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嵌入式軟件開發(fā)
嵌入式軟件開發(fā)
什么是嵌入式軟件開發(fā)？
“嵌入式軟件”是一種程序，用于控制與通用計算機不同的各種設備和機器。非計算機設備和工程技術的結合形成了嵌入式系統(tǒng)。如今，嵌入式系統(tǒng)在制造設備，音頻/視頻設備，電信設備，汽車工業(yè)，航空，消費類電子產品，游戲機，運動傳感器和醫(yī)學等各個領域都非常流行（如圖1所示）。
要設計嵌入式系統(tǒng)，需要具有操作系統(tǒng)，微控制器/微處理器和良好的編程工具。要為嵌入式系統(tǒng)編寫程序，可以使用多種語言，包括Python，QT，C ++，C等。嵌入式軟件開發(fā)可以定義為創(chuàng)建機器可理解的代碼（使用任何可用的語言）來運行設備上的特定用途。
圖1：嵌入式系統(tǒng)的應用
嵌入式軟件開發(fā)的歷
微控制器和微處理器的興起在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中起著至關重要的作用。在過去的幾年中，嵌入式軟件的發(fā)展經歷了許多變化。
在早期，仿真器和匯編器，軟件開發(fā)工具僅由生產芯片（微控制器）的制造商提供。后來，許多不同的公司開始為開發(fā)工具提供完整的解決方案。一些公司只專注于微控制器之類的硬件，而另一些公司則將重心轉移到了諸如匯編器，仿真器和模擬器之類的軟件上。然后，一些公司介入并增加了對高級語言的支持。
隨著時間的流逝，出現(xiàn)了對實時操作系統(tǒng)（RTOS）的需求，并且公司將重點轉移到了這種系統(tǒng)上。Ready Systems在1990年代初開發(fā)了第一個RTOS。導致RTOS發(fā)展的另一個主要因素是微芯片的發(fā)展，芯片的功能變得比以前更強大。隨著微芯片的發(fā)展，工程師可以為特定應用編寫單個程序。可以將程序加載到設備中，并且設備可以根據輸入來處理實時數(shù)據并做出輸出控制決策。
隨著更多的進步，微芯片的成本也降低了幾美分。現(xiàn)在，我們每天都可以找到嵌入式系統(tǒng)，甚至無法想象它們對于我們日常活動的重要性。我們可以在兒童玩具，電風扇，烤面包機，微波爐，空調等中找到嵌入式系統(tǒng)。
嵌入式軟件開發(fā)工具
嵌入式軟件開發(fā)工具對于開發(fā)嵌入式設備的高效軟件非常重要?？梢允褂枚喾N工具來實現(xiàn)此目的。這些工具的詳細信息在此處列出。
編輯
編輯器是軟件開發(fā)中最重要的工具之一。該工具可用于以不同的編程語言（包括C，C ++，Python和Java）編寫和編輯代碼?？梢允褂貌煌木庉嬈?，這些編輯器是免費軟件，并且附帶價格。選擇編輯器時可能要考慮的另一件事是它的環(huán)境，輕量級是更好的選擇。一些編輯器包括Notepad ++，Atom，Visual Studio，NetBeans，Kite和Geany。良好的編輯器必須具備以下功能。
突出顯示語法
代碼導航
自動縮進代碼
自動完成代碼
行號
定期自動保存
注釋多行
概述代碼（包括功能，庫）
突出顯示警告和錯誤
編譯器
在最近的發(fā)展之后，源代碼是用高級語言編寫的。編譯器用于將高級代碼轉換為機器可以理解的低級代碼。然后，機器可以使用翻譯后的代碼執(zhí)行所需的任務。有各種可用的編譯器，其中一些是Visual Studio，Eclipse，NetBeans，MATLAB，Arduino和Keil。
組裝工
匯編程序幾乎達到了與編譯器相同的目的，但是還有一段距離。匯編程序將高級代碼轉換為目標代碼，同時將高級代碼轉換為操作碼并解析內存位置。然后，它將目標代碼或匯編代碼轉換為通常稱為機器語言代碼的位級指令。GNU是用于此目的的常見匯編程序之一。
調試器
就錯誤跟蹤而言，它是最關鍵的工具。它通過指示和突出顯示錯誤和警告（在發(fā)生的地方）來幫助開發(fā)人員跟蹤錯誤。調試器提供的另一個功能是逐步調試。這樣，開發(fā)人員可以通過執(zhí)行代碼的每一行并監(jiān)視其執(zhí)行狀態(tài)來跟蹤錯誤。上面列出的大多數(shù)編譯器都包含調試器，但最常見的調試器是IDA Pro。該工具在Linux和Windows上均可用。
