改进的嵌入式软件架构及其应用层开发模式
基于dbus的嵌入式系统应用程序接口的分析
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（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1 绪论近些年来，嵌入式系统领域有了飞速的发展。
随着嵌入式系统处理能力越来越强，功能越来越多样，嵌入式系统应用范围越来越广，计算机的概念不仅仅是以前那种放在桌面上进行科学计算和文档处理的计算机了。
现在，通常所说计算机不仅包括大型机、桌面台式机，还包括各种各样、大大小小的嵌入式电子设备。
嵌入式电子设备包括小到MP3、PDA等各种数字化产品，大到智能家电、车载电子等设备。
但是，随着嵌入式设备应用领域的不断扩大，我们所涉及的开发系统的规模不断扩大，复杂性不断提高，传统的嵌入式系统软件设计方法已经远远不能满足我们的要求。
嵌入式系统的开发已经不是以前那种几个人甚至是一个人就可以完成的事情了。
对一个大型的系统如何提高代码系统的分析和设计的质量，如何更好的实现代码的重用，加快开发的速度和减轻开发人员的负担，如何使开发具有继承性，能够继承以往的开发工作。
这些问题已经显得越来越重要，迫切需要我们对整个嵌入式系统的设计和开发在方法论上面进行一些很好的总结和创新[1]。
1.1 课题研究背景随着后PC时代的来临，嵌入式设备已经越来越多地应用于各个领域，尤其在32位嵌入式微处理器出现后，嵌入式操作系统与其结合而产生的嵌入式系统，具备更好的稳定性和开放性，在各行业技术革新中发挥着重要作用[2]。
嵌入式开发中的软件架构设计
嵌入式开发中的软件架构设计嵌入式开发是现代科技领域中的重要一环，它涉及到各种智能设备和嵌入式系统的开发与设计。
在嵌入式开发中，软件架构设计起着至关重要的作用。
本文将介绍嵌入式开发中的软件架构设计原则、常见的软件架构模式，以及如何选择适合的软件架构设计方案。
一、嵌入式开发中的软件架构设计原则在进行嵌入式软件架构设计时，需要遵循一些基本原则，以确保软件架构的稳定性、可靠性和可维护性。
以下是几个重要的原则：1. 模块化设计：嵌入式系统通常由多个模块组成，每个模块负责不同的功能。
模块化设计可以使系统的各个模块相互独立，易于调试和维护。
2. 可重用性：合理设计软件模块，以便于在不同的项目中重复使用。
这将提高开发效率，减少代码量，降低项目开发成本。
3. 可扩展性：嵌入式系统的需求可能会随时间不断变化。
因此，软件架构设计应具备良好的可扩展性，以便于根据实际需求进行系统的扩展和升级。
4. 可靠性和安全性：嵌入式系统通常面临着严格的可靠性和安全性要求。
软件架构设计应当考虑到系统的性能和稳定性，并采取相应的措施来确保数据的安全性。
5. 性能优化：嵌入式系统通常拥有有限的资源，包括处理能力、内存和存储空间等。
软件架构设计应当考虑到这些资源限制，并尽可能优化系统的性能。
二、常见的嵌入式软件架构模式针对不同的应用场景和需求，存在多种嵌入式软件架构模式可供选择。
以下是一些常见的模式：1. 单机框架模式：在这种模式下，嵌入式系统作为一个单一的实体存在，所有的功能模块都运行在同一台设备上。
这种模式适用于资源较为充足、功能相对简单的嵌入式系统。
2. 分布式框架模式：在这种模式下，嵌入式系统的各个功能模块分布在不同的设备上，通过网络进行通信和协作。
这种模式适用于功能复杂、需要协同工作的嵌入式系统。
3. 客户端-服务器模式：这种模式下，嵌入式系统被分为客户端和服务器两个部分。
客户端负责与用户进行交互，服务器负责处理数据和逻辑。
这种模式适用于需要与用户进行交互的嵌入式系统。
嵌入式系统的软件架构设计
1.前言嵌入式是软件设计•领域的一个分支，它自身的诸多特点决定了系统架构师的选择，同时它的一些问题乂具有相当的通用性，可以推广到其他的领域。
提起嵌入式软件设汁，传统的印象是单片机，汇编，奇度依赖硬件。
传统的嵌入式软件开发者往往只关注实现功能本身，而忽视诸如代码复用，数据和界面分离，可测试性等因素。
从而导致嵌入式软件的质量高度依赖开发者的水平，成败系之一身。
随着嵌入式软硬件的飞速发展，今天的嵌入式系统在功能，规模和复杂度各方面都有了极大的提升。
比如，Marvell公司的PXA3xx系列的最高主频已经达到SOOMhz,内建USB, WIFI, 2D图形加速，32位DDR内存。
在硬件上，今天的嵌入式系统已经达到其至超过了数年前的PC平台。
在软件方面，完善的操作系统已经成熟，比如Syinbiain Linux, WinCEo基于完善的操作系统，诸如字处理，图像，视频，音频，游戏，网页浏览等各种应用程序层出不穷，其功能性和复朵度比诸PC软件不遑多让。
原来多选用专用®件和专用系统的一些商业设备公司也开始转换思路，以出色而廉价的硬件和完善的操作系统为基础，用软件的方式代替以询使用专有硕件实现的功能，从而实现更低的成本和更高的可变更，可维护性。
2 •决定架构的因素和架构的影响架构不是一个孤立的技术的产物，它受多方面因素的影响。
