嵌入式系统开发概述

 1.什么是嵌入式？

    在已有的硬件平台上移植操作系统。

    根据英国电气工程师协会（ U.K.Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。

 

1.1单片机开发与嵌入式开发的区别？

是否有操作系统。

1.2操作系统是什么？

        操作系统（Operating System，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，控制程序运行，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。

1.3操作系统的作用是什么？为什么要移植操作系统？

（1）引入操作系统后，软件直接和操作系统打交道，这样提高了软件的移植性；

（2）软件开发人员不必非要懂硬件，节约其时间，使其更加专注软件的开发；

（3）操作系统提供了开源软件以及开发库，提高了开发效率；

（4）操作系统提供了丰富的网络协议栈，用于远程控制和智能化；

（5）操作系统提供了多任务机制（进程，线程）。

1.4谈谈你对嵌入式的理解/任何开发都必须移植操作系统吗？优缺点？

（1）传统开发模式在pc机上编写代码，下载到硬件上，实现软件对硬件的控制。

传统开发模式的软件可移植性差，并且软件开发人员必须要懂硬件。

（2）而嵌入式在软件和硬件之间引入操作系统，提高了软件的移植性；

软件开发人员也不必懂硬件，节约其时间，使其更加专注软件的开发；

同时操作系统提供了开源软件以及开发库，提高了开发效率；

操作系统提供了丰富的网络协议栈，用于远程控制和智能化；操作系统提供了多任务机制（进程，线程）。

 

2.嵌入式系统的组成

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成。

嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成；执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。

 

2.1软件子系统与硬件子系统的组成和岗位需求

（1）软件系统(Software Systems)是指由系统软件、支撑软件和应用软件组成的计算机软件系统。如Linux C（C/C++）、android（java）、ios（oc），（java、php、.net脚本）。

应用软件的岗位需求：1.精通一门语言

                    2.熟悉一款操作软件

                    3.掌握数据结构及算法

系统软件的岗位需求：1.精通C语言

                    2.熟悉汇编语言

                    3.理解操作系统的实现

                    4.熟悉硬件的工作原理

（2）硬件系统由五大部件组成：主机部分由运算器、控制器、存储器组成，外设部分由输入设备和输出设备组成，其中核心部件是运算器。这种硬件结构也可称为冯·诺依曼结构。

如BSP、驱动、内核、网络协议栈。

2.2嵌入式系统CPU的选择

【CPU主要的性能指标 】  

(1)    主频：即CPU的时钟频率(CPU Clock Speed)。一般说来，主频越高，CPU的速度越快。由于内部结构不同，并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样。

(2)    内存总线速度(Memory-Bus Speed)：指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。

(3)    扩展总线速度(Expansion-Bus Speed)：指安装在微机系统上的局部总线如VESA或PCI总线接口卡的工作速度。 

(4)    地址总线宽度：决定了CPU可以访问的物理地址空间，对于486以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096 MB的物理空间。 

(5)    数据总线宽度：决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。  

(6)    超标量：是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。Pentium级以上CPU均具有超标量结构；而486以下的CPU属于低标量结构，即在这类CPU内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。 

(7)    L1高速缓存：即一级高速缓存，对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。  

(8)    采用回写(Write Back)结构的高速缓存它对读和写操作均有效，速度较快。而采用写通(Write-through)结构的高速缓存，仅对读操作有效。

2.3嵌入式操作系统的选择？实时性的划分？

嵌入式操作系统的划分：

1.按收费模式划分

(1)    商用型：Vxworks , Nucleux , PlamOS , Symbian , WinCE , QNX , pSOS , VRTX, LynxOS , Hopen , Delta OS

(2)    免费型：Linux, μCLinux, μC/OS-Ⅱ,eCos,uITRON

2.按实时性划分

(1)    硬实时：Vxworks

(2)    软实时：WinCE,RTLinux

(3)    无实时：Embedded Linux

嵌入式操作系统的选择：

1．能满足大多数项目需求的uC/OS-II :

      uC/OS-II最大的应用价值是简洁与实用，当一个系统选用uC/OS-II时，最多只需要2M的NOR Flash，2M的SDRAM或最多8M的SDRAM，因此整个系统的成本是最低的。

uC/OS-II能满足很多项目的需求，而µC/OS-III其新的一些特性是：抢占式多任务，在同一优先级支持任务的轮询调度，没有任务数的限制，内核提供丰富的服务：信号量、互斥信号灯、完全支持优先级继承、事件标志、消息队列、定时器、固定大小的内存块管理，以及内置性能测量。 

