嵌入式系統(tǒng)全文(5篇)

摘要：隨著計算機技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應用到社會生產中。嵌入式計算機系統(tǒng)與普通的個人計算機系統(tǒng)存在很大區(qū)別，它具有節(jié)約成本、可靠性高等優(yōu)勢，主要被用于工廠生產設備、大型器件等的控制與監(jiān)視。而隨著人類社會對生產的要求越來越高，因此，需要開發(fā)一個更加高效的嵌入式系統(tǒng)?；诖?，通過運用UML語言，對嵌入式系統(tǒng)進行設計，以尋求更高效的，符合社會生產需求的計算機嵌入式系統(tǒng)。

關鍵詞：計算機技術；嵌入式系統(tǒng)；UML語言

UML語言又被稱為標準建模語言，主要是被用來進行軟件開發(fā)與支持模型化的計算機圖形化的語言。在軟件開發(fā)過程中，可以通過標準建模語言提供的可視化與模型化支撐進行軟件規(guī)格、配置及構造的最優(yōu)化。與此同時，它還是一種易于表達、功能強大、定義良好的建模語言，基于這些優(yōu)勢，將UML語言應用到嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設計中，能實現目前用戶對該系統(tǒng)的功能、體積、功耗及可靠性的要求。

1嵌入式系統(tǒng)應用背景的產生

嵌入式系統(tǒng)是基于計算機技術，融合了電子技術、半導體技術，并對應用領域實際需求產生的一種具有功能強大、可塑性強及應用廣泛的知識集成系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)自身的優(yōu)勢，因此，被廣泛應用于技術、資金密集的工業(yè)生產中。目前，市場中的電子產品、汽車、數碼等都應用了嵌入式系統(tǒng)進行生產。嵌入式系統(tǒng)最早形成時還形不成“系統(tǒng)”概念，因為最初的嵌入式系統(tǒng)主要是依靠單片機運行的，只能執(zhí)行單線程的工作程序[1]。隨著計算機技術及商業(yè)社會的發(fā)展需求，嵌入系統(tǒng)初步形成，可以運用計算機嵌入式系統(tǒng)進行應用軟件的編輯，執(zhí)行任務管理和內存管理等功能。發(fā)展到至今，嵌入式系統(tǒng)已經可以實現實時的多任務操作，成為目前應用軟件開發(fā)的主流，發(fā)展與應用前景廣闊。