同时，一个架构乂对软件开发的诸多方面造成影响。
下面举一个具体的例子。
摩托车的发动机在出厂前必须通过一系列的测试。
在流水线上，发动机被送到每个工位上，山工人进行诸如转速，噪音，振动等方面的测试。
要求实现一个嵌入式设备，具备以下基本功能：L 安装在工位上，工人上班前开启并登录。
2.通过传感器自动采集测试数据，并显示在屏幕上。
3.记录所有的测试结果，并提供统计•功能。
比如次品率。
如果你是这个设备的架构师，哪些问题是在设计架构的时候应该关注的呢？2.1嵌入式常见误解1）小型的系统不需要架构有相当多的嵌入式系统规模都较小，一般是为了某些特定的U的而设计的。
国产天脉1型操作系统的嵌入式软件开发配置
国产天脉1型操作系统的嵌入式软件开发配置张斌(陕西宝成航空仪表有限责任公司研发中心,宝鸡721006)摘要:本文介绍了中航631所研制的天脉1型嵌入式实时操作系统,分析了天脉1型操作系统及相关平台的配置方式㊂针对M S L层及O S层特点,在P1013硬件系统上实现了天脉1的配置和工程应用㊂应用结果表明,基于天脉1型操作系统的嵌入式软件具备强实时㊁稳定性高并支持多任务的特点,能够提高武器装备质量㊂关键词:天脉1操作系统;嵌入式;M S L配置中图分类号:T P319文献标识码:AE m b e d d e d S o f t w a r e C o n f i g u r a t i o n o f A C o r e O S1.X O p e r a t i n g S y s t e mZ h a n g B i n(A V I C S HA N X I B A O C H E N G A V I A T I O N I N S T R UM E N T C o.,L t d.,B a o j i721006,C h i n a)A b s t r a c t:T h e A C o r e O S1.X e m b e d d e d r e a l-t i m e o p e r a t i n g s y s t e m i s i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r.T h e c o n f i g u r a t i o n o f A C o r e O S1.X o p e r a t i n g s y s t e m a n d r e l a t e d p l a t f o r m s a r e a n a l y z e d.A c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f M S L l a y e r a n d O S l a y e r,t h e s y s t e m i s i m p l e m e n t e d o n P1013h a r d w a r e s y s t e m.T h e e n g i n e e r i n g r e s u l t s s h o w t h a t t h e e m b e d d e d s o f t w a r e b a s e d o n A C o r e O S1.X o p e r a t i n g s y s t e m h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s t r o n g r e a l-t i m e,h i g h s t a b i l i t y a n d m u l t i t a s k s u p p o r t,w h i c h c a n i m p r o v e t h e q u a l i t y o f w e a p o n e q u i p m e n t.K e y w o r d s:A C o r e O S1.X o p e r a t i n g s y s t e m;m e a s u r e m e n t o f r e l a t i v e l e v e l;M S L c o n f i g u r a t i o n0引言嵌入式实时操作系统是管理嵌入式计算机软件/硬件资源㊁为应用软件提供运行平台的核心基础软件㊂在我国的航空装备上曾经大量使用了国外的商用操作系统(如V x W o r k s等),但是由于不掌握核心技术,难以发现和消除这些系统中可能存在的安全隐患,对国家和航空装备的安全性造成严重的影响㊂因此,嵌入式实时操作系统国产替代势在必行㊂天脉1型嵌入式操作系统(简称天脉1,英文名为A C o r e O S1.X)是中航工业西安航空计算所研发的针对航空应用需求设计的机载嵌入式实时操作系统,能够完全满足机载环境所提出的强实时㊁高安全㊁高可靠㊁高确定㊁可裁剪㊁可升级等特殊要求㊂目前,天脉1型嵌入式操作系统已在我国多型军㊁民用航空装备上广泛应用㊂本文介绍了天脉1型操作系统在P1013硬件系统上的配置方法㊂1天脉1操作系统简介天脉1操作系统(A