湖南大学
硕士学位论文
基于Linux的嵌入式数据采集系统软件设计与实现
姓名：朱少琴
申请学位级别：硕士
专业：电子与通信工程
指导教师：吴桂清;郑小平
20080401
嵌入式系统软硬件架构和开发流程 摘要：嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。本文嵌入式 系统软硬件架构和开发流程进行探讨。 关键词：嵌入式；软硬件架构；开发 1．嵌入式系统定义 嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌 入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有 带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统， 有些嵌入式系统还包含操作系统，有些嵌入式系统是由单个程序实现整个控制逻 辑（裸跑）。嵌入式系统是软件和硬件的综合体，软硬件可裁剪，适应应用系统 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。 2．嵌入式系统的构成 2.1 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设 备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式处理器基础上添加电源 电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系 统和应用程序都可以固化在ROM中。 微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以 选用精简指令系统和复杂指令系统。RISC计算机在通道中只包含最有用的指令， 确保数据通道快速执行每一条指令，从而提高了执行效率并使CPU硬件结构设计 变得更为简单。全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个 系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86等。 嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器等。Cache是一种容量小、速度快的存储器阵列它位于主存和 嵌入式微处理器内核之间，存放的是一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。在需要进行数据读取操作时，微处理器尽可能的从Cache中读取数据，而不 是从主存中读取，这样就大大改善了系统的性能，提高了微处理器和主存之间的 数据传输速率。Cache的主要目标就是：减小存储器（如主存和辅助存储器）给 微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快，实时性更强。 在嵌入式系统中Cache全部集成在嵌入式微处理器内，可分为数据Cache、 指令Cache或混合Cache，Cache的大小依不同处理器而定。一般中高档的嵌入式微处理器才会把Cache集成进去。 主存是嵌入式微处理器能直接访问的寄存器，用来存放系统和用户的程序及 数据。它可以位于微处理器的内部或外部，其容量为256KB~1GB，根据具体的应 用而定，一般片内存储器容量小，速度快，片外存储器容量大。 辅助存储器用来存放大数据量的程序代码或信息，它的容量大、但读取速度 与主存相比就慢的很多，用来长期保存用户的信息。 嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D、D/A，I/O接口，RS-232接口、Ethernet、USB、音频接口、VGA视频输出接口、现场总线、串行外围设备接口和 红外线接等。 2.2中间层 硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层或板级支持包，它将系统
浅析C语言嵌入式系统编程软件设计架构 发表时间：2018-09-04T11:58:13.513Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第10期作者：田壮[导读] 一个方向是自顶向下，从抽象到具体，从最顶层的程序或者逻辑整体描述规范出发向下到具体的操作模块。 美的洗涤电器制造有限公司 528311 摘要：C语言是嵌入式软件开发使用最多的语言，主要是由于C语言兼具高低级语言的特性，简洁高效、灵活方便，支持对硬件的直接操作，但其灵活性也往往会带来复杂的代码管理和维护问题。基于此，本文就从C语言嵌入式系统编程软件设计展开分析。 关键词：C语言；嵌入式系统；编程软件设计 1、系统设计思路 1.1自顶向下与自底向上 一个方向是自顶向下，从抽象到具体，从最顶层的程序或者逻辑整体描述规范出发向下到具体的操作模块，这是目前嵌入式系统应用层开发常用的方法。在嵌入式系统设计过程中，可以将两种方法结合使用，针对硬件的操作采用自底向上，尽可能抽象出所有的元操作，应对不同上层应用的重用要求；在逻辑应用上，则采用自顶向下，对应用逻辑表达进行抽象规范，尽量使得模块划分便于开发实现、重用和维护。 