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嵌入式系统及应用研究方向嵌入式系统是指将计算机技术应用于各种终端设备中，通过嵌入的方式实现特定功能的计算机系统。
嵌入式系统广泛应用于家用电器、通信设备、医疗设备、交通工具等各个领域，并且随着科技的发展，嵌入式系统的研究方向也不断拓展。
以下是对嵌入式系统及应用研究方向的探讨。
一、嵌入式系统的基础研究方向：1. 硬件设计与控制：嵌入式系统的硬件设计是其基础，包括电路设计、片上系统设计、芯片设计等。
在硬件控制方面，研究人员不仅需要了解各种传感器、执行器等硬件设备的工作原理，还需考虑如何设计高效稳定的控制算法和电路设计，以实现设备的自动化控制。
2. 嵌入式操作系统与驱动开发：嵌入式系统通常需要使用专门的操作系统和驱动程序来管理和控制硬件设备。
研究方向主要包括操作系统的内核设计与实现、驱动程序的开发与优化，以及嵌入式操作系统与硬件设备的兼容性研究等。
3. 实时系统与软件可靠性：嵌入式系统中许多应用要求对系统的实时性能和可靠性有较高的要求。
研究方向主要包括实时任务调度算法的设计与优化、系统实时性能的测评与测试、软件工程与可靠性设计等。
4. 嵌入式软件开发：嵌入式软件开发是嵌入式系统的核心内容之一。
研究方向主要包括嵌入式软件架构设计、嵌入式编程语言和工具的研发、嵌入式软件测试与调试等。
5. 网络与通信技术在嵌入式系统中的应用：随着互联网的普及和物联网的兴起，嵌入式系统越来越多地与外界进行数据交互和通信。
研究方向主要包括网络协议的适配与性能优化、嵌入式系统的远程监控与管理、嵌入式系统的安全性与隐私保护等。
二、嵌入式系统的应用研究方向：1. 智能家居与物联网：智能家居是指通过嵌入式系统和物联网技术实现家庭设备的智能化管理和控制。
研究方向主要包括家庭设备的集成与互操作、智能家居系统的安全性与可靠性、以及智能家居与能源管理、健康监测等领域的结合等。
2. 智能交通与车联网：智能交通系统以及车联网是嵌入式系统的另一个重要应用领域。
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:a.过程数据：过程变量表示列车的状态，如速度、电机电流、操作员的命令。
嵌入式系统的设计和实现嵌入式系统是指集成了计算机芯片、控制器、传感器等硬件设备的特殊电子设备系统。
它通常运行在一些资源受限的嵌入式处理器上，具有实时性、可靠性、成本低廉等特点。
如今，随着信息技术的迅速发展，嵌入式系统已经广泛应用在各种领域，例如智能家居、智能交通、智能医疗等。
嵌入式系统设计开发的核心，在于硬件电路的设计和程序代码的编写。
本文将从嵌入式系统的设计和实现两个方面，探讨如何开发一款成功的嵌入式系统。
一、嵌入式系统的设计1.硬件电路设计嵌入式系统的硬件设计是系统整体性能的基础，是开发过程中必不可少的一步。
在设计硬件电路时，需要首先了解嵌入式系统所需的硬件组件，比如处理器、存储器、输入输出设备、传感器等。
其次，需要根据设计目标和系统要求，选择合适的硬件设备，并将其组合成合理的电路结构。
最后，需要完成电路设计的的绘制及原理图、PCB的布线等工作。
在这个过程中，设计者需要考虑功耗、散热、成本等多个因素。
2.软件设计嵌入式系统的软件设计是嵌入式系统开发的重中之重。
在软件设计方面，需要仔细考虑嵌入式系统的程序架构及程序设计模式，比如事件驱动模型或多任务模型。
同时，需要考虑系统的实时性和稳定性，确保系统代码的质量和可靠性。
在软件设计过程中，需要使用一些工具和开发环境，如Keil、IAR、Eclipse等集成开发环境。
3.测试与调试测试和调试是嵌入式系统开发的重要环节，只有将系统进行充分测试与调试，才能保证系统的正确性和稳定性。
在测试过程中，需要首先进行各个模块的单元测试，以验证系统的功能是否正常。
