嵌入式软件开发之我见

自己从事嵌入式系统开发有好多年了，在此想与大家分享我对于嵌入式开发的一点心得与体会。

 

先大致说一说我的工作经历。97年毕业后做了两年的电气与电子设计与开发，这一时期，我做过电路原理图的设计和PCB板的设计。从99年开始，我进入了软件行业。第一次做嵌入式开发是在2000年，在随后的六年多的时间里，我差不多做过整个操作系统的组件。一开始用的是uC/OS RTOS，熟悉它的人知道，它是一个微内核，提供了任务的调度、Mutex、Semaphore等基本的功能，但是像TCP协议栈、文件系统、堆管理（指malloc/和free）这些功能都没有，当然也包括没有相应的硬件驱动模块，如PCI、串口、I²C、IDE硬盘等。第一次做的这个产品是一个DVR（Digital Video Recorder），CPU用的是AMD的SC520，是一块x86的处理器。因为公司小，所以整个DVR的嵌入式软件就我一个人做，这对于我来说是一个难得的机会和挑战。我所做的包括：

 

1) 熟悉CPU。x86中存在实模式和保护模式，CPU一上电后进入的是实模式，要进入保护模式则需要做一定的设置，最后做一个长跳转，就能进入保护模式。对于这一处理器的熟悉和了解，使得我对于处理器有一个很好的认识。此外，还得明白什么是芯片组、PCI的原理和配置方法、SDRAM如何配置、IDE的PIO模式是如何工作的，等等。

 

2) 熟悉uC/OS RTOS并对其进行扩展。理解任务是如何实现的、任务是如何被调度的、Mutex和Semaphore是如何实现的、对处理器进行开关中断的目的是什么且要注意什么，等等。对于RTOS的扩展则包括实现了一个采用malloc/free进行内存分配的堆管理模块，这一管理模块是参照XINU操作系统来实现的；对任务调度部分进行修改以方便中断服务程序的管理。

 

3) 将MINUX操作系统的文件系统移植到我们的DVR上。MINUX中采用的就是UNIX中的i-node的方式来管理文件的，这种方式在现在的Linux中也能看到。由于MINUX的文件系统是针对小型存储设备的，所以对其代码要进行修改，以适应当时所采用的上G的硬盘。

 

4) 将XINU中的TCP协议栈移植到DVR上。我记得很清楚的是，当时对于TCP的滑动窗口的调试以及校验和的调试花了不少时间。

可以说这一时期的工作，使得我对于操作系统的原理和实现非常的熟悉。还有，我在这一公司使用过了逻辑分析仪去分析总线信号以解决问题，这些都是非常好的经历，都有助于提升对计算机系统的理解。

 

2003年我加入了UTStarcom，因为前一个项目的经历，当时进这一公司时觉得自己很牛。但很快我发现，嵌入式系统中还有很多是我要学的，我还嫩呢。比如：

 

1) 第一个挑战是处理器，当时用的是PowerPC8250。对于处理器，我花了不少时间去读相关的资料。总的加起来，其手册超过两千页，而且还是英文的。为了使得自己更加的熟悉这块处理器，我前前后后对这些资料完整的读了三四遍。

 

2) 当时采用的是RTEMS操作系统，这一系统就是一个类UNIX的操作系统，早期是美国军方使用的，后来变成了开源项目。在这一操作系统上的工作经历让我一下子意识到了自己的一个问题，那就是：以前的工作只是技术性的不具备系统性。比如，如何将一个操作系统作为一个系统将其设计得更好、驱动程序如何方便增加以及扩展，等等。这一切说到底是自己的设计能力还是不足。我花了很长的时间来研究RTEMS操作系统的实现，这对于提升自己的设计能力有很大的帮助。

 

3) 对于编译器和C语言的理解不深。比如什么是ABI（Application Binary Interface）？后来知道Stack Frame和程序的调用栈的管理都与ABI有关系。

 

在UTStarcom工作的初期，所有与操作系统相关的问题都是由我来解决的。此外，在我的经理的支持下，我还做过了一个更新版本RTEMS操作系统的移植，当时，UTStarcom的RTEMS操作系统的移植是在新泽西完成的，我不知我是不是UTStarcom在中国第一个做这个操作系统移植的。当时，我在做移植时还碰到了一个与编译器相关的问题，还找过WindRiver做支持。因为我们用的是WindRiver的调试器，当时怀疑是调试器有问题，最后发现是RTEMS的Tool Chain有Bug。UTStarcom的中期，我们将我们的应用程序移植到了VxWorks上，所以后来我对于VxWorks也很熟悉。后来还做过了一个ADSL接入的项目，采用的还是VxWorks以及PNE（Platform for Network Equipment），处理器用的是Intel的XScale IXP425。2006年5月我离开了UTStarcom。

 

应当说，前面两个公司工作经历是我很宝贵的财富。一方面完成了从小公司到大公司的转变，说实在的在进UTStarcom时，还是很有压力的。什么都是新的，新的行业、新的产品，当然对于我来说是直接工作内容的变化，新的处理器、新的操作系统、等。前两个公司有一个工作情景我一直很怀念，那就是：我是一手拿示波器，一手拿电路原理图进行软件调试的。

 

好了说了这么多，现在我想说说我对于嵌入式系统开发的感受和看法。在此，我想先说说什么是嵌入式开发，这一点我看过不少对其的定义。先抛开别人的定义，我想说说我的观点。有不少工程师的工作是写运行在RTOS之上的应用程序的，但他（她）其实根本不用接触硬件相关的知识、不用接触什么是中断、也不用考虑任务的优先级，对于这些工作我不认为是嵌入式开发，其实，说到底只是采用了新的一套API（即RTOS的相关函数）进行编程。嵌入式开发我认为至少要与硬件和RTOS打交道，对一操作系统的原理和实现很清楚。从我的角度来看，如果一个写驱动的人只知道驱动相关的内容，而对于操作系统的机理并不是很清楚，那也不能算是嵌入式系统开发，就是驱动开发。下面是我对于嵌入式系统开发的一些看法。

 

1) 嵌入式开发对于提升我们的系统知识有很大的帮助，尤其是操作系统的知识。嵌入式系统开发对于我们的知识面要求非常的广，且要有一定的深度。在做嵌入式开发之前，我是做Visual C++开发的，当我做过嵌入式开发后，我就能明白在Windows桌面上双击鼠标时，后台有什么事情发生了。比如，我能想到后面有一个Loader将文件加载到内存，并最终运行程序。虽然，没有做过嵌入式开发也能想到这一点，但能看到的深度是不同的。

 

2) 当我们对于操作系统的原理和实现非常熟悉后，嵌入式系统开发的工作相对简单。因为，操作系统的概念已经很成熟了，而现在的嵌入式系统就是将现代操作系统的技术运用到嵌入式系统。这里说的简单，主要是强调其需求相对的稳定、功能相对的单一。软件设计真正复杂是做应用，应用开发是我们真正能发挥设计能力的地方。

 

3) 嵌入式系统开发经验对于提升我们解决问题的能力有及大的帮助。因为我们系统性的知道了软件是如何被组织在CPU上运行的，这对于我们分析和解决问题很有意义，对于自己解决复杂问题的信心也很有帮助。

 

4) 具备一定的硬件知识对于嵌入式开发大有裨益。比如，我们要明白什么是片选，什么是3态，什么是I/O，如何看时序图等等。最好还得会使用相关仪器，比如示波器、逻辑分析仪。

 

最后，我想说的是嵌入式系统开发一旦我们达到了一定的水平后，其实很简单，就是如何去看CPU和相关芯片的Datasheet！