1.2最优模块化 ①紧凑性，封装良好的模块决不互相暴露内部信息，也不去调用其他模块的操作实现，而是通过函数接口来相互通信； ②正交性，任何模块的功能点应当是唯一的、无歧义的，在系统中以确定无疑的方式存在。在纯正交的模块设计中，每一个操作行动只限于该项功能，系统的每一属性只有一条途径改变，不影响其他功能，这有助于将复杂的设计紧凑化。 2、嵌入式系统开发的分层架构 2.1分层原则 ①层次划分兼顾功能颗粒度和重用可能性，每层解决不同的问题，下层要能够为上层应用提供支撑，比如环境温度监测功能，可以从概念上划分为数据采集层、处理层、显示层等，层层递进实现； ②层与层之间的相关性尽量小，确保某一层的软件设计出现问题，只会影响到该层次的上下结构，不会影响到软件系统的整体； ③每层内部按照任务分解、功能优化、重用程度进行模块划分，尽量实现软件功能的高内聚、低耦合。理论上，功能分解得越简单，实现起来越容易，重复使用频次就会越高，但目标过度细化会使设计管理、功能调度的复杂度迅速上升，所以一般划分到概念上能够独立完成一项功能、与其他功能相关性合适的程度。 2.2分层设计方法 首先，采取自顶向下的方法对嵌入式系统应用需求进行梳理，抽象出不同的逻辑功能要求，明确概念层次，再转化成软件层次。 其次，采取自底向上的方法对涉及到的硬件功能进行抽象，应尽可能细化出应用开发需要的硬件操作原语。对于嵌入式系统而言，大量的开发工作是通过软件驱动底层硬件实现相应的专用功能，对硬件功能的封装既有利于降低当前系统开发的复杂度，又便于实现硬件的无关性，提高程序代码的复用性。 再次，采用自顶向下和自底向上相结合的方法，逐层检验相邻层次间的信息交互和调用关系，确保每一个上层的调用都能得到满足。 最后，对每一层的功能进行合并整合，优化功能模块设计，努力实现最优模块化。在实际系统开发中，最优模块化的过程也是对现有程序代码重用的优化选择过程。 2.3分层技术的应用 常见的功能模块划分是围绕中心处理器/控制器来设计系统逻辑架构，采用面向过程的设计思路，区分为输入/输出、应用调度、设备驱动、网络通信等功能模块。这样的划分方式能够充分利用系统的处理能力，进行精细化的存储空间管理，但也带来应用逻辑交叉重复、与硬件依赖关系强等缺点，很难进行功能拓展，代码重用性也较差。 ①应用管理层。主要实现界面交互、业务逻辑调度等功能。 ②算法协议层。主要实现模型算法、协议解析、文件管理、数据库管理等功能，如位置转换计算、罗盘指针方位计算等。 ③功能拓展层。主要实现器件的无关性，提供各种器件的通用性处理、接口访问等功能，如LCD的线、圆、矩形处理，传感器数据转换等功能。 ④硬件驱动层。主要实现硬件的无关性，提供硬件的操作原语功能，如LCD的定位、写点、写字节、传感器数据采集等功能。上述分层设计方案，将同类或相似技术实现的功能进行聚合，减少业务应用、模型算法和硬件操作之间的耦合性，避免功能在分析设计中的交叉混淆，整个应用程序的结构变得更加清晰和灵活，使得一个成熟的模型算法能够支持多个应用逻辑，一个成熟的软件功能模块能够适应不同的硬件环境，提高了软件功能模块的开发效率和可重用性。 3、基于C语言的系统软件设计 3.1代码管理 ①文件目录管理。按照分层原则组织文件目录，主程序文件、全局变量头文件放在根目录，其他文件按照应用管理层、算法协议层、功能拓展层、硬件驱动层分别存放在AppFunc、ModelFunc、HardExt、HardOpt文件夹，所有文件命名遵循统一的规范。如果有第三方的通用函数库，可以建立ComFunc文件夹来存放。这样在开发过程中，可以充分利用分层模型的优势，各层功能的开发人员可以在不同的文件夹内进行并行工作，实现工程化管理。 ②功能模块管理。为了实现模块化设计的高内聚性，应少用或不用全局变量，尽量通过函数参数来传递数据。同一类的业务应用功能、同一硬件的操作功能尽量放在同一文件内实现。上层功能模块的开发可以调用下层功能模块，下层功能模块尽量避免交叉调用或越级调用。
嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。
1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，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、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更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的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以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用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。