2UML語言及其框圖的應用模式分析

UML語言是一種應用于計算機系統(tǒng)編程的可視化建模語言，在具體應用操作中可以實現滿足用戶對系統(tǒng)需求的刻畫、分析、設計集成以及實現和測試，實現系統(tǒng)功能的構建更加合理[2]。UML建模語言可以將建立的模型數據信息運用標準的圖形元素直觀地展示在用戶、測試人員、管理人員以及開發(fā)人員或是其他項目相關人員面前，使他們可以對系統(tǒng)的功能、結構設計進行更好的交流，實現對系統(tǒng)的良好構建。目前，市場上最為常用的建模語言主要有Booch、OMT及UML三種語言，相較于其他兩種建模語言來講，UML語言更加簡化，操作簡單、適用范圍廣泛，因此，被許多企業(yè)采用。UML語言不僅可以對靜態(tài)的結構進行建模，還可以對具有動態(tài)行為的系統(tǒng)進行建模，因此，適用于系統(tǒng)的全部開發(fā)階段。UML語言是一種可視化的建模語言，因此，該語言中的所有語素都是由一個個的框圖組成的。系統(tǒng)設計人員應用在UML語言時，就是通過對框圖的描述來實現對整個系統(tǒng)的設計。UML語言的框圖有很多種，現針對幾種主要框圖進行分析。BusinessUseCase框圖與UseCase：這兩種框圖所對應的語素不同，BUC框圖所代表的語素主要是對整個系統(tǒng)的機構功能進行描述；而UC框圖則主要是根據用戶對系統(tǒng)的需求，進行系統(tǒng)功能描述。因此，經常被用來與客戶之間進行交流，提取有效建構信息。Class框圖：此種框圖是一種靜態(tài)圖，代表語素主要被用來對系統(tǒng)中的類進行描述。通過對該框圖的觀察，可以清楚地了解系統(tǒng)中類的內容、功能以及結構關系。StateChart框圖：該框圖主要被用來對建模對象的狀態(tài)及各個建模對象之間的轉換關系進行描述，主要用來提供建模系統(tǒng)的動態(tài)功能[3]。此種框圖在實際應用中被廣泛運用到系統(tǒng)的實際建立中，可以生成系統(tǒng)構建所需的全部代碼。Collaboration框圖與Sequence框圖：這兩種框圖都是對系統(tǒng)對象之間的相互關系進行描述的框圖。但Sequence框圖在進行描述時主要以時間順序進行，而Collaboration框圖則是針對系統(tǒng)角色與顯示對象之間的交互進行著重描述。通過Collaboration框圖，可以讓系統(tǒng)建筑師與質量保證工程師及時了解分析對象的分布情況，若出現不合理狀況，系統(tǒng)建筑師便可及時進行調整或重新分配。UML語言中包含的這些框圖，在進行系統(tǒng)設計、建模以及分析的過程中，會提供多種不同的圖片表達形式，因此，可以用在系統(tǒng)開發(fā)的不同階段。將UML語言中的這些框圖應用在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，通過它們之間的有機結合可以構建出一個功能完整、一致的高效系統(tǒng)。

摘要：傳統(tǒng)編程過程中,不僅需要消耗大量時間,同時還會出現軟件資源空間占用率高等問題,為了切實解決這些問題,本研究指出了一種基于嵌入式系統(tǒng)的C語言編程軟件設計架構方法,具體闡述了模塊劃分原則以及重點注意事項,并從分層方向與分層架構設計方法兩個方面分析了分層架構,依托于中斷服務程序,完成系統(tǒng)軟件開發(fā)與設計。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；C語言；編程軟件

0引言

C語言在嵌入式軟件開發(fā)中有著非常廣泛的應用,這是因為C語言能夠很好的匹配高級與低級語言,同時簡潔高效、靈活便捷,可以實現對硬件的直接操作,然而由于C語言具有較強的靈活性,也導致了代碼管理與維護問題較為繁瑣復雜[1]。和傳統(tǒng)形式的軟件編程相比較,嵌入式系統(tǒng)編程是以某個相應的硬件平臺為載體的,服務的是一種專用的計算機系統(tǒng),不單單有對硬件操作的復雜性,同時還表現出應用層次的通用性。所以,在實際開展軟件開發(fā)時,選取適宜的軟件框架以及優(yōu)異的設計方法,加強對項目的工程化管理,可以有效地指導軟件開發(fā)的層次劃分以及功能模塊規(guī)劃設計。一方面可以很好的提升高級軟件系統(tǒng)開發(fā)速度與質量,提高后期執(zhí)行與維護的便捷性,另一方面也可以有效地提升程序代碼的重用性、延伸性以及穩(wěn)定性。為了進一步提高嵌入式系統(tǒng)視域下C語言編程軟件設計效率與品質,本文建立在現階段已有的主流軟件工程思想之上,將面向對象設計技術、分層技術等與C語言嵌入式編程結合起來,深入探討基于嵌入式系統(tǒng)的C語言編程軟件設計方法、分層架構等,為不斷提高編程質量與效率提供幫助。

