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嵌入式系統(tǒng)是硬件與軟件結(jié)合而構(gòu)成的一個專門的計算裝置，完成特定的功能或任務(wù)。它是一個大系統(tǒng)或重大電子設(shè)備中的一部分，工作在一個與外界發(fā)生交互并受到時間約束的環(huán)境中，在沒有人干預(yù)的情況下進(jìn)行實時控制。
目前，嵌入式技術(shù)在嵌入式應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，主要涉及三種技術(shù)：
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計即軟件與硬件相協(xié)同驗證技術(shù)；
與基于UML的實時軟件、實時操作系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)等密切相關(guān)的嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)；
目前嵌入式應(yīng)用亟待解決的嵌入式軟件測試技術(shù)。
上述工具的靈活應(yīng)用為嵌入式軟件開發(fā)提供了完整的解決方案。但我國目前嵌入式應(yīng)用的基礎(chǔ)和水平還達(dá)不到這個要求，國內(nèi)自主研發(fā)的產(chǎn)品還很少，甚至還是空白。因此，無論是對嵌入式軟件開發(fā)人員，還是對國內(nèi)廠商來說，任重道遠(yuǎn)。
系統(tǒng)設(shè)計：應(yīng)用要靈活
嵌入式系統(tǒng)的主要工作模式是響應(yīng)外部事件。它在軟件控制下通過硬件來高速地獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，而后產(chǎn)生響應(yīng)動作。而實時特征是嵌入式系統(tǒng)的主要特征，并根據(jù)截止時間的要求，可將實時分為硬實時和軟實時。
硬件/軟件協(xié)同技術(shù) 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與當(dāng)前的硬件所能提供的支持及軟件技術(shù)的發(fā)展緊密相連。應(yīng)用先進(jìn)的硬件設(shè)計和開發(fā)技術(shù)，我們可以獲得所需的性能。另外，軟件的設(shè)計離不開硬件的支持，高性能、多功能的硬件允許我們在軟件開發(fā)和設(shè)計上采用好的方法，應(yīng)用好的語言，使用好的工具。
實時理論概念 嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計與一般的軟件設(shè)計有很大的不同，它涉及到更多的計算機(jī)理論和基于這些理論的算法以及有關(guān)的模型技術(shù)。實時設(shè)計在概念上除了通常的軟件設(shè)計概念外，有限狀態(tài)機(jī)、并發(fā)任務(wù)等概念對于實時嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計相當(dāng)重要。
實時設(shè)計表示 實時嵌入式應(yīng)用的多樣性，是指實時嵌入式應(yīng)用的不同，所涉及到的問題也不同，所采用的設(shè)計方法和設(shè)計手段也不同，但從設(shè)計角度來決定實時設(shè)計中仍要涉及一些具體問題。
實時構(gòu)件 通過構(gòu)件組裝軟件這種方式，可以大大提高軟件的開發(fā)效率，保證軟件的質(zhì)量。特別是對于實時嵌入式軟件，涉及到大量的和時間相關(guān)的算法，如果將它們模塊化或構(gòu)件化，并按照特定的模式/定式和框架在軟件開發(fā)中重用它們，其意義不言而喻。另外，基于構(gòu)件進(jìn)行軟件開發(fā)，還有利于軟件開發(fā)的自動化。
設(shè)計定式和框架 兩者都是通過收集成功的軟件開發(fā)策略來推動重用，其主要差別表現(xiàn)為框架的重點是在具體的設(shè)計、算法及應(yīng)用特定編程語言進(jìn)行實現(xiàn)的重用上，而定式的重點則是放在抽象設(shè)計和軟件小型結(jié)構(gòu)的重用上。顯然，應(yīng)用設(shè)計定式和框架技術(shù)，能夠改進(jìn)軟件質(zhì)量，縮短軟件開發(fā)時間，也有利于軟件開發(fā)的自動化。
軟件開發(fā)：實時是關(guān)鍵
嵌入式應(yīng)用軟件典型的開發(fā)方式是“宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)”方式，首先利用宿主機(jī)上豐富的資源、良好的開發(fā)環(huán)境開發(fā)和仿真調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的軟件，然后通過串口、網(wǎng)絡(luò)或其它接口將交叉編譯生成的目標(biāo)代碼傳輸并裝載到目標(biāo)機(jī)上，并用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序或?qū)崟r操作系統(tǒng)的支持下進(jìn)行運行調(diào)試。最后，目標(biāo)機(jī)在特定的環(huán)境下運行。