第1章 什么是嵌入式系统 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软/硬件可剪裁、适用于对系统功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统的应用领域有哪些列举一些生活中的嵌入式系统实例。 嵌入式系统的应用领域有交通管理、工控设备、智能仪器、汽车电子、环境监测、电子商务、医疗仪器、移动计算、网络设备、通信设备、军事电子、机器人、智能玩具、信息家电等； ①网络设备: 交换机、路由器、Modem 等。 ②消费电子: 手机、MP3、PDA、可视电话、电视机顶盒、数字电视、数码照相机、数码摄像机、信息家电等。 ③办公设备: 打印机、传真机、扫描仪等。 ④汽车电子: ABS (防死锁制动系统)、供油喷射控制系统、车载 GPS 等。 ⑤工业控制: 各种自动控制设备 嵌入式系统的组成有哪些 嵌入式系统一般由硬件层，中间层，软件层三层组成。 嵌入式系统的特点有哪些 嵌入式系统有以下4个特点：系统内核小、专用性强、系统精简、实时性高。 简述嵌入式系统的发展。 嵌入式系统具有以下6个发展趋势：系统工程化、开源化、功能多样化、节能化、人性化、网络化。 常用的嵌入式处理器分为哪几类
常见的嵌入式处理器有一下四类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式 DSP 处理器、嵌入式片上系统。 嵌入式操作系统的特点有哪些 嵌入式操作系统有以下6个特点：系统内核小、专用性强、系统精简、高实时性、多任务的操作系统、需要专用开发工具和环境。 什么是实时操作系统 IEEE 实时 UNIX 分委会认为实时操作系统应具备哪些特点实时操作系统是指在限定的时间内能对过程调用产生正确的响应的操作系统。IEEE 的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具备以下特点：异步的事件响应、切换时间和中断延迟时间确定、优先级中断和调度、抢占式调度、内存锁定、连续文件、同步。 常用的嵌入式操作系统有哪些它们各有什么特点
嵌入式系统设计师 通过本考试的合格人员能根据项目管理和工程技术的实际要求，按照系统总体设计规格说明 书进行软、硬件设计，编写系统开发的规格说明书等相应的文档；组织和指导嵌入式系统开 发实施人员编写和调试程序，并对嵌入式系统硬件设备和程序进行优化和集成测试，开发出符合系统总体设计要求的高质量嵌入式系统；具有工程师的实际工作能力和业务水平。 报名时间：上半年一般在2-3月之间，下半年一般在7-9月之间 考试时间：上半年一般在5-6月，下半年一般在11月 报考条件：1、遵纪守法，恪守职业道德； 2、具有一定计算机技术应用能力。 不限学历和资历条件。 考试报名办法、时间及要求：采取网上报名、现场确认的报名办法。进行网上报名时报考人员必须登陆浙江软件考试网(网址：) ，按报名流程完整、准确输入本人的真实信息，输入 完成后下载打印《2006年下半年计算机技术与软件专业技术资格(水平)考试报考登记表》 (以下简称“报名表”)，在“报名表”上贴上本人同一底版的一寸免冠照片2张(其中一张用于“报名表”，一张备用)，并在“报名表”的诚信声明处确认签字，由市(厅、局) 人事部门汇总后统一到省软件考试实施办公室办理现场确认手续，也可个人直接到各市报名 确认点或省软件考试实施办公室确认。 报考费用：现场确认时报考人员须交网上报名时下载的已经过本人签字确认的“报名表”并 交纳报名考务费。考试收费标准按浙价费〔2001〕189号和发改价格〔2003〕2148号规定，系统分析师和信息系统项目管理师级每人177元(含上缴国家27元)，其他各级每人118 元(含上缴国家18元) 考试要求： (1)掌握计算机科学基础知识； (2)掌握嵌入式系统的硬件、软件知识； (3)掌握嵌入式系统分析的方法； (4)掌握嵌入式系统设计与开发的方法及步骤； (5)掌握嵌入式系统实施的方法； (6)掌握嵌入式系统运行维护知识； (7)了解信息化基础知识、计算机应用的基础知识； (8)了解信息技术标准、安全性，以及有关法律法规的基本知识； (9)了解嵌入式技术发展趋势； (10)正确阅读和理解计算机及嵌入式系统领域的英文资料。 考试范围： 考试科目1:嵌入式系统基础知识 1.计算机科学基础 1.1数制及转换 o二进制、八进制、十进制和十六进制等常用数制及其相互转换 1.2数据的表示 o数的机内表示(原码、反码、补码、移码，定点和浮点，精度和溢出) o字符、汉字、声音、图像的编码方式 o校验方法和校验码(奇偶验码、海明校验码、循环校验码) 1.3算术和逻辑运算
如何正确的设计嵌入式软件架构应该这么做 一 错误的示范 近公司新招了一个做嵌入式软件开发的同事，该同事是从上海的某一个上市公司出来的，因为我们这边人手不够，因此把他安排了去负责一个新产品的研发，前期让他负责加速度计、NB-IOT、舵机、外置Flash的功能测试，测试完成之后，准备让他做一个该产品的概要设计。然后他花了2个星期的时间，给我们写出来一个概要设计，说实话，我看到这个概要设计，我就觉得是刚毕业的大学生写的。版本一的架构设计 2.1系统体系结构系统分为两层：硬件驱动层、应用层。2.1.1硬件驱动层硬件驱动层包含板载硬件资源正常运行所需的所有驱动程序。1)MCU初始化2)I2C数据存取3)SPI数据读取4)加速度计初始化5)蓝牙模块启动6)BC95模块启动7)485通讯模块启动2.2.2应用层1)Mcu运行模式切换2)震动及倾斜3)数据解析4)开/关锁5)数据发送6)历史数据保存 看到版本一的架构设计之后，说实话，我还是第一次见到这样来写架构设计的，居然是以序号来写的，这个让别人读起来，特别的别扭。版本二的架构设计 看到版本二的架构设计之后，虽然颇感欣慰，但是想到达到我们所要求的，还要很大的一段距离，该架构设计，主要有以下几点问题：1.对架构的理解还不是很清晰，既然是做架构设计，那就应该从整体来看，而不是仅仅只是局限于一个模块，或者功能里面。2.还是每个层次的理解也还不是很清晰，比如讲MCU的初始化，归于硬件驱动层里面。MCU 的初始化，严格意义上来说，是属于流程的一部分了，而不是驱动。比如电脑的开启启动，把这个归于硬件的驱动里面，肯定是属于牛头不对马嘴的。3.还有就是各个模块的启动，也是不能属于硬件驱动层的，也都是业务流程的一部分了，都不应该属于驱动层的一部分。 4.还有就是总线数据的读写，虽然驱动的作用也就是读写，但是数据总线的读写不能写成硬件驱动。 5.应用层的系统参数初始化，也还是属于流程。 6.数据的解析和数据的发生，都是属于通信功能里面的，不应该单独独立出来，属于单个的应用。
嵌入式系统架构发展趋势及比较分析 范虎 嵌入式系统已经广泛地应用到当今各个领域，与我们的生活息息相关，小到掌上的数字产品，大到汽车、航天飞机。提到嵌入式系统我们很快会联想到单片机，不错，MCU是最基础和常用的嵌入式系统，但是目前像FPGA、ARM、DSP、MIPS 等其他嵌入式系统应用也越来越广泛。 总的来说，嵌入式系统发展呈现如下特点：·由8位处理向32位过渡·由单核向多核过渡·向网络化功能发展·MCU、FPGA、ARM、DSP等齐头并进·嵌入式操作系统呈多元化趋势，所有的嵌入式处理器都是基于一定的架构的，即IP 核（IntellectualProperty，知识产权），生产处理器的厂家很多，但拥有IP 核的屈指可数。嵌入式系统的架构有专有架构和标准架构之分，在MCU（微控制器）产品上，像瑞萨（Renesas）、飞思卡尔（Freescale）、NEC等都拥有自己的专有IP核，而其他嵌入式处理器都是基于标准架构。 标准的嵌入式系统架构有两大体系，目前占主要地位的是所谓RISC （ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机）处理器。RISC体系的阵营非常广泛，从ARM、MIPS、PowerPC、ARC、Tensilica等等，都是属于RISC 处理器的范畴。不过这些处理器虽然同样是属于RISC体系，但是在指令集设计与处理单元的结构上都各有不同，因此彼此完全不能兼容，在特定平台上所开发的软件无法直接为另一硬件平台所用，而必须经过重新编译。 其次是CISC（ComplexInstructionSetComputer，复杂指令集计算机）处理器体系，我们所熟知的Intel的X86处理器就属于CISC体系，CISC体系其实是比较低效率的体系，但由于其已经被市场长久验证，稳定性高，故常被应用于效能需求不高，但稳定性要求高的应用中，如工控设备等产品。 下面将简单介绍一下几种比较常见的RISC和CISC嵌入式系统架构。 1、RISC家族之ARM处理器 ARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术（IP）核心的处理器，即我们通常所说的ARM处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场。 目前市面上常见的ARM处理器架构，可分为ARM7、ARM9，ARM11以及Cortex 系列。ARM也是嵌入式处理器中首先推出多核心架构的厂商。ARM首个多核心架构为ARM11MPCore，架构于原先的ARM11处理器核心之上。ARM11采用当时最先进的0.13μm制造制程，运行频率最高可达500到700MHz。如果采用90nm制程，ARM11核心的工作频率能够轻松达到1GHz以上—对于嵌入式处理器来说，这显然是个相当惊人的程度。
《嵌入式微处理器结构与应用》 课程设计报告 题目：电子菜单 一、课程设计的目的和主要内容： 目的：《嵌入式微处理器结构与应用》课程设计是软件工程本科专业的专业实践课程，结合在课程中学到的嵌入式系统的开发和调试方法，对学生在嵌入式系统设计和应用开发的基本技能方面进行综合的检验和实践。是学生在学习完《嵌入式微处理器结构与应用》课程之后的一个重要的实践环节。要求学生在教师的指导下，综合运用已学过的嵌入式微处理器相关的各种知识和技能，以小组协作的方式完成一项较为完整、并具有一定难度的课程设计任务。使学生总结本课程的主要知识点，提高学生的实际动手能力，为学生今后进一步学习和从事嵌入式系统相关的研究与开发打下坚实的基础。 内容：基于实时操作系统，学会复杂应用程序的基本开发方法，结合课程实验学到的知识，编写一个能综合应用液晶屏、触摸屏、键盘并结合简单文件系统API函数的界面应用。要求具备基本的三个界面：初始界面、点菜界面、结束界面，基本实现点菜的全过程。 二、基本的设计思路或程序流程图描述: 基于MVC勺设计模式，将程序分成三大独立的部分：模型（逻辑）部分、视图部分、控制部分。这三大部分的关系如下：
程序总流程图:
