【正文】 買了 ARM 公司的 ARM RTOS的選擇有兩個方案：一是使用已經(jīng)購買的用在油田測井系統(tǒng) SL3000型產(chǎn)品的商用 Nucleus，二是使用自主開發(fā)的、專門面向嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的 XGW 軟件開發(fā)平臺。 EP7211 提供了 SRAM 和 Flash 存儲芯片接口，2 個 RS232口（ 1 個自帶紅外信號收發(fā)模塊），支持 標(biāo)準(zhǔn)的語音錄放 Codec模塊，有 LCD 接口和電源管理部分，支持低電壓監(jiān)測等。 該產(chǎn)品的基本功能包括： ① 個人數(shù)字助理 ——科學(xué)計算器、英漢互譯 辭典、電話號碼簿、記事日程表等； ② 交通信息 ——列車時刻表的車次查詢和車站查詢、民航時刻表的航班查詢等； ③ 尋呼信息 ——接收個人和公共尋呼信息，個人尋呼內(nèi)容實時語音合成并播放，尋呼方式更新列車和民航時刻表數(shù)據(jù)等。這樣，公司在選派項目人員時，需要合理的人員結(jié)構(gòu)安排，現(xiàn)在一般公認(rèn)的人才結(jié)構(gòu)比例是1（博士或同等學(xué)歷） ∶ 3（碩士或同等學(xué)歷） ∶ 7（學(xué)士、大?；蛲葘W(xué)歷）。公司在開發(fā)過 程中一般都盡量避免風(fēng)險，而且整個開發(fā)過程中始終將風(fēng)險分析作為重要的參考因素。從高層規(guī)劃人員的角度分析： 20％以內(nèi)的新技術(shù)，公司可以集中力量，投入足夠多的人力、物力和財力進行突破性研究，正常情況下可以達到滿意效果。如果在開發(fā)調(diào)試過程遇到技術(shù)障礙，可以通過電話或者電子郵件方式及時獲取技術(shù)支持。實時在線調(diào)試法在具體的目標(biāo)機平臺 上調(diào)試應(yīng)用程序，系統(tǒng)在調(diào)試狀態(tài)下的執(zhí)行情況和實際運行模式完全一樣，這種方式更有利于開發(fā)者實時對系統(tǒng)硬件和軟件故障進行定位和修改，提高產(chǎn)品開發(fā)速度。三者間的關(guān)系如圖 1所示。而在嵌入式系統(tǒng)中，調(diào)試器是運行在桌面操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序，被調(diào)試程序是運行在基于特定硬件平臺的操作系統(tǒng)，兩個程序間需要實時通信。市場應(yīng)用需求的多樣性 ，使得 RTOS 本身應(yīng)該支持用戶自定制能力，根據(jù)應(yīng)用需要在微內(nèi)核的基礎(chǔ)上選用標(biāo)準(zhǔn)組件。減小這兩個參數(shù)值，除了選用較高工作主頻的嵌入式處理器外，還和 RTOS 本身任務(wù)調(diào)度和中斷處理機制密切相關(guān)。這些不同名稱的 RTOS，核心軟件差異微妙而且難以琢磨，選擇時重點是考慮它們的性能評價指標(biāo)，主要包括調(diào)度算法、 RTOS本身內(nèi)存開銷、 RTOS內(nèi)存管理模式、最大中斷禁止時間和最大任務(wù)切換時間。一般 RTOS 內(nèi)核都很小，在幾 KB~十幾 KB 之間。因為不同公司開發(fā)的嵌入式處理器差別較大，從一類處理器轉(zhuǎn)移到另一類處理器的難度比同一系列不同處理器間的轉(zhuǎn)移難度大得多，風(fēng)險多得多。 開發(fā)人員通過應(yīng)用需求分析獲取了產(chǎn)品的功能性和非功能性指標(biāo)，研究了市場上嵌入式處理器的性能參數(shù)后，能夠?qū)η度胧教幚砥髯鞒鲚^好的選擇。在工業(yè)控制等特殊領(lǐng)域，系統(tǒng)需求分析員不僅需要和工作人員、上級主管親自面談，而且要到工作現(xiàn)場獲取第一手信息，收集充分的資料。統(tǒng)計數(shù)字表明， 1999 年底市場銷售額排在前三位的公司分別是 ARM、Motorola 和 MIPS，其中 ARM 公司的芯片銷售量達 ，市場份額超過 50%。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)面向具體應(yīng)用，不同領(lǐng)域的應(yīng)用市場需要不同款式和性能指標(biāo)的處理器來開發(fā)，于是在嵌入式處理器市場中，中低端的 4 位、 8 位和 16位處理器依 然存在，高性能的 32 位處理器也有很多產(chǎn)品。本文參考一些嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的資料，結(jié)合具體的工程實踐經(jīng)驗，系統(tǒng)總結(jié)了進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時，如何全面考慮各開發(fā)要素并進行選擇，最后結(jié)合一個具體實例進行詳細(xì)闡述。