1模塊劃分

模塊劃分主要表示為將某個龐大的、復雜程度較高的程序依照需要實現的不同功能,將其分割成若干個小段,并確保每一個小段都能夠完成一個相應的功能[2]。軟件需要最大程度降低和外部模塊的接觸,進一步改善程序的可移植性能,同時明確其能夠達到的既定功能。通常來說,嵌入式系統(tǒng)涵蓋了兩個方面的模塊,分別是硬件驅動模塊以及軟件功能模塊[3]。其中一個硬件驅動模塊往往只與某個特定的硬件相匹配,而在進行軟件功能模塊劃分過程中,應當要最大程度符合低耦合、高內聚的基礎需求[4]。在進行模塊設計與開發(fā)以達到不同功能時,需要嚴格遵守兩個關鍵性原則。（1）模塊的獨立性原則,每一個模塊均是獨立存在的,避免不同功能模塊之間出現信息交互的現象,既不會產生相互之間的影響,同時也不會產生相互之間的依存,任何一個模塊中的函數指令均不會與其他模塊變量建立聯系,不同功能模塊之間的連接是建立在函數接口基礎之上的。（2）正交性原則,所有的功能模塊都是唯一且確定的,而這中間的變量和其要達成的功能是相同的。在實際進行模塊劃分過程中,應當要特別重視以下四點注意事項：（1）當一個功能模塊在為其他關聯功能模塊提供相關數據以及外部函數時,應當要在頭文件（.h）中特別注明extern字樣進行聲明。（2）某一個功能模塊內包含的全局變量以及函數信息,應當要在頭文件（.c）中特別注明static字樣來聲明。（3）當出現某一個功能模塊同時涵蓋有.h文件以及.c文件時,需要在該功能模塊的接口文件中基于（.h）進行聲明。（4）需要特別注意的是,（.h）頭文件中不可以對任何定量進行定義,這是由于定義變量屬于匯編方面的內容,會根據實際要求匹配相應的內存[5]。

2分層架構

摘要：單片機作為集成電路芯片在工業(yè)生產和電子設備中被廣泛應用，且在嵌入式系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的功能。筆者概述了單片機與嵌入式系統(tǒng)，探討了單片機在嵌入式系統(tǒng)中的設計應用，指出單片機可以發(fā)揮電機控制、網絡測試等功能，是嵌入式系統(tǒng)中的重要組成部分。應用結果表明：單片機在嵌入式系統(tǒng)之中具有明顯的應用優(yōu)勢，相關人員需要進一步加強技術研究，提高單片機的集成能力，推廣其在不同領域中的實踐應用。

關鍵詞：單片機；嵌入式系統(tǒng)；電機控制；網絡測試

隨著嵌入式系統(tǒng)數量及需求的不斷增加，其所生產的電子產品越來越受大眾的歡迎。此外，單片機在嵌入式系統(tǒng)中同樣發(fā)揮著不可替代的作用，其具備強大的集成功能，可以將其視為小型的微型計算機系統(tǒng)。自20世紀80年代開始，單片機集成技術越來越完善，其在嵌入式系統(tǒng)中的應用也日益廣泛，起到測試、控制等強大功能。

1單片機與嵌入式系統(tǒng)概述

1.1單片機

單片機是具備邏輯功能的集成芯片，又被稱之為單片微控制器，其具備計算機的相應功能，相比較計算機而言，其僅僅缺少I/O設備。單片機產生于20世紀80年代初，20世紀90年代逐漸普及，其生產和集成技術應用也日益廣泛，集成能力更強。單片機在系統(tǒng)之中應用依靠其擴展功能，可以靈活地應用在多個領域之中。芯片技術的完善為其功能應用奠定了良好的基礎，其存在SOC層和SPI接口，通過接口可以與其他系統(tǒng)連接在一起，是一種具備可擴展性的嵌入式系統(tǒng)[1]。

1.2嵌入式系統(tǒng)