百度文库-让每个人平等地提升自我 初始化程序， 打开启动画面线程 关闭线程 点菜结束按钮 判断消息 类型 判断操 作类型 判断单 击内容 判断控 件类型 判断该菜单条目 的 状态，进行相应的逻 辑和视图更新 本人负责: 打开线程 界面控件 翻页按钮 加载菜单数据 显示启动动 画 键盘消息 显示点菜结束 画面和总价 程序 菜单条目 进行菜单的上下 滚动 关闭按钮 单击 拉动 重置逻辑数 据，显示最初 的点菜界面 关闭启动画面线程, 显示点菜画面 显示程序结束画 面 进行菜单的翻页 等待系统消息 触摸屏消息 、视图部分:
一、XXXXX-XXX 热压机自动控制系统软件的设计 LCD—液晶显示器，因其具有微功耗、平板化等一系列显著特点而广泛应用于仪器仪表、计算机显示终端、各类电子显示装置等各个方面。LCD的后工序生产工艺包括COG、COF、FOG、FOB，XXX-XXX 热压机正是为FOG段工艺而开发设计的。 XXXXX-XXX热压机自动控制动系统软件（以下简称XXX系统）是由PLC、气动元件和电动元件组成，其特点是通过传感器采集外部信号，输入到PLC内部进行计算处理，以控制外部执行元件，使之完成一系统的机构动作，达到生产所需的工艺要求。 ㈠ XXX 系统的性能和结构 XXX 系统主要由PLC、GOT（触摸屏）、伺服电机、气缸电磁阀、电磁继电器、光电传感器、磁性传感器、温度处理器、温度传感器以及各种按钮组成。 1、XXX 系统的主要性能和技术参数 ●主机电源：Vac-----220VAC/50HZ ●传感器电源：Vdd-----+24V ● PLC接口：40位输入、32位输出、1个RS232通信串口 ●工作温度：－10℃～+55℃ ●存储温度：－20℃～+60℃ 2、XXX 系统的内部地址 XXX 系统的内部地址及主要功能部件： ●输入继电器— X ●输出继电器— Y ●辅助继电器— M ●定时器— T ●计数器— C ●数据寄存器— D ●变址寄存器— Z 3、XXX 系统的外部引线功能定义 XXX 系统共有82根引脚，具体定义如下： ㈡指令描述 XXX 系统主要有如下指令： ㈢人机界面（GOT） 1、参数设置
人机界面(GOT)可用于参数设置和数据的显示(如图所示) 2、手动操作 人机界面亦可制作手动调试所需的各种按键，以替代繁琐的按钮(如图) 3、生产信息 人机界面还可用于显示生产时的各种数据以及PLC内部的信息，比如外部引脚的通断 信息、生产时产生的报警信息等(如下图) ㈣ XXX 系统的接口及编程 1、硬件接口 XXX系统与电脑的接口可以有两种方式：直接控制方式和间接控制方式。直接控制方式就是将PLC的RS232接口直接与电脑的RS232接口对接(如图1-1)；间接控制方式就是将PLC的RS232接口与触摸屏的RS232接口对接，然后将电脑的RS232接口与触摸屏的RS422接口对接，然后对该外设进行间接操作而实现控制(如图1-2)。 2、程式流程方框图 A、系统回原点流程图 B
待定颜色 修改颜色 疑问颜色 采集器软件系统设计方案 版本历史
目录 1．引言 (5) 1.1 目的 (5) 1.2 背景和范围 (5) 1.3 定义 (5) 1.4 参考资料 (5) 2．系统结构 (5) 2.1 系统功能 (5) 2.2硬件系统框架 (6) 2.2 软件系统框架 (7) 3．上行规约解析模块设计说明 (9) 3.1描述 (9) 3.2功能 (9) 3.3设计思路（算法、流程） (9) 3.4接口 (10) 3.5资源分配、性能 (12) 3.6测试方法 (12) 4．读写参数模块设计说明 (12) 4.1描述 (12) 4.2功能 (12) 4.3设计思路（算法、流程） (13) 4.4接口 (13) 4.5资源分配、性能 (14) 4.6测试方法 (14) 5．周期抄表任务管理 (14) 5.1描述 (14) 5.2功能 (14) 5.3设计思路（算法、流程） (14) 5.4接口 (14) 5.5资源分配、性能 (14) 5.6测试方法 (15) 6．读历史电量数据模块设计说明 (15) 6.1描述 (15) 6.2功能 (15) 6.3设计思路（算法、流程） (15) 6.4接口 (15)
6.5资源分配、性能 (15) 6.6测试方法 (15) 7．数据存储和电表信息存储管理 (15) 7.1描述 (15) 7.2功能 (16) 7.3设计思路（算法、流程） (16) 7.4接口 (20) 7.5资源分配、性能 (20) 7.6测试方法 (20) 8．数据交换模块设计说明 (21) 8.1描述 (21) 8.2功能 (21) 8.3设计思路（算法、流程） (21) 8.4接口 (21) 8.5资源分配、性能 (21) 8.6测试方法 (21) 9．广播校时任务模块设计说明 (21) 9.1描述 (21) 9.2功能 (22) 9.3设计思路（算法、流程） (22) 9.4接口 (22) 9.5资源分配、性能 (22) 9.6测试方法 (22) 10．更改RS485通讯速率设计说明 (23) 10.1描述 (23) 10.2功能 (23) 10.3设计思路（算法、流程） (23) 10.4接口 (23) 10.5资源分配、性能 (23) 10.6测试方法 (23) 11．抄表记录周期任务设计说明 (23) 11.1描述 (23) 11.2功能 (23) 11.3设计思路（算法、流程） (23) 11.4接口 (23) 11.5资源分配、性能 (24)
