詳解嵌入式軟件統(tǒng)一軟件系統(tǒng)框架的建立

　嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件發(fā)展的不平衡
　　嵌入式系統(tǒng)是整合了計算機(jī)硬件和軟件的集合體，它是通過可編程器件的計算和控制能力完成特定功能的系統(tǒng)。越來越多的嵌入式系統(tǒng)要求有連接網(wǎng)絡(luò)、多媒體信息處理和無線移動通信的能力。然而，飛速發(fā)展不斷有突破的嵌入式系統(tǒng)硬件技術(shù)與相對發(fā)展較慢的軟件技術(shù)形成明顯對比。
　　認(rèn)為摩爾定律很快會遭遇物理極限的預(yù)測不斷被突破，半導(dǎo)體工藝正在向納米級進(jìn)軍，使計算器件集成度更高、速度更快、體積更小、功耗更低。隨著系統(tǒng)芯片（SoC）技術(shù)的發(fā)展和成熟，越來越多的嵌入式系統(tǒng)將采用硅知識產(chǎn)權(quán)（SIP），利用ASIC或半定制器件（FPGA/CPLD）技術(shù)把CPU核和外圍器件整合到一個芯片中。這將極大的提升硬件系統(tǒng)設(shè)計的靈活性、可靠性，以及提高硬件開發(fā)的速度和降低系統(tǒng)的成本。
　　硬件技術(shù)的飛速發(fā)展和體系
　　結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，在很長一段時間內(nèi)對嵌入式系統(tǒng)軟件工程師而言，似乎并未產(chǎn)生很大影響，他們?nèi)匀谎赜脗鹘y(tǒng)的軟件設(shè)計方法和調(diào)試方法。近幾年，隨著硬件復(fù)雜性的增加和對系統(tǒng)功能和性能需求的大幅度提高，特別是要求系統(tǒng)具有靈活方便的網(wǎng)絡(luò)連接、輕巧節(jié)電的無線移動和功能強(qiáng)大的多媒體信息處理等能力，使軟件開發(fā)工作量急劇增長，甚至可以占到全部工作的70~80%以上。這樣的系統(tǒng)不再是單槍匹馬可以完成的，需要集合一個開發(fā)團(tuán)隊協(xié)同工作才能完成。嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)，越來越成為制約嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的瓶頸。
　　嵌入式系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)及其開發(fā)途徑
　　嵌入式系統(tǒng)軟件從簡單到復(fù)雜可以千差萬別，天地懸殊。雖然它們結(jié)構(gòu)相對簡單，但是不同系統(tǒng)對不同的性能往往有特定的要求，有的要求非常苛刻和嚴(yán)格。對簡單系統(tǒng)可以用傳統(tǒng)方法，從底層用匯編語言編寫程序，利用在線仿真器（ICE）、在線調(diào)試器（ICD）等開發(fā)工具進(jìn)行調(diào)試軟件。但是對那些復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，特別是有多個控制環(huán)路、并需要在優(yōu)化級可控的情況下能預(yù)測其運(yùn)行狀態(tài)時，不利用實時操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺進(jìn)行開發(fā)，是很難或者幾乎不可能達(dá)到預(yù)定要求的。
　　利用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺開發(fā)嵌入式系統(tǒng)軟件，往往需要針對不同的硬件編寫實時操作系統(tǒng)內(nèi)核移植代碼。通過編譯、鏈接、定址將操作系統(tǒng)映像固化到（EP）ROM或者Flash（閃存）中。
　　對于大的開發(fā)項目，可以購買商業(yè)化的實時操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)套件，甚至將軟件開發(fā)外包給一些專業(yè)的嵌入式軟件開發(fā)商，但是這需要投入少則幾萬，多則上百萬元人民幣購買軟件，有些還需要對開發(fā)出來的每一件產(chǎn)品再繳納相應(yīng)的授權(quán)使用費(fèi)。對于更多大量的小項目而言，顯然不能走這條路，使用源代碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)才是合適的選擇。
　　軟件編程接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化
　　硬件器件與軟件模塊相比，具有很高的可置換性，這是因為硬件器件的功能特性、電氣特性、機(jī)械特性等都有明確的定義，這種組件單元標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)是硬件技術(shù)的發(fā)展始終快于軟件發(fā)展的原因。在軟件技術(shù)方面，中間件和面向?qū)ο蠹夹g(shù)在一定程度上正是類比硬件而發(fā)展起來的，然而還遠(yuǎn)未成熟，至今在嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)中還沒有能真正地使用起來。
　　在傳統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件開發(fā)時代，代碼的可重用性極差，系統(tǒng)的開發(fā)極大程度地依賴于軟件編程人員的編程技巧。這是因為軟件開發(fā)的靈活性造成的。只要正確的使用編程語言和軟件開發(fā)工具，不同的軟件設(shè)計人員對于同一種需求會開發(fā)出不同的軟件。正是這種靈活性，導(dǎo)致了很多的軟件不具有移植性。
　　軟件要具有優(yōu)良的體系結(jié)構(gòu)和良好的移植性，必須將開發(fā)的操作系統(tǒng)納入一個嚴(yán)格定義的框架。至少需要考慮以下幾個方面： 高級語言和將匯編語言模塊化—為了使系統(tǒng)具有高的可移植性，盡量使用C或者Embedded C++來開發(fā)系統(tǒng)軟件。
　　模塊化——將系統(tǒng)功能分成模塊。模塊設(shè)定的合理方法是：根據(jù)硬件能力，自下而上的綜合。
　　提供標(biāo)準(zhǔn)接口—提供了POSIX 1003.1規(guī)范的操作系統(tǒng)就具有了UNIX系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口。Linux和QNX就是實現(xiàn)了POSIX規(guī)范的操作系統(tǒng)。符合軟件應(yīng)用編程接口（API）規(guī)范，就可以比較容易地移植UNIX系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。
　　嚴(yán)格的體系結(jié)構(gòu)層次——按層次劃分，依次是應(yīng)用軟件→操作系統(tǒng)→功能級抽象→寄存器級抽象→硬件。其中，寄存器級抽象層（rHAL）直接與硬件相關(guān)，它封裝微控制器和外圍設(shè)備的寄存器接口及其行為。一般而言，它需要定義完整的寄存器序列名稱。功能抽象層（fHAL）封裝硬件的功能行為，通常把其定義成若干可以執(zhí)行命令的函數(shù)。