详解嵌入式软件统一软件系统框架的建立

　嵌入式系统硬件与软件发展的不平衡
　　嵌入式系统是整合了计算机硬件和软件的集合体，它是通过可编程器件的计算和控制能力完成特定功能的系统。越来越多的嵌入式系统要求有连接网络、多媒体信息处理和无线移动通信的能力。然而，飞速发展不断有突破的嵌入式系统硬件威廉希尔官方网站 与相对发展较慢的软件威廉希尔官方网站 形成明显对比。
　　认为摩尔定律很快会遭遇物理极限的预测不断被突破，半导体工艺正在向纳米级进军，使计算器件集成度更高、速度更快、体积更小、功耗更低。随着系统芯片（SoC）威廉希尔官方网站 的发展和成熟，越来越多的嵌入式系统将采用硅知识产权（SIP），利用ASIC或半定制器件（FPGA/CPLD）威廉希尔官方网站 把CPU核和外围器件整合到一个芯片中。这将极大的提升硬件系统设计的灵活性、可靠性，以及提高硬件开发的速度和降低系统的成本。
　　硬件威廉希尔官方网站 的飞速发展和体系
　　结构的不断改进，在很长一段时间内对嵌入式系统软件工程师而言，似乎并未产生很大影响，他们仍然沿用传统的软件设计方法和调试方法。近几年，随着硬件复杂性的增加和对系统功能和性能需求的大幅度提高，特别是要求系统具有灵活方便的网络连接、轻巧节电的无线移动和功能强大的多媒体信息处理等能力，使软件开发工作量急剧增长，甚至可以占到全部工作的70~80%以上。这样的系统不再是单枪匹马可以完成的，需要集合一个开发团队协同工作才能完成。嵌入式系统软件的开发，越来越成为制约嵌入式系统开发的瓶颈。
　　嵌入式系统软件的特点及其开发途径
　　嵌入式系统软件从简单到复杂可以千差万别，天地悬殊。虽然它们结构相对简单，但是不同系统对不同的性能往往有特定的要求，有的要求非常苛刻和严格。对简单系统可以用传统方法，从底层用汇编语言编写程序，利用在线仿真器（ICE）、在线调试器（ICD）等开发工具进行调试软件。但是对那些复杂的嵌入式系统，特别是有多个控制环路、并需要在优化级可控的情况下能预测其运行状态时，不利用实时操作系统和嵌入式系统开发平台进行开发，是很难或者几乎不可能达到预定要求的。
　　利用嵌入式系统开发平台开发嵌入式系统软件，往往需要针对不同的硬件编写实时操作系统内核移植代码。通过编译、链接、定址将操作系统映像固化到（EP）ROM或者Flash（闪存）中。
　　对于大的开发项目，可以购买商业化的实时操作系统和嵌入式系统开发套件，甚至将软件开发外包给一些专业的嵌入式软件开发商，但是这需要投入少则几万，多则上百万元人民币购买软件，有些还需要对开发出来的每一件产品再缴纳相应的授权使用费。对于更多大量的小项目而言，显然不能走这条路，使用源代码开放的嵌入式操作系统才是合适的选择。
　　软件编程接口规范和标准化
　　硬件器件与软件模块相比，具有很高的可置换性，这是因为硬件器件的功能特性、电气特性、机械特性等都有明确的定义，这种组件单元标准化的特点是硬件威廉希尔官方网站 的发展始终快于软件发展的原因。在软件威廉希尔官方网站 方面，中间件和面向对象威廉希尔官方网站 在一定程度上正是类比硬件而发展起来的，然而还远未成熟，至今在嵌入式系统软件的开发中还没有能真正地使用起来。
　　在传统单片机系统软件开发时代，代码的可重用性极差，系统的开发极大程度地依赖于软件编程人员的编程技巧。这是因为软件开发的灵活性造成的。只要正确的使用编程语言和软件开发工具，不同的软件设计人员对于同一种需求会开发出不同的软件。正是这种灵活性，导致了很多的软件不具有移植性。
　　软件要具有优良的体系结构和良好的移植性，必须将开发的操作系统纳入一个严格定义的框架。至少需要考虑以下几个方面： 高级语言和将汇编语言模块化—为了使系统具有高的可移植性，尽量使用C或者Embedded C++来开发系统软件。
　　模块化——将系统功能分成模块。模块设定的合理方法是：根据硬件能力，自下而上的综合。
　　提供标准接口—提供了POSIX 1003.1规范的操作系统就具有了UNIX系统的标准接口。Linux和QNX就是实现了POSIX规范的操作系统。符合软件应用编程接口（API）规范，就可以比较容易地移植UNIX系统的应用软件。
　　严格的体系结构层次——按层次划分，依次是应用软件→操作系统→功能级抽象→寄存器级抽象→硬件。其中，寄存器级抽象层（rHAL）直接与硬件相关，它封装微控制器和外围设备的寄存器接口及其行为。一般而言，它需要定义完整的寄存器序列名称。功能抽象层（fHAL）封装硬件的功能行为，通常把其定义成若干可以执行命令的函数。