然后进行集成测试，交叉验证各个模块的协同工作是否正常。
最后进行耐久性测试和压力测试，确保系统能够在各种恶劣环境环境下正常运行。
二、嵌入式系统的实现1. 系统内核系统内核是嵌入式操作系统的核心，也是嵌入式系统的核心。
系统内核需要提供一个可靠的执行环境和一些重要的操作系统服务，如任务管理、内存管理、中断管理、设备驱动程序和通讯协议等。
嵌入式系统开发中的常见问题与解决方案嵌入式系统已成为现代科技应用的基石，几乎涉及到我们日常生活中的方方面面。
从手机到家电，从汽车到医疗设备，嵌入式系统无处不在。
然而，在嵌入式系统开发的过程中，常常面临着各种挑战和困扰。
本文将探讨一些嵌入式系统开发中常见的问题，并提供相应的解决方案。
问题一：处理器选择与性能优化嵌入式系统的核心是处理器的选择和性能优化。
一方面，开发人员需要根据系统的要求选择适当的处理器，考虑功耗、性能、成本等因素。
另一方面，处理器性能的优化也是一个重要的任务。
为了提高系统的性能，可以采取以下措施：1. 合理利用处理器的并发性能，根据系统需求选择合适的多核处理器；2. 优化算法和数据结构，尽量减少处理器的计算压力；3. 采用硬件加速技术，如使用硬件加速的图形处理器（GPU）来处理图像；4. 对系统进行优化编译，提高代码执行效率。
问题二：内存管理与资源利用嵌入式系统的内存资源通常比较有限，有效的内存管理和资源利用是开发过程中的关键问题。
以下是一些解决方案：1. 使用编程技术，如动态内存分配和对象池管理，合理分配和回收内存；2. 采用触发式的内存管理策略，及时释放不再使用的内存资源；3. 对关键数据和代码进行优化，减小内存占用空间；4. 使用压缩算法对数据进行压缩，减小存储空间占用。
问题三：实时性与响应性要求许多嵌入式系统需要满足实时性和响应性要求，即在规定的时间内产生响应。
为了解决实时性问题，可以考虑以下措施：1. 使用实时操作系统（RTOS），提供实时任务调度和中断处理机制；2. 优化关键任务的代码，减少执行时间；3. 使用硬件加速技术和并行处理来提高系统的响应速度；4. 对任务进行优先级管理，确保关键任务的及时响应。
问题四：通信与网络连接嵌入式系统通常需要进行通信和网络连接，与其他设备进行数据交换和远程控制。
以下是解决通信与网络连接的一些方法：1. 选择合适的通信协议和接口，如UART、SPI、I2C等；2. 使用高效的通信机制，如消息队列、信号量等，确保数据传输的可靠性和实时性；3. 采用网络通信技术，如以太网、Wi-Fi和蓝牙等，与其他设备进行远程通信和控制；4. 设计适当的网络协议和安全机制，保护系统数据的安全性。
嵌入式实时操作系统简介嵌入式实时操作系统简介一：引言嵌入式实时操作系统（RTOS）是一类特殊的操作系统，用于控制和管理嵌入式系统中的实时任务。
本文将介绍嵌入式实时操作系统的基本概念、特点和应用领域。
二：嵌入式实时操作系统的定义1. 实时操作系统的概念实时操作系统是一种能够处理实时任务的操作系统。
实时任务是指必须在严格的时间约束内完成的任务，例如航空航天、工业自动化和医疗设备等领域的应用。
2. 嵌入式实时操作系统的特点嵌入式实时操作系统相比于通用操作系统具有以下特点：- 实时性：能够满足严格的时间要求，保证实时任务的及时响应。
- 可靠性：具备高可用性和容错能力，能够保证系统的稳定运行。
- 精简性：占用资源少，适应嵌入式系统的有限硬件资源。
- 可定制性：能够根据具体应用需求进行定制和优化。
三：嵌入式实时操作系统的体系结构1. 内核嵌入式实时操作系统的核心部分，负责任务和资源管理、中断处理和调度算法等。
- 任务管理：包括任务的创建、删除、挂起和恢复等。
- 资源管理：包括内存、文件系统、网络资源等的管理。
- 中断处理：负责中断的响应和处理。
- 调度算法：根据任务的优先级和调度策略进行任务的调度。
