嵌入式系統(tǒng)結構與協(xié)同性探討

嵌入式技術被廣泛應用于信息家器、消費電子、交換機以及機器人等產品中，與通用計算機技術不同，嵌入式系統(tǒng)中計算機被置于應用環(huán)境內部特征不明顯。系統(tǒng)對性能、體積、以及時間等有較高的要求。復雜的嵌入式系統(tǒng)面向特定應用環(huán)境，必須支持硬、軟件裁減，適應系統(tǒng)對功能、成本以及功耗等要求。

　　0.1 嵌入式系統(tǒng)與協(xié)同性

　　從信息傳遞的電特性過程分析，嵌入式系統(tǒng)特征表現為，計算機技術與電子技術緊密結合，難以分清特定的物理外觀和功能，處理器與外設、存儲器等之間的信息交換主要以電平信號的形式在IC 間直接進行。

　　從嵌入深度ED來看，信息交換在IC 間越直接、越多，嵌入深度就越大。

　　在設計實驗系統(tǒng)模型(圖1)時，充分考慮到軟硬協(xié)同性，使其成為一個實驗與研究完備平臺。軟硬件協(xié)同性問題涉及到協(xié)同性劃分技術和協(xié)同性設計技術。協(xié)同性核心問題之一將涉及啟動加載軟件Bootloader、系統(tǒng)板級支持包BSP 以及嵌入式OS 之間融合和移植。協(xié)同性設計技術與系統(tǒng)功能、性能以及開發(fā)人員等因素相關，其核心內容為軟硬件的協(xié)同描述、驗證和綜合提供一種集成環(huán)境。

　　圖 1. 嵌入式系統(tǒng)結構模型

　　0.2 沒有操作系統(tǒng)OS 的嵌入式系統(tǒng)

　　0.2.1 系統(tǒng)特點

　　由于系統(tǒng)的性質、任務、成本等原因，沒有操作系統(tǒng)支持的嵌入式系統(tǒng)將繼續(xù)大量存在。這樣的系統(tǒng)使用專用開發(fā)工具(如：仿真在線調試器ICE 等)。通過串口或并口在PC機上聯(lián)機調試程序，具有源代碼調試功能。

　　0.2.2 局限性分析

　　沒有OS 的系統(tǒng)按照“指令順序執(zhí)行+中斷”的模式運行。在作者參與的早期程控交換機系統(tǒng)設計中，需要對不同端口量級(從10 到1000 等)的分機進行實時處理。通過建立交換系統(tǒng)核心硬件層(存儲體、第一層I/O 等)以及用戶口地址等程序;然后建立定時和非定時事件、過程以及任務中斷鏈和任務表，應用中斷對任務以及過程調度。設計人員要完成相當于部分操作系統(tǒng)功能的編寫，導致軟件結構復雜、工作量大尤其是重復勞動。

0.3 具有OS 的嵌入式系統(tǒng)

　　圖1 的2 嵌入式系統(tǒng)就是具有嵌入式OS 的一種結構模型。引入嵌入式OS 可以面對多種嵌入式處理器環(huán)境(如：MPU、DSP、SOC 等)提供類同的API 接口，使基于OS 上的程序具有較好的移植性。從協(xié)同劃