【感性认识】嵌入式开发有何不同

嵌入式开发的特质

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1 软硬件结合设计

嵌入式开发不同于纯粹的软件开发或者硬件开发，它的基本特质是软硬件结合设计（Co-Design），即

• 根据需求设计硬件
• 根据硬件特性开发软件

根据需求设计硬件，就是说在不同的项目中使用的硬件资源可能是内容迥异的。

如果有采集物理信号的需求，就涉及到声、光、力、电等传感器的选择（如无损检测时使用的超声波传感器、测距时使用的激光传感器、形变测量时用到的应变片、磁场检测时用到的霍尔传感器）。在任务涉及大量运算时，采用DSP或者FPGA等专用硬件。某些复杂的任务，甚至需要设计专用的SoC。

根据硬件性开发软件，就是说嵌入式软件设计应道充分考虑硬件特点，发挥硬件优势（take advantage of hardware），规避硬件缺陷。

比如根据对算力需求把单个总体任务划分为多个子任务，通用的控制放到CPUU或者MCU上做，而音频信号处理这种运算相关的任务则放到DSP或者FPGA上做。

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2 跨平台开发

跨平台开发是嵌入式开发的另一特性，对用着我们通常见到的Cross-Platform Development XXX。比如跨平台编译工具链Cross-Platform Compile Toolchain，咱一般叫交叉编译工具链。

比如 GNU Arm Embedded Toolchain

所谓跨平台开发，是相对原生性开发（Native Development）而言的。它们是两种开发类型（Development Type）。

• 原生性开发：开发平台即运行平台，如在Windows上写Win32程序，编译完成后就立即可运行
• 跨平台开发：开发平台与运行平台不一致，这对嵌入式开发而言是最为普遍的情况

2.1 开发环境

跨平台开发环境必然包含两个子系统，主机系统（Host System）和目标机器系统（Target System）。粗略地画了一下它们的关系，如下图所示。

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2.1.1 主机系统

主机系统对应我们开发软件时使用的个人计算机，其上包含开发工具、操作系统和主机硬件系统。

对于主机硬件，我们通常只关系它是哪种CPU，指令集是32位的还是64位的，其他的并不影响我们开发目标机器系统的软件，也就不关心啦。

关于这个问题，除了查看自己主机的配置信息，还可以翻翻英特尔和锐龙的产品页

• 英特尔® 产品
• ADM 产品

个人桌面主机的操作系统通常也就Windows、Mac、Unix/Linux三种，不同的操作系统有不同的开发工具。微软和苹果的主页上能找到前两者的产品页和文档，Linux可以参考下面这个链接

• Linux.org

开发工具影响我们的开发效率。除了特定场景下必须使用文本编辑器加编译工具链的方式进行开发，选择集成开发环境（IDE）能极大方便我们的开发和调试。

2.1.2 目标机器系统

可能出乎你的意料，关于目标机器系统，我们关注的东西比主机系统更少，甚至可以说，我们只关心它的处理器是什么架构的，采用何种指令集，这决定了我们选择何种编译工具，以及在编写汇编代码时采用什么样的汇编指令。

2.1.3 连接

主机系统和目标机器系统通过一些方式连接起来，毕竟我们至少要把在主机系统上开发的软件下载/烧录到目标机器里面。这些连接方式包括串口（Serial Port）、局域网（Ethernet）以及JTAG。当然了，如果不需要调试功能的话，借助SD卡或者单独烧写FLASH也能实现下载。

值得一提的是，尽管三种连接方式都可以进行调试，但JTAG是最方便的，这不是说它的使用更加简单，而是说使用JTAG进行调试不需要在软件上进行改动。比如使用串口调试，则可能需要将调试信息通过串口打印输出到上位机，这相比直接在IDE上观测各个寄存器和变量的值而言复杂太多。

2.2 开发准备

这样看来，进行嵌入式开发，最好准备以下工具

2.2.1 主机上开发调试工具

• 交叉编译器（Cross Compiler)
• 链接器(Linker)
• 代码调试工具(Source-Level Debugger)

2.2.2 连接工具

• 下载器（Link Loader）：用于通过串口网口用来把程序加载到目标机器上
• 调试工具（Debug Tool）：用于在目标机器上进行在线调试