在 PC 領(lǐng)域，雖有 AMD 系列處理器和 Linux操作系統(tǒng)的市場沖擊，但是 Win_Tel（ Windows+Intel）體系架構(gòu)仍占主導(dǎo)地位；可是，嵌入式系統(tǒng)本身是一個相當(dāng)分散的工業(yè)，典型特征是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，市場應(yīng)用才是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的導(dǎo)向和前提，在當(dāng)前的嵌入式市場中不存在壟斷的局面 。 關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式處理器 實時操作系統(tǒng) 仿真器 調(diào)試器 引 言 在計算機、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)高速發(fā)展的同時，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)也取得迅速發(fā)展。這不僅表現(xiàn)在從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)研究的人員隊伍日益壯大，嵌入式處理器和實時操作系統(tǒng)的性能增強和產(chǎn)品升級換代，更重要的體現(xiàn)在嵌入式技術(shù) 應(yīng)用范圍的急劇擴大。 嵌入式系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分：硬件架構(gòu)上以嵌入式處理器為中心，配置存儲器、 I/O 設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)；軟件部分以軟件開發(fā)平臺為核心，向上提供應(yīng)用編程接口（ API），向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包 BSP。 1 嵌入式處理器 嵌入式系統(tǒng)的功能軟件集成于硬件系統(tǒng)之中，系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件一體化。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展，包含嵌入式處理器以及部分外圍電路的微控制器產(chǎn)品也進入市場，片上系統(tǒng) SoC（ System on Chip）產(chǎn)品也開始出現(xiàn)。 面對這樣的嵌入式處理器市場，開發(fā)設(shè)計人員應(yīng)該如何選擇呢？這里有兩個前提條件。應(yīng)用需求分析后，需要定義產(chǎn)品具備的基本功能和性能指標(biāo)，如系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量大小和處理實時 性要求、系統(tǒng)正常運行時的工作環(huán)境、系統(tǒng)運行過程中可能遇到的突發(fā)事件、系統(tǒng)的尺寸大小和功耗指標(biāo)等。嵌入式處理器選擇的基本原則是滿足具體功能性和非功能性指標(biāo)需求的、市場應(yīng)用反應(yīng)良好的、硬件配置最少 的嵌入式處理器。 2 實時操作系統(tǒng) 以嵌入式處理器為中心，開發(fā)人員搭建好硬件電路時僅提供了 裸機運行平臺，要使整個系統(tǒng)有限的硬件資源充分利用起來，還需要（嵌入式）實時操作系統(tǒng) RTOS（ Real Time Operating System）的軟件支持。流行的 RTOS基本上都支持基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度 策略和時間片輪轉(zhuǎn)，具有微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，有標(biāo)準(zhǔn)組件可供選用，支持虛擬存儲技術(shù)和存儲保護機制。當(dāng)然，也包括RTOS的購買成本和提供的技術(shù)支持等相關(guān)因素。 選擇 RTOS 時，通常還要考慮系統(tǒng)功能方面支持何種處理器硬件平臺，何種 API，是否支持核心態(tài)用戶態(tài)、是否支持內(nèi)存管理單元 MMU、可移植性、調(diào)試支持、標(biāo)準(zhǔn)支持等。 3 仿真器和調(diào)試器 調(diào)試是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程的重要環(huán)節(jié)。 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試時，主機上運行的集成 開發(fā)調(diào)試工具（調(diào)試器）通過仿真器和目標(biāo)機相連。 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試方法有快速原型仿真法和實時在線調(diào)試法。 