模块划分 模块划分的"划"是规划的意思，意指怎样合理的将一个很大的软件划分为一系列功能独立的部分合作完成系统的需求。C语言作为一种结构化的程序设计语言，在模块的划分上主要依据功能（依功能进行划分在面向对象设计中成为一个错误，牛顿定律遇到了相对论），C语言模块化程序设计需理解如下概念： （1）模块即是一个.c文件和一个.h文件的结合，头文件(.h)中是对于该模块接口的声明； （2）某模块提供给其它模块调用的外部函数及数据需在.h中文件中冠以extern关键字声明； （3）模块内的函数和全局变量需在.c文件开头冠以static关键字声明； （4）永远不要在.h文件中定义变量！定义变量和声明变量的区别在于定义会产生内存分配的操作，是汇编阶段的概念；而声明则只是告诉包含该声明的模块在连接阶段从其它模块寻找外部函数和变量。如： 以上程序的结果是在模块1、2、3中都定义了整型变量a，a在不同的模块中对应不同的地址单元，这个世界上从来不需要这样的程序。正确的做法是： 这样如果模块1、2、3操作a的话，对应的是同一片内存单元。 一个嵌入式系统通常包括两类模块： （1）硬件驱动模块，一种特定硬件对应一个模块； （2）软件功能模块，其模块的划分应满足低偶合、高内聚的要求。 多任务还是单任务 所谓"单任务系统"是指该系统不能支持多任务并发操作，宏观串行地执行一个任务。而多任务系统则可以宏观并行（微观上可能串行）地"同时"执行多个任务。 多任务的并发执行通常依赖于一个多任务操作系统（OS），多任务OS的核心是系统调度器，它使用任务控制块（TCB）来管理任
务调度功能。TCB包括任务的当前状态、优先级、要等待的事件或资源、任务程序码的起始地址、初始堆栈指针等信息。调度器在任务被激活时，要用到这些信息。此外，TCB还被用来存放任务的"上下文"（context)。任务的上下文就是当一个执行中的任务被停止时，所要保存的所有信息。通常，上下文就是计算机当前的状态，也即各个寄存器的内容。当发生任务切换时，当前运行的任务的上下文被存入TCB，并将要被执行的任务的上下文从它的TCB中取出，放入各个寄存器中。 嵌入式多任务OS的典型例子有Vxworks、ucLinux等。嵌入式OS并非遥不可及的神坛之物，我们可以用不到1000行代码实现一个针对80186处理器的功能最简单的OS内核，作者正准备进行此项工作，希望能将心得贡献给大家。 究竟选择多任务还是单任务方式，依赖于软件的体系是否庞大。例如，绝大多数手机程序都是多任务的，但也有一些小灵通的协议栈是单任务的，没有操作系统，它们的主程序轮流调用各个软件模块的处理程序，模拟多任务环境。 单任务程序典型架构 （1）从CPU复位时的指定地址开始执行； （2）跳转至汇编代码startup处执行； （3）跳转至用户主程序main执行，在main中完成： a.初试化各硬件设备； b.初始化各软件模块； c.进入死循环（无限循环），调用各模块的处理函数 用户主程序和各模块的处理函数都以C语言完成。用户主程序最后都进入了一个死循环，其首选方案是： 有的程序员这样写： 这个语法没有确切表达代码的含义，我们从for(;;)看不出什么，只有弄明白for(;;)在C语言中意味着无条件循环才明白其意。 下面是几个"著名"的死循环： （1）操作系统是死循环； （2）WIN32程序是死循环； （3）嵌入式系统软件是死循环； （4）多线程程序的线程处理函数是死循环。 你可能会辩驳，大声说："凡事都不是绝对的，2、3、4都可以不是死循环"。Yes，you are right，但是你得不到鲜花和掌声。实际上，这是一个没有太大意义的牛角尖，因为这个世界从来不需要一个处理完几个消息就喊着要OS杀死它的WIN32程序，不需要一个刚开始RUN就自行了断的嵌入式系统，不需要莫名其妙启动一个做一点事就干掉自己的线程。有时候，过于严谨制造的不是便利而是麻烦。君不见，五层的TCP/IP协议栈超越严谨的ISO/OSI七层协议栈大行其道成为事实上的标准？ 经常有网友讨论： 等类似问题。面对这些问题，我们只能发出由衷的感慨：世界上还有很多有意义的事情等着我们去消化摄入的食物。 实际上，嵌入式系统要运行到世界末日。 中断服务程序 中断是嵌入式系统中重要的组成部分，但是在标准C中不包含中断。许多编译开发商在标准C上增加了对中断的支持，提供新的关
关键字：嵌入式系统设计 ARM FPGA多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展，嵌入式技术应用范围的急剧扩大。本文介绍了一种基于ARM和FPGA，从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus)MVB??B嵌入式系统的设计和实现。 系统设计和实现 通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下： 1.确定嵌入式系统的需求； 2.设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统，开发平 台以及软硬件的分割和总体系统集成； 3.详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发； 4.软硬件的联调和集成； 5.系统的测试。 一、步骤1：确定系统的需求： 嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的，市场应用是嵌入 式系统开发的导向和前提。