嵌入式系统开发要素的选择分析嵌入式处理器(一(2)
2013-06-16 01:04
导读：种处理器硬件平台，何种API，是否支持核心态用户态、是否支持内存管理单元MMU、可移植性、调试支持、标准支持等。如果开发网络应用，还需要考虑该
种处理器硬件平台，何种API，是否支持核心态用户态、是否支持内存管理单元MMU、可移植性、调试支持、标准支持等。如果开发网络应用，还需要考虑该RTOS是否支持TCP/IP的网络组件和I/O服务等。如果开发游戏和娱乐市场，要着重研究该RTOS对多媒体的支持能力。市场应用需求的多样性，使得RTOS本身应该支持用户自定制能力，根据应用需要在微内核的基础上选用标准组件。
3 仿真器和调试器
调试是嵌入式系统开发过程的重要环节。嵌入式系统开发调试和一般PC系统开发调试有较大差别。在一般PC机系统开发中，调试器和被调试程序是运行在相同的硬件和软件平台上的两个进程，调试器进程通过操作系统专门提供的调试接口控制和访问被调试进程。而在嵌入式系统中，调试器是运行在桌面操作系统上的应用程序，被调试程序是运行在基于特定硬件平台的操作系统，两个程序间需要实时通信。
嵌入式系统调试时，主机上运行的集成开发调试工具（调试器）通过仿真器和目标机相连。仿真器处理宿主机和目标机之间所有的通信，这个通信口可以是串口、并行口或者高速以太网接口。仿真器通过JTAG口和目标机相连。三者间的关系如图1所示。
嵌入式系统开发调试方法有快速原型仿真法和实时在线调试法。快速原型仿真法用于硬件设备尚未完成时，直接在宿主机上对应用程序运行进行仿真分析。在此过程中系统不直接和硬件打交道，由开发调试软件内部某一特定软件模块模拟硬件CPU系统执行过程，并可同时将仿真异常反馈给开发者进行错误定位和修改。实时在线调试法在具体的目标机平台上调试应用程序，系统在调试状态下的执行情况和实际运行模式完全一样，这种方式更有利于开发者实时对系统硬件和软件故障进行定位和修改，提高产品开发速度。
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选用的调试器是运行在主机上的集成开发环境，一般需要集编辑、汇编、编译、链接和调试环境于一体，支持低级汇编语言、C和C++语言，基于友好的图形用户界面（GUI），支持用户观察或修改嵌入式处理器的寄存器和存储器配置、数据变量的类型和数值，堆栈和寄存器的使用，支持程序断点设置，单步、断点或者全速运行等特性。
应用需求的多样性导致市场上仿真器和调试器的提供商也较多，Windriver公司的Tornado是一个很好的开发调试工具。根据实践经验，一般配套选择规模较大、信誉较好公司的仿真器和调试器，虽然价格偏高，但是这些公司技术实力强，售后服务好，调试器和仿真器开发结合紧密。如果在开发调试过程遇到技术障碍，可以通过电话或者电子邮件方式及时获取技术支持。如选用ARM系列的嵌入式处理器时，可以购买Multi-ICE仿真器，并附加ARM250集成开发调试环境等。
4 开发队伍的技术水平和结构比例
嵌入式系统开发中选择好了嵌入式处理器、RTOS、仿真器和调试器等设备外，还需要考虑开发队伍的技术水平和结构比例。经验丰富的开发小组都深有体会：民用产品开发中，产品能够在预计的时间内进入市场赢得效益，其整个技术范围内新技术比例至多只能达到20％，超过这个界限，估算的时间期限可能会出现较大偏差。从高层规划人员的角度分析：20％以内的新技术，公司可以集中力量，投入足够多的人力、物力和财力进行突破性研究，正常情况下可以达到满意效果。如果新技术超出20％这个范围，恐怕心有余而力不足。
公司运作以市场作为向导，是市场赋予它们生命。公司看重市场，付出的劳动有市场回报才能正常运转。公司在开发过程中一般都尽量避免风险，而且整个开发过程中始终将风险分析作为重要的参考因素。公司一般都选择保守的开发模式，基于当前开发人员的技术实力和已经达到的技术储备，在许多种备选方案的技术论证过程，充分分析成本收益、风险大小、投入资源、开发人员的技术水平等因素，全面考虑，权衡利弊，尽量选用可靠的，风险小的设计方案。