選用的調(diào)試器是運行在主機上的集成開發(fā)環(huán)境，一般需要集編輯、匯編、編譯、鏈接和調(diào)試環(huán)境于一體，支持低級匯編語言、 C 和 C++語言，基于友好的圖形用戶界面（ GUI），支持用戶觀察或修改嵌入式處理器的寄存器和存儲器配置、數(shù)據(jù)變量的類型和數(shù)值，堆棧和寄存器的使用，支持程序斷點設(shè)置，單步、斷點或者全速運行等特性。如選用 ARM 系列的嵌入式處理器時，可以購買 MultiICE 仿真器，并附加 ARM250 集成開發(fā)調(diào)試環(huán)境等。如果新技術(shù)超出 20％這個范圍，恐怕心有余而力不足。公司一般都選擇保守的開發(fā)模式，基于當(dāng)前開發(fā)人員的技術(shù)實力和已經(jīng)達到的技術(shù)儲備，在許多種備選方案的技術(shù)論證過程，充分分析成本收益、風(fēng)險大小、投入資源、開發(fā)人員的技術(shù)水平等因素，全面考慮，權(quán)衡利弊，盡量選用可靠的，風(fēng)險小的設(shè)計方案。在項目開發(fā)中，除了開發(fā)人員的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例外，小組內(nèi)部的民主化、科學(xué)化管理決策也是很重要的環(huán)節(jié)。 分析產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)圖并結(jié)合產(chǎn)品的基本功能，可以獲得產(chǎn)品對嵌入式處理器的性能要求：高速嵌入式處理器處理列車和民航時刻表查詢、個人尋呼內(nèi)容的實時語音合成并播放等。在休 眠狀態(tài)下， EP7211支持中斷喚醒功能，喚醒時間是喚醒頻率的 2～ 3 個周期，芯片提供 8kHz的喚醒頻率，使得在休眠狀態(tài)下系統(tǒng)收到尋呼前導(dǎo)信號時能夠及時喚醒。 XGW 軟件開發(fā)平臺功能強大，模塊化設(shè)計，擴展性強 ；支持多種點陣和矢量字體；完善的中英文處理接口；支持漢王手寫識別和拼音輸入法等。它基于 GUI用戶接口，一體化的編輯、匯編、編譯、連接和調(diào)試多窗口工作環(huán)境，支持單步跟蹤、斷點設(shè)置和內(nèi)存查看等；同時， ARM250 開發(fā)調(diào)試界面和 Microsoft 的 VC6++集成環(huán)境相 似，有助于開發(fā)人員快速熟悉和掌握。 在系統(tǒng)開發(fā)中，設(shè)計了兩套技術(shù)調(diào)試方案：一是基于內(nèi)存 SRAM 模式，二是基于閃存 Flash 模式。Flash 模式同 SRAM 模式相比 ，主要是修改系統(tǒng)啟動代碼段，應(yīng)用程序代碼完全保持一致。 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)要素的選擇分析 摘要： 主要討論在嵌入式系 統(tǒng)開發(fā)中，設(shè)計人員如何考慮和選擇嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、調(diào)試器、仿真器以及開發(fā)人員的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例等組成要素；同時，以實例說明如何選擇這些開發(fā)要素。要達到這個目標(biāo)，具有一定的現(xiàn)實可行性，這是因為同 PC 機系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)更有自身的特征。 對于不同的市場應(yīng)用類型，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的嵌入式處理器、實時操作系統(tǒng)、仿真器、調(diào)試器以及開發(fā)隊伍的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例等要素的選擇是至關(guān)重要的。 PC機銷售市場中，隨著通用 CPU技術(shù)的突破和工作頻率的倍增，舊款低檔 CPU早已經(jīng)不見蹤跡。 由于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求的多樣性，市場上基于 RISC 結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器提供商也日漸增多。面向應(yīng)用是嵌入式系統(tǒng)的特色，具體的應(yīng)用需求決定著嵌入式處理器的性能選型。這些參數(shù)也是各個半導(dǎo)體芯片廠商之間競爭的熱點。 除了上述的產(chǎn)品性能需求因素，選擇嵌入式處理器時也需要考慮開發(fā)人員對此系列處理器的熟悉程度。商用多任務(wù) OS 主要目的是方便用戶管理計算機資源和追求系統(tǒng)資源的最大利用率；而 RTOS 重點追求的是實時性、可確定性、可靠性，當(dāng)然也包括有限資源的管理。 