2. 设备管理嵌入式实时操作系统需要与各种外设进行通信和交互，设备管理模块负责管理设备驱动、中断处理和设备的抽象接口等。
3. 系统服务提供一系列系统服务，例如时钟管理、内存管理和文件系统等，以支持应用程序的运行。
四：嵌入式实时操作系统的应用领域嵌入式实时操作系统广泛应用于以下领域：1. 工业自动化：用于控制和监控工业设备和生产过程。
2. 航空航天：用于飞行控制、导航和通信系统。
3. 交通运输：用于车辆控制和交通管理。
4. 医疗设备：用于医疗仪器和设备控制和数据处理。
附件：本文档附带示例代码和案例分析供参考。
注释：1. 实时任务：Real-Time Task，简称RTT。
2. 嵌入式系统：Embedded System，简称ES。
２０１３年第０１期 计算机光盘软件与应用 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 软件设计开发 嵌入式操作系统中设备管理和驱动程序的开发 张浩 （陕西宝成航空仪表有限责任公司，陕西宝鸡７２１００６）
摘要：随着计算机技术的飞速发展，嵌入式操作系统广泛用于航空航天、工业控制、通讯等领域。其主要通过对计 算机及机电系统接口的管理来实现对其它设备的控制、监视和管理功能。本文介绍了中断技术、缓冲技术、通道技术以 及ＤＭＡ技术等四种嵌入式操作系统设备管理。并通过虚拟仪器ｌａｂｖｉｅｗ程序设计对嵌入式操作系统驱动程序进行了开发 设计。 关键词：嵌入式操作系统；设备管理；设备驱动程序开发 中图分类号：ＴＰ３６８．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９５９９（２ｏ１ ３）Ｏ１—０２５１—０２
１ 嵌入式操作系统及其硬件设备 嵌入式操作系统（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｏｐｅｒｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，简称： ＥＯＳ），是指在嵌入式系统中包含有操作系统的计算机系 统，它是嵌入式系统设计的核心，是控制、辅助系统运行 的重要单元。其主要包括软件层和硬件层。典型的嵌入式 系统如图１所示； ＥＯＳ常见主要有ｗｉｎｄｏｗｓ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ操作系统、嵌入 式Ｌｉｎｕｘ操作系统、ｖｘｗｏｒｋｓ操作系统、手机类的Ａｎｄｒｏｉｄ 操作系统、手机类ｉＯＳ操作系统、ｕＣｌｉｎｕｘ系统等。ＥＯＳ 可以分为实时性嵌入式操作系统以及非实时性嵌入式操 作系统。实时性主要是针对通信领域以及控制方面来进行 的，非实时性则主要是针对消费类进行的。硬件层主要包 括嵌入式处理器以及嵌入式外围设备，嵌入式处理器主要 包括微处理器、微控制器、ＤＳＰ处理器（即数字信号处理 器）、嵌入式片上系统芯片等具有控制功能的硬件设备。 嵌入式外围设备则是指除了嵌入式微处理器之外的硬件 设备，主要包括用于存储功能的存储设备、用于通信连接 功能的通讯设备以及显示类设备等。 ２嵌入式操作系统中设备管理 Ｅ０Ｓ中设备管理主要是指对嵌入式操作系统中的嵌 入式处理器（包括微处理器、微控制器、ＤＳＰ处理器以及 嵌入式片上系统芯片）以及嵌入式外围设备进行管理。嵌 入式外围设备具体包括：ＲＯＭ存储器、ＲＡＭ存储器、 ＳＲＡＭＤＲＡＭ存储器、ＦＬＡＳＨ存储器、ＥＰＲＯＭ存储器、 嵌入式计算机与机电系统接口（如串口、以太网接口、Ｉ２Ｃ 接口、ＵＳＢ接口以及红外接口等）、触摸屏幕、ＬＣＤ显示 屏幕等。嵌入式微处理器的设计是基于计算机系统的处理 器进行的，主要包括Ｐｏｗｅｒ ＰＣ、Ａｍｌ８６／８８、ＡＲＭ等；嵌 入式微控制器多用于工业方面的控制，实现嵌入式微控制 器扩展功能的模块主要包括Ｉ／Ｏ接口、Ｄ／Ａ与Ａ／Ｄ转换 接口等。