第2章 嵌入式系统开发过程.ppt

1、第2章 嵌入式系统开发过程,主要内容,1,3,2,4,嵌入式软件开发的特点,嵌入式软件的开发流程,嵌入式系统的调试,板极支持包,2.1 嵌入式软件开发的特点,嵌入式系统与通用计算机系统的差别： 人机交互界面 有限的功能 时间关键性和稳定性,嵌入式软件开发的特点： 需要交叉开发环境：交叉开发环境是指实现编译、链接和调试应用程序代码的环境。与运行应用程序的环境不同，它分散在有通信连接的宿主机与目标机环境之中。 宿主机(Host)是一台通用计算机，一般是PC机。它通过串口或网络连接与目标机通信。 目标机(Target) 可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能替代实际环境的仿真系统。 引入任务

2、设计方法 需要固化程序 软件开发难度大 嵌入式应用软件对实时性、稳定性、可靠性、抗干扰性等性能的要求都比通用软件的要求更为严格和苛刻。,2.2 嵌入式系统开发的流程,嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程大同小异，但开发所使用的设计方法具有嵌入式开发的特点。整个开发流程可分为： 需求分析阶段 设计阶段 生成代码阶段 固化阶段,需求分析阶段,嵌入式系统应用需求中最为突出的是注重应用的时效性，需求分析阶段的主要任务是： (1)对问题的识别和分析 对用户提出的问题进行抽象识别用以产生以下的需求：功能需求、性能需求、环境需求、可靠性需求、安全需求、用户界面需求、资源使用需求、软件成本与开发进度需求。

3、 (2)制订规格说明文档 经过对问题的识别，产生了系统各方面的需求。通过对规格的说明，文档得以清晰、准确地描述。这些说明文档包括需求规格说明书和初级的用户手册等。 (3)需求评审 需求评审作为系统进入下一阶段前最后的需求分析复查手段，在需求分析的最后阶段对各项需求进行评估，以保证软件需求的质量。需求评审的内容包括正确性、无歧义性、安全性、可验证性、一致性、可理解性、可修改性、可追踪性等多个方面。,设计阶段,系统的设计阶段包括系统设计、任务设计和任务的详细设计。由于嵌入式系统中任务的并发性，嵌入式软件开发中引入了DARTS的设计方法。 DARTS设计方法：是结构化分析/结构化设计的扩展。它给出划

4、分任务的方法，并提供定义任务间接口的机制。 DARTS设计方法的设计步骤如下： (1)数据流分析 (2)划分任务 (3)定义任务间的接口,生成代码阶段,生成代码阶段需要完成的工作包括代码编程、交叉编译和链接、交叉调试和测试等。,代码编程,生成代码阶段,在嵌入式系统的开发过程中，一般采用的方法是先在通用PC上编程，然后通过交叉编译链接，将程序做成目标平台上可以运行的二进制代码格式。最后将程序下载到目标平台上的特定位置，在目标板上启动运行这段二进制代码。,生成代码阶段,交叉编译和链接,嵌入式软件开发编码完成后，要进行编译和链接以生成可执行代码。但是，在开发过程中设计人员普遍使用Intel的x86系

5、列CPU的计算机进行开发，而目标环境的处理芯片却是多种多样的，如ARM，DSP，PowerPC，DragonBall系列等，这就要求开发机上的编译器能支持交叉编译。 嵌入式集成开发环境都支持交叉编译、链接，如WindRiver公司的Tornado以及GNU套件等。交叉编译链接生成两种类型的可执行文件：调试用的可执行文件和固化的可执行文件。,生成代码阶段,交叉调试,交叉调试，又叫远程调试，具有以下特点： 调试器和被调试的程序运行在不同的机器上。调试器运行在PC或工作站上，而被调试程序运行在各式的专用目标机上； 调试器通过某种通信方式与目标机建立联系，如串口、并口、网络、JTAG或者专用的通信方式

6、； 在目标机上一般具有某种调试代理，这种代理能与调试器一起配合完成对目标机上运行程序的调试。这种代理可以是某种能支持调试的硬件，也可以是某种软件； 目标机可以是一种仿真机。通过在宿主机上运行目标机的仿真软件，仿真一台目标机，使整个调试工作只在一台计算机上进行。,测试,嵌入式系统开发的测试与通用软件的测试相似，分为单元测试和系统集成测试。,固化阶段,嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域的，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务的计算机软件。,嵌入式软件的特点如下： (1)软件要求固态化存储。 (2)软件代码要求高质量、高可靠性。 (3)系统软件的高实时性是基本要求。 (4)多任务

7、实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。,总结：嵌入式软件开发的要点,嵌入式应用软件高度依赖目标应用的软硬件环境，软件的部分任务功能函数由汇编语言完成，具有高度的不可移植性。 为了保证实时性能，使用效率高和速度快的汇编语言是不可避免的。 尽可能提高嵌入式应用软件的可移植性方法： (1)尽量用高级语言开发，少用汇编语言 (2)局域化不可移植部分 (3)提高软件的可重用性,2.3 嵌入式系统的调试,嵌入式系统的调试方法： 1源程序模拟器方式 2监控器方式 3仿真器方式,嵌入式系统的调试过程：,源程序模拟器方式,源程序模拟器(Simulator)是在PC机上，通过软件手段模拟执行为某种嵌入式处理器编写

8、的源程序的测试工具。 注意:模拟器的功能毕竟是以一种处理器模拟另一种处理器的运行，在指令执行时间、中断响应、定时器等方面很有可能与实际处理器有相当大的差别。另外，它无法仿真嵌入式系统在应用系统中的实际执行情况。 比如：ARM公司的ARMulator模拟器,监控器方式,监控器(Monitor)调试方式需要目标机与宿主机协调。首先，在宿主机和目标机之间通过串口、以太口等建立物理连接，然后在宿主机上运行调试器，目标机运行监控程序和被调试程序，从而建立宿主机与目标机的逻辑连接。宿主机通过调试器与目标机的监控器建立通信连接，它们相互间的通信遵循远程调试协议。比如ARM公司的Angel。,仿真器方式,仿真

9、器调试方式是在微处理器的内部嵌入额外的控制模块。当特定的触发条件满足时，系统将进入某种特殊状态。在这种状态下，被调试的程序暂时停止运行，宿主机的调试器通过微处理器外部特设的通信口访问各种寄存器、存储器资源，并执行相应的调试指令。 在宿主机的通信端口和目标板调试通信接口之间，通信接口的引脚信号可能存在差异，因此在这两者之间往往可以通过一块信号转换电路板连接。 一般高档的微处理器都带JTAG (Joint Test Action Group,联合测试行动组)接口，它是一种边界扫描标准，只需5根引脚就可以实现在线仿真的功能。,2.4 板级支持包,由于嵌入式系统中采用微处理器微控制器的多样性，嵌入式操作系统的可移植性显得更加重要。所以有些嵌入式操作系统的内核明确分成两层，上层一般称为“内核”，而低层则称为“硬件抽象层” ，底层的缩写是HAL，也有的厂商(如VxWorks的提供者W