C o r e O S)采用C语言与汇编语言开发,按照G J B和D O178B进行研发测试,是一款面向多任务应用的强实时性嵌入式操作系统,能够协助用户管理嵌入式系统硬件资源,降低应用软件开发难度㊂A C o r e O S操作系统具有以下突出特点:①强实时性:其内核可抢占㊁中断可嵌套㊁优先级抢占㊁防止优先级反转㊁中断响应快速;②可靠性:其基于MMU存储保护设计㊁提供错误接管机制㊁按照A级软件研制;③可维护性:其采用模块化㊁层次化结构,接口符合标准;④兼容性:提供V x W o r k s兼容包,支持C/C++语言,提供符合P O S I X接口的运行时库;⑤适用性:支持国产处理器㊁支持常用功能组件(如图形组件㊁文件系统㊁运行时库),支持系统级调试;⑥支持硬件层抽象,能够实现M S L软件与操作系统软件间的分离,通过修改M S L软件可将操作系统移植到同系列㊁不同处理器结构上,M S L软件可配置㊁可裁剪㊂天脉1型操作系统依据A S A A C标准所定义的三层软件架构设计而成,包含模块支持层(M S L)㊁操作系统层(O S L)及应用层(A L)㊂三层软件结构独立,相互分离,系统组件可配置㊁可裁剪,提供灵活的空间配置㊁内存配置,开发人员可根据硬件特点进行针对性开发设计㊂通过分层设计实现各层软件之间的分离,解决了操作系统在不同图1 天脉1操作系统三层结构硬件平台的可移植性㊁硬件设备升级和应用软件可重用的问题㊂基于天脉1操作系统开发的软件结构图如图1所示㊂2 M S L 配置模块支持层(M S L )用于在天脉系列操作系统中将硬件层抽象,形成独立可运行部分,为上层操作系统内核提供硬件操作访问接口㊂M S L 配置包含处理器配置㊁组件配置㊁设备配置及空间配置,如图2所示㊂对于每一个配置项,其右边均有其属性选择项,开发人员可根据当前硬件环境通过下拉菜单或手动输入边界范围配置各类属性㊂图2 M S L 配置组件图2.1 B S P 包修改板级支持包(B o a r d S u p p o r t P a c k a ge ,B S P )需在购买天脉1时配套购买,P 1013的B S P 为P P C e 500系列㊂B S P 包括启动代码与驱动代码,启动代码为汇编指令,主要为初始化e 500v 2C P U 核心㊁关闭c a c h e㊁初始化堆栈以及代码段重定位,为之后运行C 程序创建环境㊂B S P 包另外一部分为驱动代码,包括串口㊁网络㊁定时器㊁存储等㊂2.2 配置运行空间运行空间指程序在R AM 中的运行空间,以及各个段的划分保证程序的运行㊂在天脉操作系统中,需要分别配置M S L 以及O S 的内存空间㊂首先打开M S L 配置(m s l .c f g ),在空间配置的S D R AM 中配置物理起始地址为0,大小为0x 10000000,虚拟地址与物理地址一致,属性为MM _D E F A U L T _A T -T R ㊂该段空间指定了M S L 与O S 在内存中的运行空间㊂在M S L 配置完成后,打开M S L 的内存配置(后缀为m t p 的文件),配置R AM 分区起始地址为0,大小为0x 10000000,这段地址必须在M S L 空间配置的S D R AM范围内㊂v e c t o r 段装入地址改为0x 01000000,指示向量段的起始位置㊂H E A P 大小为0x 0C 000000,起始地址为0x 04000000㊂b o o t r o m 的起始地址改为0x 01000000(与向量段保持一致)㊂需要注意向量段的大小要至少大于0x 4000㊂v e c t o r 段㊁d a t a 段㊁b s s 段㊁H E A P 段的总和要小于等于R A M 分区㊂2.3 配置F l a s h 设备在M S L 配置中,设备下的存储设备上右键点击新建ңF l a s h 设备,在新建出来的F l a s h 设备上右键点击新建,选择S 29G L 512P 并设置参数.2.4 配置映像描述文件与R O M 空间映像描述文件是M S L 通过F l a s h 驱动写在F l a s h 上的一小段数据,记录了M S L ㊁O S 以及A P P 的加载㊁固化地址㊁映像大小等信息,当M S L 运行后会检测在指定的地址上是否存在映像描述文件,如果不存在,则在指定地址上写描述文件;如果存在,则检测描述文件的内容;如存在O S 已经被固化的信息,则会自动从描述文件记录的地址读取O S 并运行,A P P 也是同理㊂映像配置参数图如图3所示,基本参数一栏中指定了映像描述文件的地址,R OM 空间指示除M S L 外其余映像的固化空间,L o a d 空间指示A P P 在R AM 中的运行空间㊂图3 映像配置参数图2.5 配置串口串口使用的是S T 16552标准串口,代码位于$(M S L _T A R G E T )/m s l /b o a r d /p p c /p1013/d r i v e r /s e r i a l /s t 16552.c ,另外在$(M S L _T A R G E T )/m s l /b o a r d /p p c /p 1013/i n c l u d e /pl a t f o r m.h 中,将C C S B A R 的宏值改为0x F F 700000㊂串口的波特率㊁数据位㊁停止位㊁校验模式㊁通信模式的配置在m s l .c f g 下的设备ң串口控制器ңST 16552ңC OM 1在S T 16552上右键点击,新建ң串口,添加第二路串口并设置参数即可㊂串口配置如图4所示㊂图4 串口配置图2.6 配置网络M S L 下网卡相关配置在M S L 配置ң组件ң目标机代理ң设备配置,I P 与端口的配置在M S L 配置ң组件ң目标机代理ң通信配置ңU D P 通道㊂网络配置如图5所示㊂图5 网络配置图注意:M S L 下的网络协议栈只包括最基本的网络收发以及p i n g 命令所用的I C M P 协议,T C P 与U D P 通信无法使用㊂2.7 下载并运行M S L完成以上基本系统配置后,在工程上点击右键选择构建项目,编译生成的可执行程序位于$(W o r k s p a c e )/$(M S L _T A R G E T )/p1013_r o m _b u r n 目录下㊂将M S L 的I P 设置为与开发机器同一网段㊂目标机连接串口与网口,打开串口助手,上电后在倒计时的时刻输入空格键后,输入 s t o p 进入u b o o t ㊂设置u b o o t 下I P :s e t i p a d d r 10.10.6.122;设置t f t p 服务端I P :s e t s e r v e r i p 10.10.6.28;保存环境变量改动:s a v e e n v ㊂u b o o t 下I P 尽量设置为与M S L 的I P 不同,否则可能导致M S L 运行后无法连接目标机㊂设置完毕后下载m s l .b i n 到内存0x 1000000地址中并运行:t f t p 1000000m s l .b i n ;go 1000000下载地址应当与M S L 内存配置中v e c t o r 段的装入地址一致,否则无法运行M S L ㊂当看到 M S L f o r A C o r e O s以及I P 地址等信息后,表示M S L 启动成功㊂M S L 启动图如图6所示㊂图6 M S L 启动图3 O S 配置A C o r e O S 配置包括内核㊁目标机代理㊁系统时间㊁设备管理组件㊁F A T 文件系统㊁大容量文件系统㊁主机文件系统等与操作系统运行参数及功能组件相关的配置㊂O S 配置定义了操作系统内核组件,以可配置组件方式向开发人员提供操作接口㊂同时,O S 配置定义了应用任务的部分属性㊂4 文件系统的配置文件系统的配置主要为在M S L 下的D F L 设备配置与O S 配置下的F A T 文件系统组件配置㊂首先打开M S L 配置,在设备下的存储设备菜单上点击右键,选择新建ңD F L 设备,在D F L 设备上右键选择新建ңn o r f l a s h 设备,配置大小等参数㊂文件系统配置如图7所示㊂图7 文件系统配置图此处的起始地址指文件系统在F l a s h 设备上的起始地址,大小指示文件系统在F l a s h 上占用的大小㊂在M S L 下添加完D F L 设备后,打开O S 配置,在A C o r e O S 配置上右键选择新建ңF A T 文件系统,在生成的F A T 文件系统子菜单上点击右键选择新建ң设备信息表,再设备信息表上右键选择新建ң设备信息,随后修改其中的相关参数㊂F l a s h 设备配置如图8所示㊂图8 F l a s h 设备配置图需要注意以下几点:①设备信息表中的设备名需要与M S L 配置下D F L设备名保持一致,否则无法创建文件系统㊂②设备类型中的值0x 50表明文件系统建立在F l a s h 设备上,如果为R a m d i s k 文件系统,此处应为0x F 8㊂③当设备第一次加载文件系统组件时需要将格式化选项设置为t r u e,运行系统时格式化需要耗费一段时间,等待格式化完成并且系统启动成功后,再次运行系统可以将格式化选项设置为f a l s e ,无需再次格式化;如果修改了文件系统的其他配置(如起始地址或起始盘符)后,同样也需要执行一次格式化,才可使修改后的配置生效㊂5 结 语本文介绍了国产天脉1操作系统的特点,详细描述了基于P 1013硬件系统B S P 包开发㊁M S L ㊁O S L 以及文件系统的配置,对基于相似硬件系统开发国产天脉1操作系统应用具有一定的借鉴意义㊂参考文献[1]天脉技术白皮书,2020.[2]A C o r e O S 机载嵌入式实时操作系统参考手册,2017.[3]A C o r e O S 机载嵌入式实时操作系统程序员手册,2017.[4]李向东,徐宁.基于国产天脉1型操作系统的嵌入式软件开发配置[J ].信息通信,2016(12):162164.