      如果将它移植到ARM9，会发现它的启动速度是最快的，甚至只需要1秒的时间。当开发基于GUI的产品时，您会发现最终的效果可以与其它的操作系统媲美。很多人不知道如何将uC/OS-II移植到ARM9，其实只要支持MMU即可。

虽然它能够满足很多产品对CF卡、SD卡、TCP/IP以太网、CAN-bus/CANopen/DeviceNet/J1939现场总线、GUI图形用户界面、RS232、RS485等多方面的需求，但它还是有一定的局限性。如果需要支持Wi-Fi等更多的软件时，那就非常麻烦了。

2. 资源丰富、继承性最好的WinCE 

      如果一次购买超过3000个授权，价格还是很便宜的，这是很多用户都能够承受的。由于WinCE与Windows一脉相承的关系，且使用同样的开发工具，那么对于熟练掌握Windows编程的软件开发人员来说也就非常方便了，所以很多客户还是选择WinCE。如果项目中还需要用到GUI的话，那么WinCE可以说是最佳的选择了，这是WinCE最明显的优势之一。 

      如果无论开发什么产品都选择WinCE的话，肯定是不划算的。比如选用uC/OS-II就可以实现的项目，如果因为开发人员的喜好而选用WinCE，至少需要2片32M的SDRAM，1片32M的NOR Flash或一片2M的NOR Flash+128M的NAND Flash（因为容量少的工业级NAND Flash越来越难购买），可想而知其硬件成本还是非常之高的。

3. 高贵、实时、稳定的Vxworks 

        Vxworks最大的应用价值是实时性和稳定性，其血统高贵，由于系统使用了Vxworks，用户对产品的信任度立即凸显。如果一次性购买的授权数量适当大一些，其价格是很多企业都能够接受的，最终您一定会惊讶得不可思议，在计算成本时甚至可以忽略不计。 

您可以得到所有丰富的源代码，并使用于任何CPU微处理器。如果您只选用某一系列处理器或不需要升级源代码，那么以后每年的费用则是可以节省的，只要支付每个产品的授权费用即可。如果您不需要源代码，那么所要支付的年费将会更加便宜。

4. 开源、自由的嵌入式Linux 

        嵌入式Linux最大的应用价值是开源，如果需要支持Wi-Fi的话，那么嵌入式Linux是很好的选择之一，搭配QT开发GUI人机界面也是非常不错的。但很多人选择嵌入式Linux的出发点是免费，这是绝对错误的，因为很多企业长期采取放羊式的产品开发方法，即便一些企业实施了项目管理，但对于成本核算还是缺乏参照物，几乎没有购买商业化操作系统开发产品的经验，从而忽略了开发人员的高工资开支。 

        嵌入式Linux的内核是比较稳定的，而相对Vxowork、WinCE来说却是最贵的。但为什么还是要推荐选用嵌入式Linux呢？首先Linux是支持新微处理器、新驱动软件和新协议软件最多、速度最快的平台。由于其最大的好处就是开源，所以我们可以根据需要而任意裁剪，即便某些驱动不稳定，但因为有源代码我们也可以任意修改，所以嵌入式Linux最大的应用价值不是免费。随着Linux技术与时俱进式的发展，Linux技术将会越来越完善，因为Linux存在的价值，将时刻提醒垄断性商业化软件回归大众化的价格，市场势必呈现按需配置的多元化用户自由选择的新时代。 

5.  开源软件 

        刚起步的一些网站、企业或个人由于对价格的敏感往往选择免费的开源软件，这些软件的性能正变得越来越好。然而大公司更注重将锋线降到最低点，因而他们愿意选用收费的微软软件或者红帽子等公司Linux系统提供商的服务。公司知道，他们向软件公司开出了一张支票，就同时得到了一份合约，有了这份合约，这些公司就会得到“高水准服务的保证”。也就是说，如果软件出了故障，那么您就可以拨打某个维修电话了。 

2.4嵌入式系统的应用行业

1．军事国防

2．工业控制：工控设备、智能仪表、汽车电子

3．消费电子：信息家电、智能玩具、通信设备、移动存贮

4．网络设备

5．电子商务