摘要：嵌入式系統(tǒng)分析的時候，最重要和最關鍵的就是功耗問題，想要保證有效降低功耗，應該從系統(tǒng)角度來分析嵌入式系統(tǒng)問題，低功耗嵌入式系統(tǒng)不但需要硬件設備的保證，也需要系統(tǒng)軟件技術的支持，合理優(yōu)化配合系統(tǒng)軟件和硬件技術，才能達到真正降低嵌入式系統(tǒng)功耗的目的，本文主要分析了嵌入式系統(tǒng)低功耗軟件技術。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；低功耗；軟件技術

一、嵌入式系統(tǒng)功耗問題概述

目前，不斷發(fā)展計算機技術，開始廣泛應用嵌入式系統(tǒng)，越來越高要求系統(tǒng)功耗問題。在嵌入式系統(tǒng)中應用電池供電的便攜設備，因為是有限的電池存儲量，不能持續(xù)為設備提供電量。一般來說，為了能夠具備比較高性能，需要合理安置高性能CPU，依據實際運行規(guī)范，適當提高外圍設備數量，會降低系統(tǒng)功耗，衡量嵌入式系統(tǒng)性能的關鍵就是低耗能，為了能夠具備最平衡的高耗能和高性能需求，在符合系統(tǒng)實際運行性能要求基礎上，盡可能降低系統(tǒng)耗能，從而確?？梢蚤L期運行系統(tǒng)，從軟件和硬件兩方面分析系統(tǒng)節(jié)能問題[1]。

二、嵌入式系統(tǒng)低功耗軟件技術設計

（一）應用軟件編寫的節(jié)能設計。

第一，中斷替代系統(tǒng)中查詢。系統(tǒng)簡單應用中，不管應用哪種程序方式都不會出現很大差異，差別大的就是消耗功率。中斷方式處理系統(tǒng)中，中央處理器可以不做任何事，或者能夠直接進入到等待或停止模式；如果是查詢形式，需要中央處理器不斷訪問I/O寄存器，出現額外功率。第二，代替子程序。設計人員都知道，相比較讀RAM來說，讀Flash消耗功耗比較小，因此，在設計CPU的時候，RAM會展現低功耗性能，但是僅僅只能一次調用子程序，子程序進入到CPU以后，會暫時存儲中央處理器寄存器，離開系統(tǒng)的時候，CPU會彈出寄存器，此時至少需多次操作RAM，因此，設計人員在設計程序系統(tǒng)的時候，利用宏來代替子程序來。設計中是在子程序、還是宏上調用系統(tǒng)沒有很大區(qū)別，但是編譯的時候會依據中央處理器進行實施，避免調用子程序，但是最重要的就是增加代碼數量，上述方式可以適當降低系統(tǒng)功耗[2]。

摘要：為構建一個強實時性和高可靠性的嵌入式系統(tǒng)，提出了一種嵌入式系統(tǒng)的雙機熱備方法。該方法首先采用“先啟為主”的主備機身份識別機制確認主備機身份；然后為主備機之間的心跳通信配備了2條心跳線，并且在處于正常工作運行狀態(tài)的主機上創(chuàng)建一個互斥信號量，以此確定當前只有一臺機器處于工作狀態(tài)，避免了雙主機現象的出現；建立主備機同步通信機制，確保主備機的狀態(tài)和相互之間接收數據的實時通信；通過對主備機工作狀態(tài)的實時監(jiān)測，及時診斷系統(tǒng)故障，并采用主備機自動切換算法實現雙機熱備功能。

關鍵詞：嵌入式軟件；軟件測試；雙機熱備；實時系統(tǒng)