张斌(高级工程师),主要从事嵌入式系统软件设计和惯性导航技术研究㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2020-11-02)C I T E 2021圆满闭幕:把脉产业方向,共绘发展蓝图4月11日,第九届中国电子信息博览会(C I T E 2021)在深圳会展中心圆满收官㊂本届博览会以 创新驱动高质量发展 为主题,现场有超1500家参展商,发布了近万件新产品㊁新技术,全方位㊁多角度展示了电子信息产业的最新发展成果㊂同时,博览会期间还举办了近100场同期活动,吸引了超过10万名专业观众到场参观,500多万观众网上观展,共有500多家媒体参与了宣传报道㊂本次展会的重点包括:5G+各种应用(物联网㊁智慧生活㊁车联网㊁工业互联网),信息技术创新应用,超高清显示技术以及大数据存储等㊂在为期3天的博览会期间,还特别举办了 1+5+N 系列重要活动,涵盖5G+产业㊁信息技术创新应用㊁显示技术㊁基础电子和I C 技术㊁大数据技术五大分论坛及其他行业活动,包含中国电子信息博览会开幕论坛㊁2021中国(深圳)5G 峰会㊁中国工业互联网产业发展论坛㊁2021中国车联网大会㊁第三届中国智慧家庭高峰论坛㊁首届信息技术创新应用产业大会㊁2021中国国际显示产业大会㊁2021深圳国际大数据与存储峰会㊁首届中国基础电子元器件产业峰会等在内的近百场论坛活动㊂论坛邀请了中国工程院院士沈昌祥㊁中国科学院院士尹浩㊁美国医学与生物工程学院院士潘毅㊁国际欧亚科学院院士赵生捷㊁瑞典皇家学院院士L a r s S a m u e l s o n㊁京东方科技集团股份有限公司副总裁齐铮等专家学者㊁企业代表,聚焦电子信息技术发展㊁人工智能㊁可信计算㊁智能终端㊁新型显示材料等电子信息产业热点话题各抒己见,共同探讨电子信息产业未来㊂2021年是我国十四五规划开局之年,以科技创新推动产业升级,推动经济持续高质量发展,已成为这个时代的大趋势㊂于2013年创办的中国电子信息博览会,至今已走过9年的发展历程㊂自创办以来,每年都会展现信息技术的最新成果,从底层新兴技术推动产业变革,赋能实体经济,推动社会转型升级㊂目前,中国电子信息博览会已成为在国际上具有高度影响力的信息科技高端交流平台,不仅为电子产业的快速发展做出了积极㊁巨大的贡献,更是成为了引领产业未来发展的一大 风向标㊂。
嵌入式软件开发模式及软件架构的研究
51软件开发与应用Software Development And Application电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering我国科学技术近年来的发展成果相当瞩目，嵌入式软件开发及建构也步入了新的发展阶段。
嵌入式软件是能在嵌入式系统中灵活运用的一种模块化软件，能维持系统原有特性及功能不变。
但是，因各类因素影响的缘故，有关嵌入式软件的开发模式及软件架构中有一系列缺陷与不足存在，影响了嵌入式软件功能及性能。
基于此，有必要围绕嵌入式软件开发模式及架构展开研究。
1 嵌入式软件概述以硬件为目标进行操作系统和开发工具软件的嵌入，即为嵌入式软件，其在产业中呈现出“芯片设计制造→嵌入式软件系统→嵌入式电子设备研发制造”的关联关系。
嵌入式系统包含微处理器、传感器、存储器、微控制器及定时器等诸多组成成分，且嵌入至存储器中的卫星操作系统和控制应用软件也被包含在内，可以说嵌入式软件是组成嵌入式系统的关键成分之一，两者之间有着密不可分的联系[1]。
以通常分类方法为参考，可划分嵌入式软件为系统、应用及支撑等三类软件。
系统软件负责管控嵌入式系统资源，能将设备驱动程序、嵌入式操作系统等提供给嵌入式应用。
应用软件负责于用户交互，直接体现了嵌入式系统的功能。
支撑软件表示系统分析设计工具、配置管理工具等辅助软件开发的工具软件。
嵌入式软件呈现出独特的实用性、灵活的适用性、程序代码精简、可靠性和稳定性高等特点。
其中，最关键的便是软硬件紧密耦合特性。
具备多样性与灵活性的嵌入式系统，难免会带给软件设计人员诸多挑战：一是软件设计中对硬件考虑过多，会阻碍开发和调试。
二是软件工作的开展需建立在硬件平台就绪的前提下，整个系统开发周期也因此延长。
而为了规避此类问题，开发中可在特定EDA 工具环境内进行，随后再向硬件平台移植，如此不但能为程序逻辑设计正确性提供保障，且能加快软件开发进程。
基于ICS的嵌入式系统应用层软件架构及其应用
基于ICS的嵌入式系统应用层软件架构及其应用
万相奎;陈建明
【期刊名称】《计算机应用与软件》
【年(卷),期】2010(27)10
【摘要】针对嵌入式应用软件并行设计和调试困难这一共性问题,研发了任务间通信服务ICS(Intertask Communication and Services)消息总线平台库,并据此提出一种基于ICS工作机制的嵌入式应用层软件架构.对复杂任务中相对独立的功能模块用进程来实现,创建进程的ICS邮箱,并借助于ICS消息总线平台来实现进程间安全的数据交互和流畅的行为控制.这使得进程化的不同模块可并行研发,并通过ICS消息实现模块间的并行通信和测试.最后介绍了这种架构模式在具体研发项目的应用和效果.