一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。 1、MVB总线简介 列车通信网（Train Communication Network,简称TCN）是一个集整列列车内 部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准 （IEC－61375-1）, 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB)和多功能车厢总线(MVB)。 TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络。在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点： 拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式，吸取了ISO的标准。支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。简单的传感器和智能站共存于同一总线上。 数据类型：MVB总线支持三种数据类型：
53582009,30(23)计算机工程与设计Computer Engineering and Design 0引言 随着后PC 时代的来临，嵌入式设备已经越来越多地应用于各个领域，尤其在32位嵌入式微处理器出现后，嵌入式操作系统与其结合而产生的嵌入式系统，具备更好的稳定性和开放性，在各行业技术革新中发挥着重要作用。然而嵌入式系统作为一种紧凑型专用计算机，受系统资源限制，其软件的开发不同于普通台式计算机，随着需求的发展和应用的复杂，嵌入式系统的软件开发面临着一些共性的问题[1]： (1)从软件开发过程看，为了节约系统资源消耗，嵌入式应用软件基本采用面向过程的开发方式，代码复用度低，在面对复杂的多任务应用功能实现时，很难展开并行的开发和调试，这是限制嵌入式应用软件开发效率的一个重要因素。 (2)嵌入式应用软件常需要对硬件驱动接口进行操作，而嵌入式设备应用对象千差万别，多种多样的嵌入式操作系统 之间兼容性差，往往需要针对不同的硬件编写操作系统内核移植代码。 (3)在工程应用中，许多嵌入式软件进行代码升级、功能扩展时，需要向嵌入式操作系统平台做代码移植。 领域工程和应用工程中，基于复用的软件生产技术是其关键技术[2]。然而上述问题造成了嵌入式软件开发效率低，开发周期长，且影响了产品的可靠性、移植能力和市场响应能力。目前嵌入式软件开发需要很好解决以下问题： (1)软件复用问题，包括功能代码复用和过程代码复用。(2)抽象层开发问题，包括目标硬件平台的抽象层开发和操作系统抽象层开发。 通过研究和项目实践，本文提出一种面向嵌入式应用的新的软件系统结构解决方案，以改进的层模式软件架构和基于ICS 消息总线的功能模块进程化开发模式，来解决以上问题。 收稿日期：2009-01-05；修订日期：2009-02-26。 嵌入式系统工程
嵌入式软件开发模式与软件架构研究 摘要随着国家的快速发展，科学技术的不断进步，对嵌入式软件也有更高要求。所以，本文基于对嵌入式软件开发模式与软件架构研究。首先，对嵌入式软件开发模式与软件架构面临的复用度较低、硬件驱动存在差异、开发效率低问题进行相应阐述。然后，对嵌入式软件开发模式以及软件架构进行研究分析。最后，要保证嵌入式软件系统安全性与可靠性，如此才能为不同用户带来更多便利。 关键词嵌入式软件;开发模式;软件架构 近年来，随着科学技术的快速进步，我国嵌入式软件开发以及构建正在飞速发展，并且朝着更好的方向迈进。嵌入式软件能够应用在各类多媒体终端设备中，为其提供便利条件，所以嵌入式软件被广泛应用。随着生活水平的提高，人们对嵌入式软件的功能以及性能等有了更高要求。嵌入式软件由于受到各类因素影响，在开发模式以及软件架构中仍然存在诸多问题。如何做好嵌入式软件开发模式以及软件架构，是人们如今面临的一个重要问题，本文将针对嵌入式软件开发模式与软件架构中面临问题等进行相应阐述。 1 嵌入式软件开发模式与软件架构面临问题 1.1 复用度较低 嵌入式软件在开发过程中，为有效降低系统资源的消耗，嵌入式软件在代码复制时，最终面对是各个用户在使用过程中存在的问题[1]。这种情况的产生，将会导致嵌入式软件代码复用度低。嵌入式软件在实际应用过程中，很难同时满足用户多种需求。而这一问题也是嵌入式软件在开发与软件架构中需要尽快解决的困难。 1.2 硬件驱动存在差异 嵌入式软件在实际操作过程中，需要与硬件驱动接口展开对接。但是由于不同对象硬件驱动之间存在差异，所以需要各个设备在与嵌入式软件接口对接过程中具备较强兼容性。因此嵌入式软件在开发时，需要对最为常见的接口对接硬件才做系统展开代码编写。 1.3 开发效率低 嵌入式软件在实际使用时，为使软件本身存在问题、用户各种需求得到有效解决，同时使嵌入式软件的安全性、工作质量以及工作效率等得到有效保障。针对被嵌入的操作系统中需要展开代码植入，从而使嵌入式软件在使用时，效率问题能够得到有效解决。但是在嵌入式软件研发过程中，将会对嵌入式软件开发效率以及开发周期等产生影响。
软件设计说明书嵌入式 软件范例 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
