图：

阶段步骤图表单

—软件需求规格书

软件需求分析（包含技术风险评定）

软件软件开发计划

软件开发风险控制计划

需求软件开发计划和配置管理计划软件测试计划

分析1

软件测试计划

软件具体设计说明书

软件

具体软件设计软件接口设计说明书

软件设计内部评审统计

具体

内部设计评审

设计

单元源代码

编码调试

单元调试汇报

1单元测试用例

单元测试<_编写测试用例单元测试分析汇报

软件集成后软件及源代码

软件集成调试汇报

软件集成/调试

实现软件操作手册

系统测试软件

测试

公布系统测试版本—>软件系统测试系统测试用软件文档

—1软件系统测试分析汇报

—k1公布版本

软件修订

评审后公布并归档

参考文件：

附录3.硬件设计步骤图：

阶段步骤图表单

—硬件需求分析汇报

硬件需求分析（包含技术风险评定）

硬件硬件开发计划

硬件测试计划

需求硬件开发计划和配置管理计划

评定1

硬件测试计划

硬件具体设计说明书

硬件

具体硬件设计硬件电路原理图

硬件BOM

具体

内部设计评审硬件设计内部评审统计

设计

1

PCB数据

PCB毛坯图设计<—关键器＜_LCD认

件采购证步骤器件规格书

硬件子系统软件

PCB布板步骤

装配图

1r硬件单元测试分析汇报

硬件

投板前审查—软件电装总结汇报

硬件系统测试版本

实现1

硬件系统测试分析汇报

<-打样、试产

硬件调试硬件评审验证汇报

测试

公布版本

硬件内部评审—>PCB贴片

I

硬件修改<—整机测试

评审后公布并归档

参考文件:

1、PCB布板步骤图

2、LCD认证步骤图

软件开发规范

SoftwareDevelopmentSpecification

Version:VI.0

Date:-06-22

Preparedby

DocumentRevisionHistory文档修订统计

VERSIONDATEDESCRIPTIONINDIVIDUAL

版本日期内容说明修订人

1.0-06-22初稿

1Introduction介绍

一个成熟稳定组织或团体，能够降低风险，常常地成功地达成目标。成功含义是：按时、预

算内【即符合成本要求】、符合质量要求。换言之，成熟稳定团体，能够避免以下问题：

>组织方面出现问题

>对需求缺乏管现

>缺乏计划和控制

>估算错误

同时，还要在以下多个方面做得比较出色：

>人员调度和工作安排

>工作量估量

>预算管理

>责权分配和平衡

>实施和监控

>沟通

本文档是软件开发规范，努力争取使团体打下•个良好基础，方州逐步成长为成熟稳定团体。

团体需要一个逐步标注、规范开发过程，在这个过程中，团体得到锻炼，组员能力得到提升，

风险得到控制。

关键内容是：

>定义软件开发步骤：

>定义软件开发文档格式；

>定义包含角色；

>定义包含信息；

>描述开发步骤；

1.1Purpose目标

本文档目标是：

统一软件开发团体步骤、文档；

促进团体组员沟通，降低误解；

促进程序员书写易维护代码；

提升代码编写效率；

使每个组员成为一个高效程序员;

1.2Icope范围

本文档，包含：

>项目管理步骤：

■项目策划

■项目追踪

■配置管理

■质量确保

■同行评审

>包含文档：

■项目计划mpp

■需求规格说明书SRS

■Delphi估算

■项目状态汇报

■配置库样式

■Checklist

■评审表

■变更申请表

>开发工具规范；

■数据库设计工具

■功效设计工具

■IDE

■配置工具

1.3Definitions,Acronyms,andAbbreviations.术语，缩略词

>SPP项目策划SoftwareProjectPlanning

>SPTO项目追踪SoftwareProjectTracking&Oversight

>SCM配置管理SoftwareConfigurationManagement

>SQA质量确保SoftwareQualityAssurance

>PR同行评审PeerReview

>BaseLine基线

>SCCB软件配置控制委员会SoftwareConfigurationControlBoard

>CR变更请求ChangeRequest

>SDLC软件开发生命周期SoftwareDevelopmentLifeCycle

>RUP统一开发过程RationalUnifiedProcess

>XP极限【灵敏方法】eXtremeProgramming

>TDD测试驱动TestDrivenDevelopHnent

1.4References引用

《CMM2》

《CMM3》

1.5Overview文档组织

本文档关键分为四大部分：

>概述；

描述了团体组织开发过程高层视图：

>TSP和PSP；

根据团体和个人描述步骤规范;

>工具规范：

描述了开发工具具体规范;

>文档：

包含文档格式:

