嵌入式系统关键技术分析与开发应用

2022-11-25

随着科学技术的不断发展, 数字信息技术已得到了广泛的普及和应用。作为数字信息技术的典型代表之一, 嵌入式系统也在人类社会的各个领域开始发挥重要作用[1]。传统的嵌入式系统倾向于处理外部的控制请求, 经过多年的发展, 通过引入开发设计手段和软件移植技术等, 提高了嵌入式系统的使用范围, 更能满足当前对嵌入式系统的需求。本文主要对嵌入式系统涉及的关键技术和在实际中的开发应用进行详细分析, 旨在为后期嵌入式系统的发展提供参考。

一、嵌入式系统主要特点概述

嵌入式系统由相关的硬件和操作系统组成, 与其他系统相比, 嵌入式系统有着自身的独有特点。在处理器方面, 嵌入式系统的处理器通常包括嵌入式微处理器、微系统控制器以及DSP三类[2], 其中微处理器在使用时将电路板视作自身设备, 可节省系统空间;微控制器即单片机, 集成了CPU、RAM等, 可实现系统的统一化管理;嵌入式DSP处理器, 主要用于缓解系统开发过程中的离散时间信号, 从而在系统操作时高效地对图片等进行编辑和执行。在微内核结构方面, 嵌入式系统的内核通常包括应用层和内核层, 内核层主要用于为系统提供功能和能量, 对系统的进程管理和设备管理等进行控制。在内核的加载方式方面, 主要有两种运行方式, 即内存和Flash。这两种方式分别实现不同的功能, 前者的执行速度稍快。

二、嵌入式系统关键技术分析

(一) 嵌入式系统开发设计技术

在嵌入式系统的实现过程中, 往往对开发技术提出了较高的要求。嵌入式系统的开发通常在宿主机和目标机上实现, 其中宿主机主要用于对定址和编译的过程进行控制, 并在此之后将传输数据转换成二进制代码, 目标机运行系统软件。在嵌入式系统中, 在应用开发技术的基础上, 往往更强调使用交叉编译器, 来提供平台运行时所需的代码数据[3]。此外, 在开发嵌入式系统的过程中, 通常以宿主机-目标机的形式, 来创造任务、代码和编译级所需的条件, 同时, 为了提高系统的开发水平, 需要将应用程序下载到目标主机中。

(二) 嵌入式系统的软件移植技术

软件移植技术是嵌入式系统的关键技术之一。嵌入式系统的开发通常包括多个阶段, 在初始阶段, 通常是在PC机上对程序的软件进行编写, 在编写好软件后, 将软件移植到系统中去, 在移植过程中主要涉及到字节顺序、字节对齐、位段以及代码优化等。在字节顺序方面, 软件移植中的字节顺序包括小端字节顺序和大端字节顺序两种。在小端字节顺序中, 在内存的低地址部分存放低字节的数据, 在内存的高地址部分存放高字节的数据。与之相反的顺序称为大端字节顺序。在实际情况中, 不同的主机往往使用不同的字节顺序。在字节对齐方面, 长期以来, 由于字节对齐的方式较多, 在嵌入式系统开发过程中往往存在很多不同意见。为了改善上述情况, 可通过拆包函数的方式提高软件的通用性, 进而解决字节对齐的问题。

在位段分配方面, 由于该任务往往有硬件平台决定, 位段的分配空间常常出现开始的顺序不同而导致出现各种问题, 为了解决该问题, 在编译时需要使用条件编译来准确区分平台。

在代码优化方面, 对嵌入式系统而言, 其自身的特点决定了其对运行的软件的要求较高。为了节省代码执行的时间, 需要对技术人员提出更高的要求, 在系统的开发和优化过程中, 以频率作为排序标准[4]。对函数传递参数模式下暴露出的问题, 应当系统应对, 提升运行水平。此外, 在嵌入式系统中, 考虑到例程往往占据着标准卡中的较大范围, 因此, 需要秉承缩减代码的思想。

综上所述, 软件移植技术可对嵌入式系统开发中存在的问题进行缓解或改善。

三、嵌入式系统的开发应用

嵌入式系统目前在人类生活的多个方面都得到了广泛应用, 满足了人们的生活需求, 提升了人们的生活品质。下面分别从家居应用、语音芯片以及产品研发等方面详细说明嵌入式系统的开发应用情况。 (1) 家居应用。随着科技的进步和网络的普及, 人们在网络的基础上, 利用相关的软硬件, 对居家的电器设备进行控制。在软硬件系统的构建过程中, 为了提高系统的可操作性, 往往应用了内嵌式模块。例如, 在电视机、洗衣机等设备中, 将嵌入式系统接入到了无线电中, 提升了人们的生活质量和生活品质。此外, 如东大移动设计和研发的多媒体家庭网关也采用了嵌入式技术, 该网关可同时支持多个设备接入。 (2) 语音芯片。在开发嵌入式系统中, 对语音的处理往往离不开语音芯片, 语音芯片主要用于对语音进行识别和合成, 从而可在多个领域发挥作用。例如, 在手机中, 通过加入语音芯片, 当手机接收到文字信息时, 可利用语音芯片来听取信息。 (3) 产品研发。嵌入式系统在发展过程中, 可以通过和现有的无线设备相结合来提高系统的使用效果。例如在电话系统中应用嵌入式技术, 可进一步促进电子商务发展的智能化和自动化。此外, 从当前嵌入式系统发展的趋势来看, 在移动数据库的构建目标也逐渐达成, 移动数据库可有效应用于医护工作中, 为医护人员及时准确的提供病人的医疗数据, 提高医护服务质量。