嵌入式片上系统芯片主要包括ＣＰＵ单元（中央 一２５】一 处理器）、外部电路、外部接口、存储模块等。 对设备进行管理的目的主要有两方面：第一是通过对 设备的管理使设备的利用率得到提高；第二是通过对设备 的管理使得操作系统更简洁、友好，有利于操作方式简便、 统一。首先关于设备的利用率，是通过中断技术、缓冲技 术、通道技术以及ＤＭＡ技术等对系统各种设备统一管理， 可以提高Ｉ／Ｏ接口以及ＣＰＵ等运行效率。 在计算机应用中，ＥＯＳ的设备管理即是对计算机进行 控制，本文主要从计算机控制角度介绍ＥＯＳ的设备管理。 计算机设备控制管理技术是一种主要作用于嵌入式计算 机及机电系统接口应用中的技术，主要包括中断技术、缓 冲技术、通道技术以及ＤＭＡ技术等。中断技术是指在嵌 入式系统中，通过中断驱动的方式对Ｉ／Ｏ接口进行管理控 制，流程是检测Ｉ／Ｏ接口控制器所处状态，或出错或准备 就绪、读取指令，然后向ＲＡＭ写入指令，或传送完成或 没有完成，没有完成便向Ｉ／Ｏ接口控制器发送一条指令； 缓冲技术可以用来减少ＣＰＵ与Ｉ／Ｏ接口匹配不符的矛盾， 缓冲系统主要分为硬件缓冲以及软件缓冲，硬件缓冲是指 用作缓冲器功能的专用寄存器，软件缓冲是指ＥＯＳ中划 出的用于缓冲的区域，缓冲也可分为循环缓冲、单缓冲以 及双缓冲等；通道技术是指与设备控制器一起，通过通道 程序实现对Ｉ／０接口的控制管理，其特点是指令中含有的 信息量较大，对Ｉ／Ｏ接口的指令主要分为Ｉ／Ｏ指令和通道 指令；ＤＭＡ技术即直接存储器访问模式，可以进一步使 ＣＰＵ对Ｉ／Ｏ接口干预减少，主要包含数据预处理、传送数 据、数据后处理等阶段。 ３嵌入式操作系统中设备驱动程序的开发 关于Ｅ０Ｓ中设备驱动程序的开发，本文主要基于的 驱动程序开发环境是虚拟仪器ｌａｂｖｉｅｗ程序设计，并且涉 及ＤＳＰ应用以及捷联惯导系统（ＳＩＮＳ）中陀螺仪信号的 检测和分析等。 Ｌａｂ ｖｉｅｗ是程序开发环境的一种，由美国国家仪器公 司（ＮＩ公司）研发， Ｌａｂ ｖｉｅｗ编程系统的函数库主要包 括采集数据、分析数据、显示数据、存储数据、ＧＰＩＢ以 及串口控制等。与Ｃ、Ｂａｓｉｃ等开发环境相比较，Ｌａｂ ｖｉｅｗ 的不同之处在于其所使用的计算机开发语言为基于图形 化编辑的Ｇ语言，其产生的驱动程序形式为框架图形式， 而其他计算机语言如Ｃ语言等，大部分是基于文本格式。 虚拟仪器即ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ是一种数据采集系统，它的 软件设计开发 计算机光盘软件与应用 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌ ｉｃａｔ ｉｏｎｓ ２０１３年第０ｌ期
组织依据是仪器的需求。虚拟仪器主要应用于Ｌａｂ ｖｉｅｗ 编程系统，主要依据的理论原理是ＤＳＰ以及计算机数据 采集。 在ｌａｂ ｖｉｅｗ中开发设备驱动主要有三种方法：直接对 端口进行读写、通过ＣＬＦ（ＣａｌｌＬｉｂｒａｒｙＦｕｎｃｔｉｏｎ）节点调 用ＤＬＬ函数，以及通过Ｃ１Ｎ节点调用由Ｃ语言编写的程 序， 基于ＥＯＳ中设备驱动程序开发的ｌａｂ ｖｉｅｗ程序设计 步骤主要包括：分析ＥＯＳ设备驱动程序开发任务（包括 分析开发最终目标、会出现的问题以及解决方案等），将 虚拟仪器嵌入Ｌａｂ ｖｉｅｗ编程系统（ＤＳＰ应用以及捷联惯 导系统中陀螺仪信号的检测和分析），对算法进行设计（主 要包括选择程序开发过程中的算法以及详细步骤等），进 行编程程序（将算法编写成为计算机Ｇ语言，并编辑、 翻译、连接源程序），调试程序（对编写出来的ＥＯＳ设备 驱动程序进行试运行，并分析其结果，如果有不符合要求 的地方，对其进行调试），记录程序设计步骤并编制说明 书。 