【总页数】4页(P262-265)
【作者】万相奎;陈建明
【作者单位】广东工业大学信息工程学院,广东,广州,510006;托肯恒山科技,广州,有限公司,广东,广州,510663
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于NICE协议的应用层组播稳定性研究 [J], 随冬梅
2.基于NICE协议的应用层组播可靠性研究 [J], 周国伟;陈越;邵婧
3.改进的嵌入式软件架构及其应用层开发模式 [J], 万相奎;陈建明
4.基于应用层协议分析的应用层实时主动防御系统 [J], 谢柏林;余顺争
5.基于应用层协议关键词序列的应用层异常检测方法 [J], 谢柏林;余顺争
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面向汽车电子的嵌入式软件开发应用软件的研究与分析
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目录
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嵌入式软件开发概述
汽车电子系统中的嵌 入式软件开发技术
汽车电子系统中的嵌 入式软件应用实例
汽车电子系统中的嵌入式 软件开发挑战与未来发展
结论
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嵌入式软件开发概 述
嵌入式系统是一种专用的计算机系 统，旨在执行特定的任务或功能
编码实现： 根据设计文 档进行代码 编写
测试验证： 对软件进行 测试和验证， 确保其正确 性和稳定性
部署维护： 将软件部署 到目标平台 上，并进行 后续的维护 和升级
工业控制领域
汽车电子领域
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智能家居领域
添加标题
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医疗电子领域
嵌入式软件定义：指针对汽车电子系统进行设计、开发、测试、运行和维护的专用软件。 嵌入式软件特点：实时性、可靠性、安全性、可扩展性等。 嵌入式软件应用范围：汽车发动机控制、底盘控制、车身控制、导航系统等。 嵌入式软件开发流程：需求分析、设计、编码、测试、部署等。
嵌入式系统广泛应用于汽车电子、 智能家居、医疗设备等领域
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嵌入式系统通常与实际应用紧密结 合，具有实时性、可靠性和低功耗 等特点
嵌入式软件开发是针对嵌入式系统 的软件开发，涉及到硬件和软件的 协同设计、优化和测试等方面
需求分析： 明确软件的 功能和性能 要求
架构设计： 确定软件的 整体结构和 模块划分
可靠性挑战：硬件故障、 软件崩溃等
未来发展方向：提高安全 性和可靠性的技术手段
嵌入式软件在汽车电子系统中的重要性 嵌入式软件开发过程中的质量保证措施 软件测试的目的、方法及流程 未来发展趋势：自动化测试和持续集成
嵌入式系统的软件架构设计
嵌入式系统的软件架构设计一、嵌入式系统软件架构设计的原则1.单一职责原则：模块化设计，每个模块负责独立的功能或任务，使得系统具有高内聚性和低耦合性，易于维护和拓展。
2.低功耗原则：嵌入式系统通常运行在资源受限的环境中，所以在设计过程中应考虑功耗的优化，如合理使用睡眠模式、降低组件工作频率等。
3.实时性原则：对于需要实时响应的系统，需要保证任务的实时性和可靠性。
可以使用实时操作系统，合理分配任务优先级，提供正确的调度机制。
4.可靠性原则：嵌入式系统通常运行在无人值守的环境中，对于需要长时间运行的系统，需要考虑到系统的稳定性和错误处理机制，如保证数据一致性、异常处理等。
二、常用的嵌入式系统软件架构模式1.分层结构：将系统划分为若干层，每一层负责特定的功能或任务。
上层可以调用下层的服务，实现系统的复用和模块化设计。
常见的分层结构有应用层、服务层、驱动层等。
2.客户端-服务器模式：将系统拆分为客户端和服务器，客户端负责用户界面和输入输出处理，服务器负责核心业务逻辑和数据处理。
这种模式适用于需要分布式处理和网络通信的系统。
3.事件驱动模式：通过订阅和发布机制，实现模块之间的高效通信和数据传递。
当一个模块触发一个事件时，相关的订阅者可以接收并处理这个事件。
这种模式适用于需要实现松耦合的模块间通信的系统。
4.状态机模式：系统根据不同的状态进行不同的处理，通过定义状态转换规则，可以实现系统的复杂逻辑控制。
这种模式适用于需要根据不同状态处理不同事件的系统，如自动控制系统。
三、嵌入式系统软件架构设计的指导1.准确定义需求：在设计阶段之前，清楚地定义系统的功能需求、性能需求、可靠性需求等，并根据需求确定软件架构的基本模型和模式。
2.模块化设计和接口定义：将系统划分为若干独立的模块，并定义模块之间的接口和通信机制。
模块化设计可以提高系统的复用性、拓展性和维护性。