一、XXXXX-XXX 热压机自动控制系统软件的设计 LCD—液晶显示器，因其具有微功耗、平板化等一系列显着特点而广泛应用于仪器仪表、计算机显示终端、各类电子显示装置等各个方面。LCD的后工序生产工艺包括COG、COF、FOG、FOB，XXX-XXX 热压机正是为FOG段工艺而开发设计的。 XXXXX-XXX热压机自动控制动系统软件（以下简称XXX系统）是由PLC、气动元件和电动元件组成，其特点是通过传感器采集外部信号，输入到PLC内部进行计算处理，以控制外部执行元件，使之完成一系统的机构动作，达到生产所需的工艺要求。 ㈠ XXX 系统的性能和结构 XXX 系统主要由PLC、GOT（触摸屏）、伺服电机、气缸电磁阀、电磁继电器、光电传感器、磁性传感器、温度处理器、温度传感器以及各种按钮组成。 1、XXX 系统的主要性能和技术参数 ●主机电源：Vac-----220VAC/50HZ ●传感器电源：Vdd-----+24V ● PLC接口：40位输入、32位输出、1个RS232通信串口 ●工作温度：－10℃～+55℃ ●存储温度：－20℃～+60℃ 2、XXX 系统的内部地址 XXX 系统的内部地址及主要功能部件： ●输入继电器— X ●输出继电器— Y ●辅助继电器— M ●定时器— T ●计数器— C ●数据寄存器— D ●变址寄存器— Z
3、XXX 系统的外部引线功能定义 XXX 系统共有82根引脚，具体定义如下：
㈡指令描述 XXX 系统主要有如下指令：
基于RTOS的嵌入式系统软件设计 ------太阳能逆变器软件开发 周玲1,2 (1.江南大学信息工程学院，江苏无锡214100；2.无锡商业职业技术学院，江苏无锡214153)摘要：太阳能逆变器等电力电子变化器是典型的嵌入式系统。本文针对此类嵌入式系统软件的特点，提出采用RTOS进行软件开发。在软件开发流程的基础上，分析了系统需求，并在TI BIOS实时操作系统上进行系统建构设计。在一台采用DSP28335控制芯片的100kW太阳能逆变器样机上的试验结果表明：该软件设计方法具有开发周期短，移植性强，可靠性高等优点。 关键词：实时操作系统；太阳能逆变器；状态图 Embedded system software design based on RTOS Abstract: PV inverter is one of the typical embedded systems. According to its characteristics, this paper designs its software on real time operation system. After analyze requirements, architecture design is done on TI BIOS. The scheme is realized in a 100kW PV inverter based on a TMS320F28335 DSP. The result demonstrated that this scheme has short development period, easy implanted characteristic, and high reliability. Key words:RTOS; PV inverter; state-chart 引言 嵌入式系统是执行专用功能并被内部计算机控制的设备或系统，操作系统以及应用软件集成于计算机硬件系统之中，即系统的应用软件和系统的硬件一体化，嵌入式系统具有软件代码少，高度自动化，响应速度快等特点，特别是适合于要求实时和多任务处理的情况[1]。随着数字化在电力电子领域的渗透，软件系统开发越来越成为整个系统开发的制约因素。在UPS，太阳能逆变器等领域，数字化控制已成为行业标准，但绝大多数系统都是基于前后台的设计思想。不但设计开发周期长，可移植性也很差，维护性也很成问题，同样不利于大规模的开发。本文将运用软件开发理论，首先从需求开发开始，在基于TI提供的BIOS，对太阳能逆变器软件系统进行开发设计。 1．太阳能逆变器的整体设计 太阳能逆变器系统的总体结构如图1所示。该系统的主要任务是在电网正常情况下，尽可能的将太阳能电池直流电压的能量转换为交流电送入电网。采集电网和电池板的信号，使其变换成DSP 的输入标准电压0到3.3V，DSP控制器通过对采集来的信号进行分析，正确的发出动作指令，控制系统的各部件，并通过通讯接口向监控计算机发送相关数据，实现远程监控管理。系统构成主要包括DSP 及其外围电路所构成的控制系统，液晶显示电路，接触器，直流交流变换器。系统的整体结构如图1： 图1. 太阳能逆变器总体结构 核心控制芯片控制器采用TI公司推出的业界首款浮点TMS320F28335 DSP，它具有150MHz高速处理能力，具备32位浮点处理单元，单指令周期32位累加运算，可满足应用于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求[2,3]。同时TI 公司从28系列开始，提供BIOS操作系统。CCS系列中的最新版本，有很多既方便又强大的功能。主要包括：①支持同时载入多个工程文件②增加了单步调试命令③编译器有所加强，对语法的检查更加严格④通过建立库工程，支持编译函数文件成为库文件。 2．软件的需求开发 本系统的开发遵从CMMI软件开发流程，基