嵌入式系统开发的关键技术

苏珂珂 郑俊珂 王中志 王欣迪

摘要 科学技术的发展，使嵌入式系统的应用范围越来越广泛，这也使许多学者纷纷对嵌入式系统进行大量的研究，从而在很大程度上促进了嵌入式系统的发展，使嵌入式系统的性能得到了极大的提升。本文通过对嵌入式系统进行简要的介绍，明确了嵌入式系统的特点，在此基础上对嵌入式系统开发过程中的关键技术进行了深入的研究。

[关键词]嵌入式系统 系统开发 关键技术

现代化信息技术的不断发展，使各个领域对嵌入式系统的应用需求变得越来越迫切，这使嵌入式系统的开发工作变得越来越重要，并已经全面渗透到了人们的生产生活当中。在以往的嵌入式系统应用中，由于其自身性能较低、功能也不够完善，这使其难以满足人们的处理需求，而编程语言的不断发展，使嵌入系统的开发水平得到了显著提高，嵌入式技术也由此取得了巨大的突破。为此，以下便对嵌入式系统进行简要的介绍。

1 嵌入式系统简介

1.1 系统处理器

在嵌入式系统中设置有三大装置，分别是微型处理器、嵌入式DSP及微控制器，微型处理器位于系统的电路板中，电路板中嵌入有许多功能模块，其通过单片机来对嵌入式系统进行控制，同时在电路板中还扩展有相应的存储器。一般来说，单片机的形状为三菱形的，嵌入式系统中的嵌入式DSP能够对时间离散讯息进行分析，同时还能使嵌入式系统的编程效率得以明显提高。

1.2 系统内核

在嵌入式系统中的相关操作主要是利用内核层来实现。用户在对嵌入式系统的功能进行使用时，嵌入式系统只需调用相应的程序就能够实现。近些年来，嵌入式系统的功能模块数量不断增多，其内核容量同样也有所扩大，而这便使嵌入式系统对图象的处理难度大幅增加，因此需要对内核进行进一步的开发，减少内核内存，在这种形势下，微型内核由此应运而生，通过微型内存的应用，能够使嵌入式系统的操作效率得到极大提高。

1.3 系统内核的加载方式

在嵌入式系统中，其内核的加载方式既可以在Flash中进行直接加载，也可以在内存当中加载运行，在Flash加载中，内核会将可执行的内容烧写至Flash中，当系统启动后，便会对Flash中的某个地址进行执行，该方法是嵌入式系统的主要方法。而内核加载方式则是将内核中的内容进行压缩，然后将相应的压缩文件存储到Flash中，当系统启动后，其会对内存在存储的压缩内容进行解压并执行，虽然该加载方式较为繁琐一些，但其运行速度却要比Flash运行方式更快，这是因为RAM相比于Flash来说，在存取速率方面要更有优势。在嵌入式系统中，由于其内部机制为内存管理，因此系统中的用户程序链接方式为静态链接，其系统内部的内核与应用程序的代码编绎，均是由静态链接所生成的二进制影像文件实现运行的。

2 嵌入式系统开发中的关键技术研究

2.1 开发过程中的相关技术

在嵌入式系统开发过程中，主要包括宿主机与目标机两个部分的开发，宿主机能够对嵌入式系统中的代码编译、定址及链接进行执行，而目标机则是嵌入式系统中的硬件平台。在对嵌入式系统进行开发时，需要将应用程序转换成相应的二进制代码，这些二进制代码能够在目标机中运行。在上述开发过程中，主要可分为三个步骤，分别是编译过程;链接过程与定址过程，其中，嵌入式系统中的交叉编译器能够进行编译，交叉编译器属于一种计算机平台中的代码生成编译器，较为常见的交叉编译器是GNU C/C++ （gcc），它会将所有编译完成的目标文件均和一个目标文件进行链接，这便是链接过程。而定址过程则会在目标文件的各个偏移位置对相应的物理存储器地址进行指定，在定址过程中所生成的文件便是二进制文件。在嵌入式系统调试过程中，主要是利用交叉调试器来进行，其调试方式通常采用宿主机-目标机形势，宿主机与目标机之间的连接是通过以太网或串行口线来实现的，在交叉调试任务中，主要包括任务级调试、汇编级调试与源码级调试，在调试过程中需要将宿主机中存储的系统内核与应用程序分别下载到目标机当中的RAM或ROM当中。当目标机运行后，会对宿主机中的调试器控制命令进行接收，同时配合调试器来对应用程序进行下载、运行与调试，然后将调试信息发送到宿主机当中。

2.2 软件移植技术

在嵌入式系统开发中，软件移植技术无疑是其中的一项关键技术，其是以移植协议来完成软件功能移植的，在移植协议中主要包括三个部分，分别是字节顺序、字节对齐与位段空间分配。在字节顺序中，现有的字节顺序主要包括小段字节与大段字节两种方式，小段字节顺序是依据存储地址中的数据排列顺序来实现的，也就是低地址用于存储低字节数据，高地址则用于存储高字节数据。而大段字节则恰好与小段字节的排序顺序是对调的。在字节对齐方面，现有的字节对齐方式非常多，其主要是以GCC中的MakeFile命令来编译字节，然后对这些字节进行对齐，不过这种对齐方式会存在一些缺陷，因此需要在收数据包位置与发数据位置中分别加入相应的拆包函数与组包函数，以此提高嵌入式系统中软件的互通性与移植性。位段空间分配也是软件移植技术中的重要因素，通常在对位段进行分配时，其顺序应从左至右进行，也有一部分系统是从右向左进行的。通过位段排序来确保嵌入式系统对数据进行准确保存，并利用编程方法来编译位段排序，这样在位段排序过程中只需要将对应的程序进行直接调用即可。

3 结语

总而言之，本文通过对嵌入式系统开发中的关键技术进行深入的研究，可以了解到，嵌入式系统中的设计方法与技术研发与其他系统有着很大的区别，嵌入式系统中的开发平台并不是通用的，它是一种特制的开发平台，这也使嵌入式系统的研发难度往往较大，因此对嵌入式系统研发中的关键技术进行了解与掌握是必不可少的。而研发出性能更佳的嵌入式系统操作平台，更是诸多科研人员追求的共同目标。

参考文献

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