嵌入式软件开发流程

嵌入式系统开发的模式与流程

2007年12月14日 星期五 17:28

1 嵌入式系统的结构

1.1 嵌入式系统的硬件架构

如图5-1所示，为嵌入式系统硬件模型结构，此系统主要由微处理器MPU、外围电路，以及外设组成，微处理器为ARM嵌入式处理芯片，如ARM7TMDI系列及ARM9系列微处理器，MPU为整个嵌入式系统硬件的核心，决定了整个系统功能和应用领域。外围电路根据微处理器不同而略有不同，主要由电源管理模型、时钟模块、闪存FIASH、随机存储器RAM，以及只读存储器ROM组成。这些设备是一个微处理器正常工作所必须的设备。外部设备将根据需要而各不相同，如通用通信接口USB、RS-232、RJ-45等，输入输出设备，如键盘、LCD等。外部设备将根据需要定制。

嵌入式处理系统主要包括嵌入式微处理器、存储设备、模拟电路及电源电路、通信接口，以及外设电路。

1.2嵌入式系统的软件结构

嵌入式系统与传统的单片机在软件方面最大的不同就是可以移植操作系统，从而使软件设计层次化，传统的单片机在软件设计时将应用程序与系统、驱动等全部混在一起编译，系统的可扩展性，可维护性不高，上升到操作系统后，这一切变得很简单可行。

嵌入式操作系统在软件上呈现明显的层次化，从与硬件相关的BSP到实时操作系统内核RTOS，到上层文件系统、GUI界面，以及用户层的应用软件。各部分可以清晰地划分开来，如图5-2所示。当然，在某些时候这种划分也不完全符合应用要求。需要程序设计人员根据特定的需要来设计自己的软件。

板级支持包(Board Support Packet)主要用来完成底层硬件相关的信息，如驱动程序，加载实时操作系统等功能;

实时操作系统层主要就是常见的嵌入式操作系统，设计者根据自己特定的需要来设计移植自己的操作系统，即添加删除部分组件，添加相应的硬件驱动程序，为上层应用提供系统调用；

文件系统、GUI，以及系统管理主要应对需要，即如果需要文件系统及图形界面支持才需要设计，主要是为了应用程序员开发应用程序提供更多更便捷更丰富的API接口；

嵌入式软件开发生命周期

嵌入式软件开发生命周期是指在嵌入式系统开发过程中软件的各个阶段，从需求分析到系统维护，形成一个完整的开发流程。它确保了软件开发的顺利进行，同时也提高了软件质量和可靠性。本文将介绍嵌入式软件开发生命周期的各个阶段及其重要性。

1. 需求分析阶段

在嵌入式软件开发的第一阶段，需要明确系统的功能需求和性能要求。开发团队与客户或用户进行深入交流，确保对系统需求的充分理解。该阶段的关键是准确、清晰地定义系统的功能和性能指标。需求分析的结果将成为软件开发的基础。

2. 系统设计阶段

在这个阶段，开发团队将根据需求分析的结果制定软件系统的整体架构设计方案。系统设计要考虑硬件与软件的协同工作，确保各个组件之间的互联和通信正常顺畅。此外，软件设计还需要考虑到系统的可维护性、可扩展性和可靠性等方面。

3. 软件开发阶段

在软件开发阶段，开发团队根据系统设计方案开始编写软件代码。这个阶段要求开发人员熟悉所使用的编程语言和开发工具，并按照代码规范和质量标准来编写代码。同时，开发团队需要使用调试工具和技术进行软件调试，确保软件的正确性和可靠性。 4. 集成测试阶段

在集成测试阶段，软件开发人员会将各个子系统和模块进行集成，验证软件的交互和整体功能。该阶段旨在发现和解决软件各个组件之间的兼容性和接口问题。集成测试要对每个组件进行测试，并进行全面的系统测试，确保系统整体性能符合预期。

5. 验收测试阶段

在软件开发的最后阶段，验证软件是否满足用户需求以及系统性能是否符合预期。开发团队会与客户或用户一起进行验收测试，并根据测试结果进行修改和优化。验收测试的结果是软件是否能够正式投入使用的决定性因素。

6. 系统维护阶段

在软件交付后的维护阶段，开发团队需要及时响应用户的问题和需求，并进行软件的维护和升级。该阶段的目标是确保软件长期稳定运行，并根据用户的反馈持续改进软件的功能和性能。