捷联惯导系统中陀螺仪信号的检测和分析主要是指 对陀螺仪表等惯性元件的原始信号进行传感、测试度量、 数据采集、数据分析的步骤。ＤＳＰ是用数字形式对信号进 行处理的技术，处理方式主要包括分析处理、滤波处理、 变换处理、检测处理、解调处理、快速计算以及调试处理 等。ＤＳＰ设计包括预设数据以及信号指标，语言模拟， ＤＳＰ硬件设计，ＤＳＰ软件设计等 ＤＳＰ主要应用于处理 信号、处理语音、处理图像、仪器仪表信号处理、军事、 医疗等方面，ＤＳＰ技术也可以应用于仪器仪表的信号检测 和分析中。 ４、结论 本文通过对嵌入式操作系统硬件设备以及驱动程序 的研究，深入浅出地阐述了嵌入式操作系统中设备的机 制、类型；管理的对象、目的以及控制技术；重点介绍了 虚拟仪器ｌａｂ ｖｉｅｗ程序对设备驱动程序开发的概念、特点、 通用设计方法、流程以及在航空、航天等军事惯性导航领 域的应用。 参考文献： ［１］金伟正，金汤．嵌入式操作系统Ｖｉｓｕａｌ ＤＳＰ＋＋Ｋｅｒｎｅｌ 的原理与应用Ｕ］．电气电子教学学报，２０１１，２：９５—９７． ［２］徐炎．基于ＤＳＰ的嵌入式实时操作系统的设计研究 Ｕ】．信息与电脑（理论版），２０１０，３：１４５—１４６． ［３］仇成群．基于ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ设计的虚拟仪 器卟制造技术与机床，２００８，１０：８５ ８７． ［４］孔军．嵌入式操作系统实时性研究与改进Ⅱ】．黑龙江 科技信息，２００８，２：３８．
（上接第２５０页） 还要将软件测试贯彻到每一个环节中，进而早对错误进行 发现和预防。 （２）测试用例选择的过程中要有输入数据和以及和 输入数据相对应的预期输出结果，具体来看，在我们进行 软件测试的过程中要选择比较适合程序段的测试用例，这 些用例可以对程序员所编制的程序是否存在错误进行分 析，而给出预期的输出结果则可以对程序段是否存在错误 进行更为快捷的判断。 （３）要避免程序员对自己的程序进行测试，在软件 测试的过程中，冷静的情绪以及客观的态度是不可避免 的，而人又很难对自己的劳动成果进行否定，因此在程序 员对自己程序进行检查的过程中会从主观上出现偏差，导 致测试结果不准确、不客观。 （４）设计测试用例的过程中要注意使用不合理输入 套件，所谓不合理输入条件主要包括输入异常或者会导致 异变的条件。在软件正常使用的过程中，不合理输入是不 可避免的，轻则会导致运算错误，严重的时候甚至会使软 件失效。 （５）对测试工作中的群集现象进行注意，针对测试 过程中错误较多的程序段，要对其进行详细认真的检查， 这是因为从经验上看，程序段中残存的错误于己发现的错 误往往会成正比。 （６）对测试要认真执行，这是指我们要做好一个详 细的规划，具体来说，规划主要包括：软件功能、输入、 输出以及每一功能测试的进度安排等。 （７）对测试计划、用例、出错统计以及分析报告等 进行妥善的保管，进而为日后的软件维护提供更为便捷的 服务。 总体来看，在我们的工作中如果能够把握住以上原则 必然能够对提升测试工作的效果起到很强促进作用。 ６结语 在软件开发工程中，软件测试属于一个重要的环节， 一旦缺乏了这一环节，所开发出的产品必然难以满足用户 的要求。本文关于软件测试必要性的分析还存在很多不足 之处，也希望各位测试人员能够对其进行补充及指正，进 而共同促进这方面研究水平的提升。 参考文献： 【１】李娇．自动测试平台Ａｅｇｉｓ的研究与实现 ．电子科 技大学，２０１２． ［２］王彝．ＣＧＳＰ网格服务自动化测试技术研究与实现 ｐ］．西北工业大学，２０１２． ［３］韩振斌．基于网格系统的自动化测试系统的研究与 实现 ．西北工业大学，２０１１． ［４］徐崇浪．集群系统自动化测试技术研究及其工具开 发嘲．西北工业大学，２０１０
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