當(dāng)前全球范圍內(nèi)商用 RTOS 多達 200 多種，應(yīng)用領(lǐng)域的多樣性使得市場反應(yīng)較好的也將近有十幾種，如 VxWorks、 pSOS、 Nucleus、 QNX、 WinCE以及中科院軟件研究中心研制的 Hopen 等。這兩個 參數(shù)越小越好。如果開發(fā)游戲和娛樂市場，要著重研究該 RTOS 對多媒體的支持能力。在一般 PC 機系統(tǒng)開發(fā)中，調(diào)試器和被調(diào)試程序是運行在相同的硬件和軟件平臺上的兩個進程，調(diào)試器進程通過操作系統(tǒng)專門提供的調(diào)試接口控制和訪問被調(diào)試進程。仿真器通過 JTAG 口和目標(biāo)機相連。在此過程中系統(tǒng)不直接和硬件打交道，由開發(fā)調(diào)試軟件內(nèi)部某一特定軟件模塊模擬硬件 CPU系統(tǒng)執(zhí)行過程，并可同時將仿真異常反饋給開發(fā)者進行錯誤定位和修改。根據(jù)實踐經(jīng)驗，一般配套選擇規(guī)模較大、信譽較好公司的仿真器和調(diào)試器，雖然價格偏高，但是這些公司技術(shù)實力強，售后服務(wù)好，調(diào)試器和仿真器開發(fā)結(jié)合緊密。經(jīng)驗豐富的開發(fā)小組都深有體 會：民用產(chǎn)品開發(fā)中，產(chǎn)品能夠在預(yù)計的時間內(nèi)進入市場贏得效益，其整個技術(shù)范圍內(nèi)新技術(shù)比例至多只能達到 20％，超過這個界限，估算的時間期限可能會出現(xiàn)較大偏差。公司看重市場，付出的勞動有市場回報才能正常運轉(zhuǎn)。任何項目的開發(fā)，依據(jù)需求分析后，經(jīng)過概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，都會形成模塊化結(jié)構(gòu)，其工作難度也有一定的層次性。圖 2 是個人數(shù)字助理 PDA和尋呼機二合一的手持式電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖。 選用 ARM 公司的嵌 入式微控制器 EP7211：內(nèi)含的 32 位微處理器 ARM720T，提供 18MHz、 36MHz、 54MHz和 72MHz工作主頻，而且允許用戶在應(yīng)用程序中對控制寄存器編程切換處理器工作頻率，這種切換頻率的工作方式，不僅滿足了不同的應(yīng)用需求，而且降低了系統(tǒng)的功耗。從產(chǎn)品功能和程序流程的角度分析，系統(tǒng)基本上是單任務(wù)順序處理，但要具備實時對尋呼中斷的響應(yīng)能力。選擇EP7211嵌入式處理器和 XGW 開發(fā)平臺，還因為二者在 “GPS汽車導(dǎo)航系統(tǒng) ”項目中獲得了成功應(yīng)用。 詳細(xì)分析了產(chǎn)品的技術(shù)風(fēng)險，對開發(fā)小組而言，只有尋呼系統(tǒng)是比較成熟的新技術(shù)，且工作頻率高達 155MHz，需要重點解決和其它功能模塊的電磁兼容性，要投入較多的人力資源進行重點突破。此種方案極大加快了龐大應(yīng)用程序的調(diào)試步伐，加快產(chǎn)品開發(fā)進度。 6 小 結(jié) 本文詳細(xì)闡述了在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、調(diào)試器、仿真器以及開發(fā)人員的技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)比例等組成要素的選擇原則，并且使用一個具體的實例來進一步分析說明。t look.39。 she said, looking at me fearfully through her tears, so I knelt down to see what I could do about it. 39。Never, never! Promise?39。ll have to go and fetch somebody to help,39。 she said. I walked beside her, carrying the shoe, and feeling useless. She kept going gamely for a surprisingly long way, but she had to give it up. Her trousers were worn through at the knees, and the knees themselves were sore and bleeding. I had never known anyone, boy or girl, who w ould have kept on till that pitch。 I asked. She looked at me sharply and frowned. She said, with anxious abruptness: