关于嵌入式程序设计思路的详细介绍,从硬件驱动层到应用层
关于嵌入式系统设计方法的分析
传 统 的嵌 入 式 系 统 设 计 方 法 如 图 ２
所示 。
为 了 避 免 上 述 问 题 ．一 种 新 的 开 发
程 师 和 软 件 工 程 师 按 照 拟 定 的设 计 流 程
何从 应 用 系 统 需 求 出发 ，依 据 一 定 的 指
嵌 入 式 系 统 被 定 义 为 ：以 应 用 计 算 机 为 中心 ， 以计 算 机 技 术 为 基 础 ， 硬 件 软 可 裁 减适 应 对 功 能 、 靠 性 、 本 、 积 、 可 成 体 功 耗严 格 要求 的 专 用计 算 机 系 统 。 嵌 入
不 可 能 对 系 统 做 出较 好 的 性 能 综 合 优 化 。２ ０世 纪 图 １ 瀑 布 式 开 发 过 程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
显 然 这 种 设 计 方 法 对 于 具体 的应 用
系 统 而 言 ，容 易 获 得满 足综 合性 能 指 标
９ 年 代 初 ． 外 Ｏ 国
有 些 学 者 提 出 “ 种 传 统 的 设 这 计 方 法 ． 只是 早
方 式 应 运 而 生 一 软 件 、硬 件 协 同 设 计 方 法 。 个 典 型 的 硬 件 、 件协 同设 计 过 程 一 软 如 图３所 示 。 首先 ．应 用 独 立 于 任 何 硬 件 和 软 件 的 功 能 性 规 格 方 法 对 系统 进 行 描 述 ， 然
传 统 的嵌 入式 系 统 开 发 采 用 的是 软 件开 发 与 硬件 开发 分 离 的 方 式 。虽 然 也
的最佳解决方案。
嵌入式系统开发
嵌入式系统开发嵌入式系统是指内嵌在其他设备或系统中，实现特定功能的计算机系统。
它通常集成了硬件和软件，通过专门的开发平台进行开发和编程。
嵌入式系统广泛应用于各个领域，如汽车、家电、医疗设备、通信设备等。
本文将围绕嵌入式系统开发展开，介绍嵌入式系统的基本原理、开发流程以及相关技术。
一、嵌入式系统的基本原理嵌入式系统的基本原理是将处理器、存储器、输入输出设备等硬件组件集成在一起，通过操作系统和应用程序实现特定的功能需求。
常见的嵌入式系统采用单片机或微处理器作为核心处理器，具有较小的体积和功耗。
嵌入式系统的设计需要考虑硬件平台的选择、外设的接口设计、系统调度和任务管理等方面。
同时，软件开发也是嵌入式系统的重要组成部分，包括操作系统的移植、设备驱动程序的编写以及应用程序的开发。
二、嵌入式系统开发流程嵌入式系统的开发流程包括需求分析、硬件设计、软件开发、集成测试和发布等环节。
下面将逐一介绍各个环节的内容。
1. 需求分析在嵌入式系统开发之前，需要明确系统的功能需求和性能要求。
通过与用户沟通和需求分析，确定硬件平台、输入输出设备和外部接口等方面的需求。
2. 硬件设计硬件设计是指基于嵌入式系统的功能需求，选择合适的处理器、存储器、外设等硬件组件，并进行相应的电路设计和PCB布局。
硬件设计需要考虑系统的稳定性、扩展性和功耗等因素。
3. 软件开发软件开发是嵌入式系统开发的关键环节。
首先，根据硬件平台的选择，进行操作系统的移植和配置。
然后，编写设备驱动程序，实现对外设的控制和数据交换。
最后，根据系统需求，开发应用程序，实现特定功能。
4. 集成测试集成测试是将硬件和软件进行整合，测试系统的功能和性能是否满足需求。
通过功能测试、性能测试和稳定性测试，发现并修复系统中的缺陷和问题。
5. 发布在集成测试通过后，将嵌入式系统制作成最终产品，进行出厂测试和质量控制。
然后，将产品发布给客户或上线市场。
三、嵌入式系统开发的相关技术嵌入式系统开发涉及到多个技术领域，下面将介绍几个重要的技术。
1.嵌入式系统组成简介
串口4
串口1
串口2
设备
1）嵌入式系统硬件系统
嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器 为核心，配臵必要的外围接口部件。在嵌 入式系统设计中，应尽可能选择适用于系 统功能接口的SoC/SOPC芯片，以最少的外 围部件构成一个应用系统，满足嵌入式系 统的特殊要求。 一般包括有 ：嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。
硬件抽象层
是硬件功能模块的集合，是对硬设备功能的第一
层抽象，实现基本的IO操作。 所关心的是如何实现硬件功能的软件接口，而不 是设备的管理逻辑。 每个硬件可能有多个端口（设备），对应的硬件 抽象层是对这些端口（设备）操作的基本抽象， 为驱动程序管理这些设备提供接口。上层驱动程 序在不需要了解具体设备硬件信息的情况下，就 可以操作这些设备。
2）板级支持包BSP
BSP主要是为驱动程序提供访问硬件设备寄存器 的函数包，从而实现对操作系统的支持。不同操作 系统有不同的板级支持包。具体完成如下二方面的 功能： ①在系统启动时，完成对硬件的初始化。如对设备 的中断、CPU的寄存器和内存区域的分配等进行操作。 ②为驱动程序提供访问硬件的手段。如系统是统一 编址的，则可以直接在驱动程序中用C语言的函数进 行访问。如是单独编址的，只能用汇编语言编写函 数进行访问。BSP就是为上层的驱动程序提供访问硬 件设备寄存器的函数包。
（3）中间层（驱动层软件）
使用任何外设都需要有驱动程序的支持， 驱动程序不仅要实现设备的基本功能函数， 如初始化、中断响应、发送、接收等，而且 还要提供完备的错误处理函数。中间层为上 层软件提供了设备的操作接口。上层程序只 需调用驱动程序提供的接口，而不用理会设 备具体的内部操作。 驱动层软件（中间层）将系统软件与底 层硬件部分进行了隔离，使得系统的底层设 备驱动程序与硬件无关。具体包括硬件抽象 层HAL和板级支持包BSP。
史上最详细！嵌入式系统知识和接口技术总结
史上最详细！嵌⼊式系统知识和接⼝技术总结1什么是嵌⼊式IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电⽓和电⼦⼯程师协会）对嵌⼊式系统的定义：“⽤于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。
原⽂为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。
嵌⼊式系统是⼀种专⽤的计算机系统，作为装置或设备的⼀部分。
通常，嵌⼊式系统是⼀个控制程序存储在ROM中的嵌⼊式处理器控制板。
事实上，所有带有数字接⼝的设备，如⼿表、微波炉、录像机、汽车等，都使⽤嵌⼊式系统，有些嵌⼊式系统还包含操作系统，但⼤多数嵌⼊式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
从应⽤对象上加以定义，嵌⼊式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。
国内普遍认同的嵌⼊式系统定义为：以应⽤为中⼼，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应⽤系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专⽤计算机系统。
⼀个嵌⼊式系统装置⼀般都由嵌⼊式计算机系统和执⾏装置组成,嵌⼊式计算机系统是整个嵌⼊式系统的核⼼，由硬件层、中间层、系统软件层和应⽤软件层组成。
执⾏装置也称为被控对象，它可以接受嵌⼊式计算机系统发出的控制命令，执⾏所规定的操作或任务。
执⾏装置可以很简单，如⼿机上的⼀个微⼩型的电机，当⼿机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如SONY 智能机器狗，上⾯集成了多个微⼩型控制电机和多种传感器，从⽽可以执⾏各种复杂的动作和感受各种状态信息。
2嵌⼊式系统的组成⼀、硬件层硬件层中包含嵌⼊式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通⽤设备接⼝和I/O接⼝（A/D、D/A、I/O等）。
在⼀嵌⼊式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了⼀个嵌⼊式核⼼控制模块。
嵌入式课程设计报告
调试工具
使用GDB等调试工具进行程序调试， 可实现断点设置、变量查看、堆栈跟
踪等功能。
版本控制工具
使用Git等版本控制工具进行代码管理 ，实现多人协作开发、版本回溯等功 能。
性能分析工具
使用Valgrind等性能分析工具进行程 序性能分析，可实现内存泄漏检测、 函数调用关系分析等功能。
课程设计总结与展望
总结本次课程设计的经验教训和收 获，展望嵌入式系统未来的发展趋 势和应用前景。
02
硬件平台选择与搭建
常见嵌入式硬件平台比较
ARM平台
高性能、低功耗，广泛应用于智能手机、 平板电脑等移动设备。
PowerPC平台
高性能、高可靠性，适用于工业控制、航 空航天等高端应用设备、 数字电视等领域。
07
总结与展望
本次课程设计收获总结
理论与实践结合
通过本次课程设计，深入理解了 嵌入式系统的基本原理，同时将 理论知识应用于实际项目中，实 现了理论与实践的有机结合。
技能提升
在课程设计过程中，掌握了嵌入 式系统开发的基本技能，包括硬 件设计、软件编程和调试技术等 。
团队合作
与团队成员紧密合作，共同完成 了课程设计的任务，提高了团队 协作和沟通能力。
05
系统实现过程与代码展示
关键模块代码实现技巧分享
模块化设计
将系统划分为多个独立的功能模块，每个模块具有明 确的接口和功能，便于代码的管理和复用。
高效算法选择
针对系统需求，选择合适的算法和数据结构，以提高 代码执行效率。
代码优化
通过减少冗余代码、提高代码可读性和可维护性，降 低系统资源消耗。
系统集成测试方法论述
嵌入式课程设计报告
嵌入式系统
课程作业成绩：前言嵌入式系统是基于单片机的一种升级版,它是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
我们可从几方面来理解嵌入式系统：1.嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。
因此可以这样理解上述三个面向的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。
2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确的定位。
例如Palm之所以在PDA领域占有70%以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理；而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。
3.嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。
所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。
目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。
目录第一章嵌入式系统的定义组成和体系结构1.1 嵌入式系统的定义 (1)1.2 嵌入式系统的体系结构 (2)1.3嵌入式系统的组成 (4)第二章嵌入式操作系统和嵌入式软件的编写2.1 嵌入式操作系统 (5)2.2嵌入式Linux的开发流程的步骤 (6)2.3 嵌入式系统的调试 (7)第三章总结 (9)第一章嵌入式系统的定义组成和硬件设计1.1 嵌入式系统的定义按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。
《嵌入式Linux开发》课件
交叉编译工具链的安装
指导如何安装适用于目标板的交叉编译工具 链。
测试交叉编译环境
提供一种简单的方法来测试交叉编译环境是 否设置成功。
目标板与宿主机的连接方式
串口通信
介绍如何通过串口连接目标板和宿主机 ，以及串口通信的配置和常用命令。
USB连接
介绍如何通过USB连接目标板和宿主 机，以及USB通信的配置和常用命令
02
03
嵌入式系统
是一种专用的计算机系统 ，主要用于控制、监视或 帮助操作机器与设备。
特点
具有实时性、硬件可裁剪 、软件可定制、低功耗、 高可靠性等特点。
应用
汽车电子、智能家居、医 疗设备、工业自动化等领 域。
Linux作为嵌入式操作系统的优势
开源
Linux是开源的，可以免费使用和定制，降 低了开发成本。
路由与交换
介绍路由器和交换机的原理及在网 络中的作用。
03
02
IP地址
解释IP地址的分类、寻址方式以及子 网掩码的作用。
网络安全
简述常见的网络安全威胁和防范措 施。
04
TCP/IP协议栈简介
TCP/IP协议栈结构
详细描述TCP/IP协议栈的层次结构，包括应 用层、传输层、网络层和链路层。
IP协议
解释IP协议的核心功能，如地址解析、路由 选择等。
调试工具
介绍常用的调试工具，如gdbserver和gdb等，并说明如何使用这些 工具进行远程调试。
调试过程
详细描述调试过程，包括启动调试会话、设置断点、单步执行代码等 操作。
调试技巧与注意事项
提供调试过程中的一些技巧和注意事项，以提高调试效率和准确性。
03
嵌入式Linux系统开发基础
3 嵌入式系统的设计方法
3、逐一测试各功能模块的性能
4、整机联调
测试：
用于验证设计的产品是否满足应用的需求
1、功能与性能测试 2、可靠性测试（温度、湿度、振动、冲击、运输 等情况） 3、容错测试 4、长时间、极端情况
文档编制：
非常重要的一环，不可忽视
1、设计报告 2、测试报告 3、产品说明书 4、用户手册 5、维修与安装手册 6、其他
基于ARM处理器的应用系统设计
1、系统设计概述
2、单元电路设计
3、存储器系统设计
4、通过JTAG访问外设
系统设计概述
S3C2410A处理器详解
S3C2410A在包含ARM920T核的同时，增加了丰富的外围资源，如下图所示。 主要片内外围模块包括： 1个LCD控制器，支持STN和TFT液晶显示屏； 外部存储器管理（SDRAM控制器和芯片选择逻辑）； 3个通道的UART； 4个通道的DMA，支持存储器和I/O口之间的传输，以猝发模式提高传输率； 4个具有PWM功能的16位定时/计数器和1个16位内部定时器，支持外部时 钟源； 8通道的10位ADC，最高速率可达500kB/s，10位分辨率； 触摸屏接口； IIS总线接口； 2个USB主机接口，1个USB设备接口； 2个SPI接口； SD卡接口和MMC卡接口； 16位看门狗定时器； 117位通用I/O口和24位外部中断源； 8通道10位AD控制器； 电源管理。
嵌入式系统开发过程
嵌入式软件的开发与传统的软件有许多共同点， 它继承了许多传统软件开发的开发习惯。但由于嵌入式 软件运行于特定的目标环境，与传统软件的开发又有着 很大的不同。
嵌入式系统的开发特点
嵌入式系统设计中的软件架构与硬件选型
嵌入式系统设计中的软件架构与硬件选型嵌入式系统是以特定应用为目的而设计的硬件和软件集成。
在现代工业中，嵌入式系统扮演着越来越重要的角色。
它们在各种设备中使用，包括手机、车载系统、智能家居、医疗设备等等。
在嵌入式系统设计过程中，软件架构和硬件选型是两个至关重要的环节。
本文将探讨这两个环节在嵌入式系统设计中的作用以及如何在实际应用中进行选择和优化。
一、软件架构软件架构是指在嵌入式系统中进行软件设计时所采用的模式。
它是设计与实现之间的框架，是一个系统的基础。
在软件架构中，包括一系列的组件和它们之间的关系。
不同的软件架构有不同的优劣，因此在选择软件架构时需要根据具体应用场景进行选择。
1.1 单处理器架构单处理器架构是最基础的软件架构。
在这种架构中，所有的应用程序都运行在同一个处理器上。
这种架构的优点是简单易懂，易于调试。
同时因为只需要单个处理器，成本较低。
然而，这种架构也有其局限性，最大不足之处在于它无法满足高要求的性能。
1.2 多处理器架构多处理器架构是指多个处理器或者单个处理器上的多个内核同时运行不同的应用程序。
这种架构的好处是能够提高系统的性能和可靠性。
多处理器架构可以将计算任务分配给多个处理器处理，从而提高处理速度。
1.3 分布式系统架构分布式系统架构是指多个计算机相互协作完成一个任务。
这种架构的好处是可以将系统的负载分散到多个计算机中，从而提高系统的性能和可靠性。
分布式系统架构也可以提高系统的可扩展性，因为可以动态添加或删除计算机以适应更大的负载。
二、硬件选型硬件选型是指根据嵌入式系统的具体需求来选择合适的硬件平台。
通常涉及到芯片类型、模块化装配和接口等方面。
硬件选型的质量直接关系到嵌入式系统的性能和稳定性。
2.1 芯片类型选择芯片类型是硬件选型中最重要的部分，因为它直接关系到系统性能和功耗等方面。
当选择芯片时，需要考虑以下几个方面：处理器速度：选择正确的处理器速度对于性能和功耗的平衡非常重要。
嵌入式简介
来，嵌入式系统的发展在国内可谓如火如荼，很多公司都急需嵌入式系统方面的开发人员。
然而，在高校中，嵌入式系统的教学却较为滞后，很多高年级的本科生和刚入学的研究生都苦于不知从何学起。
在本文中，笔者将根据自己的嵌入式系统开发和教学经验，简要介绍嵌入式系统的学习方法，力求能帮助初学者找到一条入门之路。
什么是嵌入式系统?学习嵌入式系统，首先应该明确什么是嵌入式系统，否则费力去学，却不知所学为何物，岂不惘然？嵌入式系统的定义很多，这也是困扰嵌入式系统学习的一个因素。
笔者根据自己开发和教学过程中的理解，以及对各种嵌入式系统的应用进行总结，提出了嵌入式系统的简单定义：嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，这个定义突出嵌入式计算机系统和普通计算机系统的共性。
下表列出了嵌入式系统的一些典型的应用：智能机器人（S D R 4，火星登陆车）娱乐和消费电子（Gameboy Advance，Sony PSP）网络通信产品（Smartphone）军用设备（军用PDA ）汽车（车载导航，自动驾驶，娱乐系统）智能仪器（虚拟仪器）安全防护（防火，防盗）环境保护（探空气球）银行和商业消费（ATM）以火星登陆车为例来分析一下嵌入式系统的定义。
火星登陆车虽然听起来感觉在技术上有些高不可测，但是本质就是嵌入式计算机系统的应用，其核心就是一个计算机系统，而这个计算机系统的组成同传统的计算机系统在本质上没有什么差别。
两者的显著不同之处就在于，用于火星登陆车的计算机系统被安装到了火星登陆车上。
当然，一个计算机系统能够被安装在火星登陆车上，是需要进行很多特殊设计的。
但是从本质上讲，嵌入式系统的核心概念还在计算机系统。
嵌入式系统学习的重点也在计算机系统上。
一方面，学习者需要牢固掌握计算机系统本身的概念，更重要的是学习嵌入系统的开发过程同传统计算机系统开发过程的差别。
这里需要指出的是，很多学习者本来就没有从事过完整计算机系统的开发，高校的教学是以程序设计为中心的，计算机系统的构成，操作系统的原理，编程语言等课程都是为了能够让学生更好的使用计算机系统进行程序设计，在现有的计算平台上来设计实现各种应用，学生一般没有机会学习一个完整的计算机系统是如何构建，并亲身参与到构建的每一个过程。
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关于嵌入式程序设计思路的详细介绍，从硬件驱动层到应用层
要做到嵌入式应用的代码逻辑清晰，且避免重复的造轮子，没有好的应用架
构怎么行。
如果没有好的架构，移植将会是一件很痛苦的事情。
如果没有好的架构，复用是最大的难题，没法更大限度的复用原有的代码。
如果没有好的架构，一旦驱动改了，所有的地方都要改，费时费力且很容易出错。
如果没有好的架构，应用层中穿插着硬件驱动层的代码，看着会是一片混乱，逻辑不清，
代码维护起来会很困难。
这里总结下我的嵌入式程序设计思路，分享出来与大家共同探讨，同时也欢迎提出不同意
见。
现在的小朋友都爱玩搭积木的游戏，一个模块一个模块的拼装起来，快速组成各种不同的
模型。
现在的产品设计也很少从零开始。大都复用现有成熟的模块，专注于某个擅长领域。
我的嵌入式应用架构思路来源与此，即功能模块设计与分层。
把API分为驱动层和应用层API，而不是所有程序都调用驱动层API。（整个应用中都调
用驱动层API会导致应用中驱动调用随处可见，无法移植和最大限度的复用）
先把一个应用进行功能模块划分，并对整体结构进行分层，然后设计出功能独立的各个模
块（如算法模块，文件库模块，通信库模块），在模块之上开放公共接口。
驱动层提供出公共接口供上层调用。各个功能模块可以独立编译（如算法模块纯ANSI C，
可在任意平台复用），或者调用驱动层接口（文件库模块调用了驱动读写Flash），总而言
之，言而总之，封装出各个功能独立的可复用的功能模块。
总体分 硬件驱动层--》功能模块层--》应用接口层--》业务逻辑层--》应用层
总体结构示意框图：
应用层，为程序的总体的运行框架，组织调用业务逻辑。可以用某种嵌入式操作系统实现