总结：

嵌入式软件开发生命周期是一个系统性的开发过程，它将软件开发划分为不同的阶段，以确保软件的正确性、可靠性和可扩展性。每个阶段都有其独特的任务和重要性，需要开发团队的密切合作和高效执行。遵循嵌入式软件开发生命周期，可以有效地管理软件项目，提高开发效率，同时确保最终交付的软件满足用户需求。

从软件工程的角度来说，嵌入式应用软件也有一定的生命周期，如要进行需求分析、系统设计、代码编写、调试和维护等工作，软件工程的许多理论对它也是适用的。

但和其他通用软件相比，它的开发有许多独特之处：

·在需求分析时，必须考虑硬件性能的影响，具体功能必须考虑由何种硬件实现。

·在系统设计阶段，重点考虑的是任务的划分及其接口，而不是模块的划分。模块划分则放在了任务的设计阶段。

·在调试时采用交叉调试方式。

·软件调试完毕固化到嵌入式系统中后，它的后期维护工作较少。

下面主要介绍分析和设计阶段的步骤与原则：

1、 需求分析

对需求加以分析产生需求说明，需求说明过程给出系统功能需求，它包括：

·系统所有实现的功能

·系统的输入、输出

·系统的外部接口需求（如用户界面）

·它的性能以及诸如文件/数据库安全等其他要求

在实时系统中，常用状态变迁图来描述系统。在设计状态图时，应对系统运行过程进行详细考虑，尽量在状态图中列出所有系统状态，包括许多用户无需知道的内部状态，对许多异常也应有相应处理。

此外，应清楚地说明人机接口，即操作员与系统间地相互作用。对于比较复杂地系统，形成一本操作手册是必要的，为用户提供使用该系统的操作步骤。为使系统说明更清楚，可以将状态变迁图与操作手册脚本结合起来。 在对需求进行分析，了解系统所要实现的功能的基础上，系统开发选用何种硬件、软件平台就可以确定了。

对于硬件平台，要考虑的是微处理器的处理速度、内存空间的大小、外部扩展设备是否满足功能要求等。如微处理器对外部事件的响应速度是否满足系统的实时性要求，它的稳定性如何，内存空间是否满足操作系统及应用软件的运行要求，对于要求网络功能的系统，是否扩展有以太网接口等。

对于软件平台而言，操作系统是否支持实时性及支持的程度、对多任务的管理能力是否支持前面选中的微处理器、网络功能是否满足系统要求以及开发环境是否完善等都是必须考虑的。

当然，不管选用何种软硬件平台，成本因素都是要考虑的，嵌入式Linux正是在这方面具有突出的优势。

嵌入式系统设计和开发流程

嵌入式系统是一种集成硬件和软件的计算机系统，用于控制和管理特定设备或系统的操作。嵌入式系统设计和开发的流程可以分为以下几个步骤：

1. 需求分析：在设计和开发嵌入式系统之前，首先需要明确系统的需求和目标。这包括定义系统功能、性能要求、软硬件平台选择和接口需求等。

2. 系统架构设计：根据需求分析的结果，进行系统架构设计。这包括确定系统模块和组件、定义模块之间的接口和交互方式等。

3. 硬件设计：根据系统架构设计，进行硬件设计。这包括电路设计、电路板布局、选型和采购等。

4. 软件开发：根据系统架构设计和硬件设计，进行嵌入式软件的开发。这包括编写嵌入式软件的代码、进行软件测试和调试等。

5. 集成和测试：将硬件和软件进行集成，并进行系统测试。这包括验证系统功能和性能、调试和修复可能的缺陷等。

6. 部署和维护：完成系统开发和测试后，将系统部署到实际应用环境中，并进行系统维护和升级。

在嵌入式系统设计和开发的流程中，需求分析是关键的一步，它决定了整个系统设计的方向和目标。同时，硬件设计和软件开发也是非常重要的步骤，需要团队成员进行密切合作和协调。在整个流程中，测试和验证也是不可忽视的，它可以帮助发现和解决潜在的问题和缺陷。

准确的嵌入式系统设计和开发流程有助于提高开发效率和产品质量，同时也能帮助保证系统的可靠性和稳定性。