實時編程及最小編程環(huán)境 運用軟件設(shè)計方法進(jìn)行實時嵌入式軟件的設(shè)計，應(yīng)用編程語言完成實時嵌入式軟件的實現(xiàn)。而應(yīng)用高級語言或?qū)崟r編程語言開發(fā)實時嵌入式軟件，最基本的要求是要有一個最小編程環(huán)境，如交叉編譯、交叉調(diào)試器、宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)間的通信工具、目標(biāo)代碼裝載工具、目標(biāo)機(jī)內(nèi)駐監(jiān)控程序或?qū)崟r操作系統(tǒng)等。
實時操作系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng)是指能進(jìn)行實時處理的操作系統(tǒng)，它分為兩類：一類是專為實時應(yīng)用設(shè)計的專用操作系統(tǒng)，其核心是實時內(nèi)核；另一類則是在通用操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加實時功能，如實時Linux、實時UNIX等，其擴(kuò)展部分是實時執(zhí)行程序。
實時數(shù)據(jù)庫 在實時數(shù)據(jù)庫中，除了通常對邏輯要求一致以外，還有事務(wù)處理完成時間的約束及數(shù)據(jù)訪問和更新時間的約束等。為了滿足時間約束和結(jié)果可確定的基本需求，開發(fā)者不僅要對通常的調(diào)度方法和事物管理進(jìn)行重新設(shè)計，而且還要提出在通常數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中沒有考慮到或者在實時系統(tǒng)中要增加的新概念，以及對應(yīng)的新技術(shù)。
實時中間件 提高軟件生產(chǎn)率和軟件質(zhì)量的需求激發(fā)了人們使用中間件的愿望。中間件位于應(yīng)用和底層之間。它能夠使系統(tǒng)設(shè)計人員從部件位置、編程語言、OS平臺通信協(xié)議和互連以及硬件依賴中解放出來，從而大大地簡化了軟件的開發(fā)。
目前，分布式實時系統(tǒng)開發(fā)趨勢是：編程采用可重用部件，對整個分布式應(yīng)用部件采用遠(yuǎn)程方法調(diào)用，并在異構(gòu)環(huán)境下盡量定義標(biāo)準(zhǔn)的軟件底層基礎(chǔ)，在系統(tǒng)中確保QoS的需求。
軟件測試：把好開發(fā)關(guān)
軟件測試在整個軟件開發(fā)過程中處于非常重要的地位，其測試費用占項目總費用的25%以上，對于嵌入式軟件則花費更大。嵌入式應(yīng)用軟件的測試同人們通常使用的傳統(tǒng)的軟件測試相比有較大的差別，除了要考慮和運用傳統(tǒng)的測試技術(shù)外，還要考慮與時間和硬件密切相關(guān)的測試技術(shù)運用，如：對外部事件響應(yīng)的測試問題。
軟件分析技術(shù) 實時嵌入式系統(tǒng)最大的特點是具有一組動態(tài)屬性，即中斷處理和上下文切換、響應(yīng)時間、數(shù)據(jù)傳輸率和吞吐量、資源分配和優(yōu)先級處理、任務(wù)同步和任務(wù)通信等。所有這些性能屬性可以很容易地說清楚，但要測試或驗證它們（特別是時間確認(rèn)）是很困難的。因此，對實時嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行分析需要建模和仿真，以及對數(shù)學(xué)工具的支持。
軟件測試技術(shù) 測試技術(shù)，指的是軟件測試的專門途徑，以及提供能夠更加有效地運用這些途徑的特定技術(shù)。這些技術(shù)可分別用在軟件開發(fā)過程中的不同階段，如：開發(fā)方的內(nèi)部測試、第三方的驗證和確認(rèn)測試和維護(hù)中的修改和升級測試等。
測試策略主要針對軟件測試?yán)锏闹T多問題而言。對于測試，首先要建立一個好且實用的測試文檔標(biāo)準(zhǔn)和開發(fā)方及測試方的協(xié)作關(guān)系，然后明確測試需求和目的及測試過程，制訂測試計劃，最后進(jìn)行測試的開發(fā)、實施、分析和報告。
軟件調(diào)試技術(shù) 軟件調(diào)試是在軟件測試之后進(jìn)行，用以定位和排除錯誤。對于嵌入式應(yīng)用，無論是測試還是調(diào)試，有效的方法仍是借助硬件仿真的手段輔助軟件來進(jìn)行測試和調(diào)試。
仿真器一般是由硬件和軟件構(gòu)成。硬件提供低級的監(jiān)控、控制和保護(hù)功能，而在仿真器里的軟件提供狀態(tài)和控制功能以及與宿主機(jī)的通信。人們通過調(diào)試器用戶接口同仿真器的硬件和軟件打交道來控制和監(jiān)督微處理器的工作，從而定位或發(fā)現(xiàn)軟件的錯誤。
實際上，仿真器既可用來發(fā)現(xiàn)軟件錯誤，也可用來查找硬件錯誤。這就是仿真器和調(diào)試器的主要區(qū)別。
摘自《中國計算機(jī)報》