2TheOverallDescription概述

本部分是开发团体开发过程高层描述。它描述「开发过程规范背景，用来和全部包含各方就

基础过程达成共识。

2.1SoftwareDevelopmentOrRanizinR开发团体组织结构

□0D

说明：1—1表示企业行政部门1——1表示企业

逻辑部门

实线表示参与产品实现组织和人员（不表示所属关系）

虚线表示工作汇报关系，如SQAE向SQA经理汇报。

2.2ProjectBaseProcess项目基础步骤

>项目开启：本阶段关键是进行可行性分析，定义项目，识别需求：

>制订计划：本阶段关键是计划策划，估算工作量，制订具体可实施计划：

>计划实施：本阶段关键是实施计划，完成计划中各项任务，汇报计划状态:

>项目终止：计划实施完戊，总结项目：

2.3CMMBaseProcessCMM基础过程

基础过程说明：

>SCM：软件配置管理，全部活动基础，一切制品必需放入配置库：

>SPP：软件项目策划，估算工作量，制订具体计划【项目标制订计划阶段】:

>SPTO：项目追踪，汇报项目状态，评定并更新计划【项目标计划实施阶段】：

>PR：同行评审，进入基线前提条件，降低风险，提升质量有效手段：

>SQA：质量确保，预防风险有效手段：

2.3.1SCV软件配置管理

配置管理关键处理：

>版本

>变更

2.3.2SPP计划策划

计划策划关键是工作量估算

前日开启

编写项目开发计划书及其相关

2.3.3SPTO项目追踪

个人工作周

软件丽门开为计划

日常讲席跟踪於樵樗生其它绢跟踪

、

总结到现在为止项目开发总

时间进度去

分析和估计

体情况、项F活动进展情况

（通常经过甘特图来表现）、

活动项进展（应尤其关注未

在周例会上向项目组

定时汇报顼日状太

完成活动项）、本阶段好经验

组员传达用户方面信

和经典问题、讨程改善提议、

息、交流项目近期进

图例分里程碑低站

用户方面新要求，项目评审、

展情况、未完成工作、

培训实施情况、项目风险等

工作中存在问题、好

周汇报里程碑汇报

其它方面存在问题，分析在

、乃必知而毁K商国「

乙出现:

并满足下列条件时：

纠正和葫防

造成计划改变原因是

规模、工作量、进度

知道，并清楚计划怎

和关键计算机资源超

需要调整计划么样改变；提议项目

出要求阈值；项目总

进度计划变动是可达

原始计划不再可能达

成：计划和实际任务修改和评审计划

XILO-F-IC

,项目总结汇

项日M结

2.3.4PR同行评审

2.3.5SOA质量确保

2.4SDLC生命周期选择

目前比较成熟稔定SDLC是:

>WaterFall

>RUP

>XP

其中：RUP和XP是迭代式开发过程，风险是可控。

>RUP优点是过程清楚、文档齐全，不过过于庞杂，比较适合大规模团体;

对于中等规模团体来说，应该基于RUP和XP,进行裁剪，找到适合SDLC：

>SDLC关键是：迭代式和TDD

>从全局看：

■Use-CaseDriven用例驱动

■基于Architecture

■迭代和递增

>从微观看：

■TDD测试驱动

■ReFactor重构

■Pair结对编程

2.5DevelopmentProcess开发过程

2.5.1DevelopmentPhase开发阶段

>需求分析阶段

■需求搜集

■需求总结

>总体设计阶段

■总体架构

■布署模型

>概要设计阶段

■模块划分

■数据库设计

>具体设计阶段

■具体实现

编码阶段

■测试用例

■Coding

■单元测试

测试阶段

■测试用例

■测试

■修正

公布阶段

■安装测试

■安装系统

■维护

2.5.2PhaseProduct阶段制品

需求阶段

■SRS：需求规格说明书

总体设计阶段

■总体设计说明书

概要设计阶段

■HLD：概要设计说明可

■DB：数据库设计

■DFD：数据流图

■UI：用户界面

具体设计阶段

■DD：具体设计说明书

编码阶段

■TestCase:测试用例

■Coding：源代码

■UTTestResult：单元测试汇报

测试阶段

■TesiTask：测试任务书

■TestCase：测试用例

■TcsiRcsul〔：测试汇报

■TestApprovals：测试总结

公布阶段

■公布申请书

RoleDuly角色职责

角色责任

研发经理为软件项目提供足够资源.

【研发团体】确保SQA小组独立性.

处理SQA检验时发觉问题.

审批对外承诺。

定时审杳SCM、SQA、项目计划和跟踪相关活动。

要求系统需求；将系统需求分配给硬件、软件和其它成份：要求硬件、

软件和其它成份界面：

监控设计和开发以确保她们符合其规格说明：

代表企业下达任务书。

SA团体负责网络工程计划制订及实施：

负责对用户技术支持和培训：

负责工程服务部内部人员素质和技术培训

负责系统集成工程标识、测试、验收及质量确保：

负责硬件、网络和系统软件产品最终交付