目前，嵌入式系統(tǒng)的健壯性和穩(wěn)定性是用戶和系統(tǒng)設計人員都十分關注的問題。如果在嵌入式系統(tǒng)運行過程中，因為系統(tǒng)硬件或者軟件故障導致整個系統(tǒng)無法繼續(xù)正常工作，則可能會帶來不可預知的影響和損失。因此，為了維護嵌入式系統(tǒng)的高可用性和高可靠性，必須采取適當的措施來保證嵌入式系統(tǒng)不間斷的穩(wěn)定運行，雙機容錯技術就是在這樣的背景下產生并在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛應用[1]。當前嵌入式系統(tǒng)中最常見的雙機容錯技術有無磁盤型、共享磁盤型、磁盤鏡像型、共享和鏡像共存型等，這些方法大多應用在專用的容錯系統(tǒng)中，應用在通用的容錯系統(tǒng)中的較少[2]。上述這些方法大都是在應用層實現容錯的功能，因此不可避免地會帶來以下問題：①增加設計人員的工作量，設計人員在實現具體業(yè)務的同時必須考慮容錯功能的實現；②數據容錯的可靠性難以保證，設計人員只要有考慮不周的地方，就可能導致容錯系統(tǒng)無法正確備份，導致備份失效；③系統(tǒng)可擴展性較差，一旦在系統(tǒng)中增加新的功能，設計人員必須重新考慮備份功能的實現，系統(tǒng)的可測試性和可維護性差。為了能夠有效地保證嵌入式系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、有效和持續(xù)運行，本文提出了一種嵌入式系統(tǒng)的雙機熱備方法。該方法能夠保證設備在無人監(jiān)管的情況下不間斷正常運行，具有技術成熟、運行成本低和任務可靠性較高等優(yōu)點。

1雙機熱備系統(tǒng)概述

雙機熱備技術一般是在服務器系統(tǒng)出現臨時故障時采取的一種熱備份技術，通過對服務器系統(tǒng)的熱備份，可以避免服務器系統(tǒng)發(fā)生故障時產生的長時間服務中斷，確保服務器系統(tǒng)能夠長時間可靠運行。雙機熱備概念分為廣義和狹義2種。從廣義上講，就是將2臺服務器中的重要服務進行相互備份，并且2臺服務器共同執(zhí)行同一服務。當任意1臺服務器運行時出現故障，另外1臺服務器在最短的時間內接管該故障服務器的一切服務，該接管工作不需要人工進行干預，保證整個服務器系統(tǒng)正常不間斷運行。狹義上講，服務器數據同時寫入2臺服務器中，或者這2臺服務器采用1個共享存儲設備。在同一時間2臺服務器只有1臺處于激活（工作）狀態(tài)，另外1臺處于靜默狀態(tài)。當處于激活狀態(tài)的服務器故障時，通過心跳機制激活另外1臺服務器，讓其接管當前工作。雙機熱備系統(tǒng)采用故障隔離的工作原理，將發(fā)生故障的設備以故障點轉移的方式讓處于熱備份狀態(tài)的正常設備接管當前工作，保證整個系統(tǒng)的不間斷運行。故障的恢復不是在故障設備上，而是在熱備份的設備上，熱備份的方式不是用來修復當前故障設備，而僅僅是將故障隔離。雙機熱備系統(tǒng)中的關鍵技術有主備機身份識別技術、主備機之間心跳通信技術、主備機同步技術和主備機故障檢測和切換技術等。

2主備機身份識別

目前大多數的雙機熱備系統(tǒng)都采用在主備機端安裝不同軟件的方式。這種方法的優(yōu)點是程序開發(fā)較為簡便、邏輯清晰；缺點是靈活性較差、不便于維護。為了使主機和備機具有完全對等性，采用“先啟為主”的主備機身份識別機制，即先啟動的為主機，后啟動的為從機。“先啟為主”的主備機身份識別機制采用端口監(jiān)聽的方法實現。首先在主機和備機上分別配置好對方的IP地址和通信端口號，在嵌入式系統(tǒng)的任務啟動后立即創(chuàng)建一個套接字并向對方通信端口發(fā)出連接請求。如果連接成功說明對方已經啟動，本機標識為備機；如果連接失敗將本機標識為主機，并將套接字綁定到主備機通信端口進行監(jiān)聽。這樣，無論備機何時啟動，主機都會接受備機的連接請求并與之建立連接。