3.确定关键任务：对于需要实时响应的系统，需要确定关键任务，并按照优先级进行调度。
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53582009,30(23)计算机工程与设计Computer Engineering and Design0引言随着后PC 时代的来临，嵌入式设备已经越来越多地应用于各个领域，尤其在32位嵌入式微处理器出现后，嵌入式操作系统与其结合而产生的嵌入式系统，具备更好的稳定性和开放性，在各行业技术革新中发挥着重要作用。
然而嵌入式系统作为一种紧凑型专用计算机，受系统资源限制，其软件的开发不同于普通台式计算机，随着需求的发展和应用的复杂，嵌入式系统的软件开发面临着一些共性的问题[1]：(1)从软件开发过程看，为了节约系统资源消耗，嵌入式应用软件基本采用面向过程的开发方式，代码复用度低，在面对复杂的多任务应用功能实现时，很难展开并行的开发和调试，这是限制嵌入式应用软件开发效率的一个重要因素。
(2)嵌入式应用软件常需要对硬件驱动接口进行操作，而嵌入式设备应用对象千差万别，多种多样的嵌入式操作系统之间兼容性差，往往需要针对不同的硬件编写操作系统内核移植代码。
(3)在工程应用中，许多嵌入式软件进行代码升级、功能扩展时，需要向嵌入式操作系统平台做代码移植。
领域工程和应用工程中，基于复用的软件生产技术是其关键技术[2]。
然而上述问题造成了嵌入式软件开发效率低，开发周期长，且影响了产品的可靠性、移植能力和市场响应能力。
目前嵌入式软件开发需要很好解决以下问题：(1)软件复用问题，包括功能代码复用和过程代码复用。
(2)抽象层开发问题，包括目标硬件平台的抽象层开发和操作系统抽象层开发。
通过研究和项目实践，本文提出一种面向嵌入式应用的新的软件系统结构解决方案，以改进的层模式软件架构和基于ICS 消息总线的功能模块进程化开发模式，来解决以上问题。
收稿日期：2009-01-05；修订日期：2009-02-26。
嵌入式系统工程万相奎，陈建明：改进的嵌入式软件架构及其应用层开发模式2009,30(23)53591改进的层模式体系结构一个通常的嵌入式系统软件体系可按层次划分为如图1所示[3]。
专用的嵌入式设备，其嵌入式应用软件层通常为一个进程，实现某个特定的功能。
嵌入式操作系统层集成了完整的文件管理、进程管理、内存管理、网络管理、电源管理等功能。
硬件驱动层实现对特定外设的直接访问，提供系统访问接口。
开发一个具有特定功能的嵌入式设备，必须具备相关硬件、软件、嵌入式操作系统和特定领域知识，这对开发人员提出了相当高的要求，而且当开发新的嵌入式设备时，代码复用度很低。
本文将以上层结构进行了细化和改进，新的嵌入式系统软件层结构如图2所示。
这里的嵌入式应用软件层由多个进程组成，它们协调工作，共同完成一个嵌入式设备的特定功能。
其详细工作机理将在第2节详述。
系统特征接口层提供嵌入式设备个性化配置接口，它包含了用户开发该嵌入式设备所希望的一些特征：系统芯片信息、功能模块、文件系统类型、网络类型、GUI 图形库、外设信息库等。
根据这些特征，结合下层微内核相关模块，通过配置定制出特定的系统软件平台。
微内核层只提供基本的管理功能，包括任务调度、内存管理、时钟管理等。
其它应用构件，如网络协议、文件系统和GUI 库等均工作于用户态，以系统进程或函数调用的方式工作，这样它们被剥离开来，可存储于嵌入式系统开发构件服务器上，以实现它们的复用，用户可以根据需要选择配置相应的应用构件。
设备操作级抽象层抽象并封装了硬件的功能行为，提供了对各种板子的硬件功能操作的统一的软件接口，它是保证操作系统可移植性的关键。
可将不同板子对应的功能操作包开发出来后，存储于嵌入式系统开发构件服务器上，实现硬件功能操作代码的复用。
设备寄存器级抽象层直接与硬件相关，封装了外设寄存器接口及其行为，定义了完整的寄存器序列名称。
针对不同的芯片编写不同对应的驱动，将其存放于嵌入式系统开发构件服务器，以实现对同一功能元器件操作的代码复用。
嵌入式系统开发构件服务器是一个提供可复用的嵌入式构件的外部容器。
所谓构件指可被多个软件系统复用的，具有相对独立功能的系统构成成分[4]。
在改进后的嵌入式软件体系结构下进行应用开发，通过复用技术，应用软件层只需根据嵌入式设备的特定应用需求，通过特征接口层提供的配置服务，下载嵌入式系统开发构件服务器上对应层的软件构件，来实现对操作系统的定制和硬件相关代码的开发，避免了重复开发工作，且保证了系统的扩展性、可移植性和稳定性。
2基于ICS 的多进程嵌入式应用层软件开发基于改进的嵌入式系统软件层模式体系结构，可提高其操作系统层和抽象层的软件复用度。
而通常嵌入式设备面向特定专业应用领域，嵌入式应用软件层实现其特定的控制或处理任务[5]。
目前基于单进程的嵌入式应用软件开发难以实现复杂多任务功能需求，本文提出基于ICS 通讯机制的多任务进程化嵌入式应用软件开发新方案。
2.1ICS 消息总线通讯机制ICS (intertask communication and services )即任务间通讯服务，它是作者所在的项目组基于套接字和UDP 协议研发，用于嵌入式设备应用层的复杂功能实现而开发的。