連結器
在嵌入式系統(tǒng)中，程序通常以小塊或模塊的形式編寫。要將所有模塊鏈接在一起，請使用鏈接器工具。這將所有模塊作為輸入，將它們組合在一起，并制作一個信號可執(zhí)行程序。它還可以組合使用不同編程語言創(chuàng)建的目標文件，并將它們合并為一個可執(zhí)行文件（如圖2所示）。GNU鏈接器是最常見的鏈接器之一。
圖2：鏈接來自不同編程語言的不同對象
仿真器
在使用實際設備之前，在復制目標設備的工具上測試程序很重要。為此，使用了仿真器。仿真器提供目標設備的組件和功能的副本。這樣，開發(fā)人員可以輕松識別在實際設備上執(zhí)行代碼時可能發(fā)生的任何問題。通過使用仿真器，開發(fā)人員可以調整代碼參數(shù)以實現(xiàn)目標設備的最佳性能。優(yōu)化代碼性能后，可以將其部署在實際設備上。
開發(fā)人員很難為項目使用所有不同的工具。因此，為此目的，重要的是要在一個通常稱為集成開發(fā)環(huán)境（IDE）的單一環(huán)境中獲得所有工具。IDE是一種工具，為嵌入式軟件的開發(fā)提供了所有必要的工具。
嵌入式軟件語言
在嵌入式系統(tǒng)中，使用實時操作系統(tǒng)，以便可以同時執(zhí)行多個任務。嵌入式軟件使用不同的語言進行編程，這些語言通常包括Java腳本，Python和C / C ++。所有語言都可以使用不同的操作系統(tǒng)進行處理，這些操作系統(tǒng)可能包括Windows，Linux，micro C / OS，Nucleus RTOS等。但是，編程語言的選擇是嵌入式軟件開發(fā)的關鍵步驟，這取決于不同的因素。這里列出了一些關鍵參數(shù)：
內存大小：嵌入式設備的內存非常有限，用于存儲數(shù)據和代碼。因此，擁有可以有效利用內存的代碼很重要。
速度：希望程序能夠快速執(zhí)行。因此，需要為特定的應用選擇正確的編程語言。
可移植性：我們在不同的工作地點沒有相同的編譯器。因此，編程語言必須能夠在不同的處理器上執(zhí)行。
實現(xiàn)：編程語言必須具有更簡單的語法，并且出錯的可能性很小。
維護：語言的維護應該很容易，因為調試舊代碼可能是一項繁瑣的任務。
嵌入式軟件開發(fā)流程
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要注意兩件事：（i）軟件開發(fā)，（ii）硬件開發(fā)。Embedder軟件的開發(fā)經歷了一個艱難的過程，因此它可能會為我們提供完美的軟件。為了實現(xiàn)此任務，使用了不同的過程，其中之一就是敏捷開發(fā)方法（如圖3所示）。
圖3：嵌入式軟件開發(fā)過程
第一步是集思廣益，其中的想法需要進行討論和完善，然后才能進入開發(fā)階段。在第二和第三階段中，將設計和開發(fā)該系統(tǒng)。第四階段是關鍵階段，在此階段檢查開發(fā)系統(tǒng)的質量。一旦系統(tǒng)清除了質量檢查，便將其部署。
使用圖4所示的流程圖可以更詳細地描述“開發(fā)階段”。在圖4中，我們可以看到，開發(fā)階段可以分為兩個部分，即硬件和軟件，這兩個部分是相互關聯(lián)的。在硬件部分，為目標系統(tǒng)完成組裝，然后執(zhí)行硬件測試，其中也包括軟件部分。在硬件鏈的末端，執(zhí)行最終測試以檢查是否達到了所需的結果。如果未達到結果，則將硬件組裝進行更新（在大多數(shù)情況下是不需要的），并且軟件也將進行更新以獲得所需的結果。
圖4：嵌入式軟件開發(fā)的開發(fā)階段
對于軟件開發(fā)，使用了“編輯-測試-調試”方法。在這種方法中，使用了許多工具來獲得期望的結果。在軟件開發(fā)階段，使用了第3節(jié)中列出的所有工具。編輯-測試-調試周期所需的工具也可以使用下面的圖5進行說明。
圖5：嵌入式軟件開發(fā)的“編輯-測試-調試”階段