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在项目开发中，分配开发人员时不仅要确保任务在给定时间期限内完成的成功性，而且也要体现在锻炼培养后继人才方面。任何项目的开发，依据需求分析后，经过概要设计和详细设计，都会形成模块化结构，其工作难度也有一定的层次性。这样，公司在选派项目人员时，需要合理的人员结构安排，现在一般公认的人才结构比例是1（博士或同等学历）∶3（硕士或同等学历）∶7（学士、大专或同等学历）。在项目开发中，除了开发人员的技术水平和结构比例外，小组内部的民主化、科学化管理决策也是很重要的环节。5 应用实例解析
在详细讨论了嵌入式系统开发中的几个关键因素后，下面具体阐述这些因素在工作中的具体体现。图2是个人数字助理PDA和寻呼机二合一的手持式电子产品结构图。
该产品的基本功能包括：
① 个人数字助理——科学计算器、英汉互译辞典、电话号码簿、记事日程表等；
② 交通信息——列车时刻表的车次查询和车站查询、民航时刻表的航班查询等；
③ 寻呼信息——接收个人和公共寻呼信息，个人寻呼内容实时语音合成并播放，寻呼方式更新列车和民航时刻表数据等。
分析产品功能结构图并结合产品的基本功能，可以获得产品对嵌入式处理器的性能要求：高速嵌入式处理器处理列车和民航时刻表查询、个人寻呼内容的实时语音合成并播放等。处理器外围需要自带语音录放电路完成语音录入和播放，串行口和红外通信口进行数据通信，LCD接口电路提供用户输入接口，也需要电源管理模块完成便携式电子产品的低功耗设计。
选用ARM公司的嵌入式微控制器EP7211：内含的32位微处理器ARM720T，提供18MHz、36MHz、54MHz和72MHz工作主频，而且允许用户在应用程序中对控制寄存器编程切换处理器工作频率，这种切换频率的工作方式，不仅满足了不同的应用需求，而且降低了系统的功耗。EP7211提供了SRAM和Flash存储芯片接口，2个RS232口（1个自带红外信号收发模块），支持G_729.a标准的语音录放Codec模块，有LCD接口和电源管理部分，支持低电压监测等。在休眠状态下，EP7211支持中断唤醒功能，唤醒时间是唤醒频率的2～3个周期，芯片提供8kHz的唤醒频率，使得在休眠状态下系统收到寻呼前导信号时能够及时唤醒。
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选定了EP7211后就应选择RTOS了。从产品功能和程序流程的角度分析，系统基本上是单任务顺序处理，但要具备实时对寻呼中断的响应能力。RTOS的选择有两个方案：一是使用已经购买的用在油田测井系统SL3000型产品的商用Nucleus，二是使用自主开发的、专门面向嵌入式应用系统的XGW软件开发平台。
XGW软件开发平台功能强大，模块化设计，扩展性强；支持多种点阵和矢量字体；完善的中英文处理接口；支持汉王手写识别和拼音输入法等。XGW开发平台是自主研发的，软件产品升级和故障排除比较容易，产品成本费用相对较低。选择EP7211嵌入式处理器和XGW开发平台，还因为二者在“GPS汽车导航系统”项目中获得了成功应用。
关于集成开发调试环境，我们购买了ARM公司的ARM250。它基于GUI用户接口，一体化的编辑、汇编、编译、连接和调试多窗口工作环境，支持单步跟踪、断点设置和内存查看等；同时，ARM250开发调试界面和Microsoft 的VC6++集成环境相似，有助于开发人员快速熟悉和掌握。选用Multi_ICE仿真器，支持在线仿真调试，通过并行口连接主机，支持程序编译链接后的程序代码快速加载，