它独立于操作系统，由3部分组成：ICS 客户端：需要使用任何ICS 功能的进程；ICS 服务器：实现远程计算机上的邮箱访问任务；ICS 节点检查器：控制是否允许当前应用程序指定的ICS 邮箱能够通知。
当某一进程需要使用ICS 邮箱时，必须登记注册该邮箱，ICS 服务器将通过发送“事件”消息到该邮箱通知其是否能用。
ICS 工作机制通过“ICS 邮箱”来为操作系统上层应用程序提供统一标准的数据交互方式，使得应用进程间的通讯独立于操作系统，这样当操作系统版本升级和使用新的操作系统时，不必涉及上层应用的更改。
任意需要使用ICS 消息的进程首先需要创建消息邮箱，并通过周期性检查邮箱中的消息来获得数据。
ICS 库函数可以方便满足进程间的数据通讯。
每个进程事先都需要创建一个“ICS 邮箱”，并通过周期性检查邮箱中的消息来获得数据。
需要发送数据给其它进程的进程只需要将格式化后的数据以消息的形式发送给目的进程邮箱，对方即可接受到数据。
图3描述了基于ICS 的多进程间数据交互过程。
计算机启动后，位于同一台计算机内部的“进程1”和“进程2”开始运行，首先调用ICS 函数库的API 函数分别各自创建自己的邮箱“QX ”及“RX ”，当“进程2”要发送数据给“进程1”时，它将把数据通过ICS 消息总线直接发送到“QX ”邮箱，“进程1”通图1通常嵌入式系统软件层结构硬件层嵌入式应用软件层嵌入式操作系统层硬件驱动层4KB，所以读取一个页只需进行一次读命令，节省了在寻道上面的时间。
对于下层的驱动程序来说，当出现有大于4KB的特殊情况时，下层的驱动程序就会对其进行拆分。
也就是说，通过修改Block的大小，减少了读操作的次数，合并了过多的拆分，从而提高了系统的读操作的性能。
如图6所示，当块大小由512Byte改为pagesize大小，也就是4KByte时，速度有比较明显的提高。
(3)页机制因为在整个读取文件的过程中，都是按页为单位进行考虑和执行的，然后提交到下层，也就是内核中的submit动作。
但是，1个页的大小，实际上也就4K，这对真实的磁盘系统、特别是高清文件来说实在是太小。
而在每次提交一个页时，我们需要花费比较多的时间去将这4K的内容传到底层，执行完整个流程。
如果能够在提交之前进行页的合并的判断，使其达到一定数量的页时进行传送，这样就会大大减小在传输过程中的时间，提高运行速度。
因此，在submit动作前，我们可以在ntfs_readpage前增加一个函数来判断并合并多个page，这样就不用每个page不停地传输过程中浪费时间，达到一次传输多个page的目的。
3实验结果本硬件平台：图7是一个基于ARM嵌入式平台的高清播放系统的测试结果。
该测试的实施的软硬件平台是：ARM7TDMI的芯片系统，CPU频率为198MHz，64MB内存，6MB cache；硬盘maxtor，4200转，40GB；系统采用uCLinux2.6.10。
从试验结果中我们可以看出，在通过上述几种方法后，文件读取速度由原来的39~40Mbit/s提高到80Mbit/s，也就是说对NTFS文件系统USB接口I/O速度提高达到近100%。
同时在实验过程中我们发现，对于目前市面上的绝大部分高清影片，都能够流畅的播放，达到了预想中的效果。
4结束语Linux内核是一个很庞大的工程，而文件系统[9]是其中的基础。
因此对于文件系统的研究涉及到很多方面复杂的知识。
本文基于嵌入式Linux系统，提出了一种无卡顿播放高清影片的改良方法，通过修改Linux内核，特别是针对预读机制，块机制，页机制等，提高了USB接口I/O速度，提高比例将近100%，取得了很好的效果。
另外，不仅针对NTFS文件系统，对于其它的文件系统，如FAT、SAMBA、ext文件系统等，对于USB接口I/O速度的提高都能起到不错的效果。
参考文献:[1]毛德操,胡希明.Linux内核情景分析[M].杭州:浙江大学出版社,2001.[2]居锦武,王兰英.NTFS文件系统剖析[J].计算机工程与设计,2007,28(22):5437-5439.[3]梁金千,张跃.NTFS文件系统的主要数据结构[J].计算机工程与应用,2004,39(8):116-118.[4]O'REILLY.深入理解linux内核[M].3版.北京:中国电力出版社,2007.[5]郭玉东.Linux操作系统结构分析[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.[6]吴峰光.Linux内核的文件预读[J].软件世界,2007(12):56-57.[7]吴娴.嵌入式Linux文件系统的设计与实现[J].计算机工程与应用,2005,41(9):111-112.[8]应骏,江峰,李莉.嵌入式设备上的文件系统优化设计[J].电子技术应用,2007(12):141-142.[9]张明亮,张宗杰.浅析FAT32文件系统[J].计算机与数字工程,2005,33(1):56-59.。