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嵌入式軟件開發
嵌入式軟件開發
什么是嵌入式軟件開發？
“嵌入式軟件”是一種程序，用于控制與通用計算機不同的各種設備和機器。非計算機設備和工程技術的結合形成了嵌入式系統。如今，嵌入式系統在制造設備，音頻/視頻設備，電信設備，汽車工業，航空，消費類電子產品，游戲機，運動傳感器和醫學等各個領域都非常流行（如圖1所示）。
要設計嵌入式系統，需要具有操作系統，微控制器/微處理器和良好的編程工具。要為嵌入式系統編寫程序，可以使用多種語言，包括Python，QT，C ++，C等。嵌入式軟件開發可以定義為創建機器可理解的代碼（使用任何可用的語言）來運行設備上的特定用途。
圖1：嵌入式系統的應用
嵌入式軟件開發的歷
微控制器和微處理器的興起在嵌入式系統的開發中起著至關重要的作用。在過去的幾年中，嵌入式軟件的發展經歷了許多變化。
在早期，仿真器和匯編器，軟件開發工具僅由生產芯片（微控制器）的制造商提供。后來，許多不同的公司開始為開發工具提供完整的解決方案。一些公司只專注于微控制器之類的硬件，而另一些公司則將重心轉移到了諸如匯編器，仿真器和模擬器之類的軟件上。然后，一些公司介入并增加了對高級語言的支持。
隨著時間的流逝，出現了對實時操作系統（RTOS）的需求，并且公司將重點轉移到了這種系統上。Ready Systems在1990年代初開發了第一個RTOS。導致RTOS發展的另一個主要因素是微芯片的發展，芯片的功能變得比以前更強大。隨著微芯片的發展，工程師可以為特定應用編寫單個程序。可以將程序加載到設備中，并且設備可以根據輸入來處理實時數據并做出輸出控制決策。
隨著更多的進步，微芯片的成本也降低了幾美分。現在，我們每天都可以找到嵌入式系統，甚至無法想象它們對于我們日常活動的重要性。我們可以在兒童玩具，電風扇，烤面包機，微波爐，空調等中找到嵌入式系統。
嵌入式軟件開發工具
嵌入式軟件開發工具對于開發嵌入式設備的高效軟件非常重要。可以使用多種工具來實現此目的。這些工具的詳細信息在此處列出。
編輯
編輯器是軟件開發中最重要的工具之一。該工具可用于以不同的編程語言（包括C，C ++，Python和Java）編寫和編輯代碼。可以使用不同的編輯器，這些編輯器是免費軟件，并且附帶價格。選擇編輯器時可能要考慮的另一件事是它的環境，輕量級是更好的選擇。一些編輯器包括Notepad ++，Atom，Visual Studio，NetBeans，Kite和Geany。良好的編輯器必須具備以下功能。
突出顯示語法
代碼導航
自動縮進代碼
自動完成代碼
行號
定期自動保存
注釋多行
概述代碼（包括功能，庫）
突出顯示警告和錯誤
編譯器
在最近的發展之后，源代碼是用高級語言編寫的。編譯器用于將高級代碼轉換為機器可以理解的低級代碼。然后，機器可以使用翻譯后的代碼執行所需的任務。有各種可用的編譯器，其中一些是Visual Studio，Eclipse，NetBeans，MATLAB，Arduino和Keil。
組裝工
匯編程序幾乎達到了與編譯器相同的目的，但是還有一段距離。匯編程序將高級代碼轉換為目標代碼，同時將高級代碼轉換為操作碼并解析內存位置。然后，它將目標代碼或匯編代碼轉換為通常稱為機器語言代碼的位級指令。GNU是用于此目的的常見匯編程序之一。
調試器
就錯誤跟蹤而言，它是最關鍵的工具。它通過指示和突出顯示錯誤和警告（在發生的地方）來幫助開發人員跟蹤錯誤。調試器提供的另一個功能是逐步調試。這樣，開發人員可以通過執行代碼的每一行并監視其執行狀態來跟蹤錯誤。上面列出的大多數編譯器都包含調試器，但最常見的調試器是IDA Pro。該工具在Linux和Windows上均可用。
連結器
在嵌入式系統中，程序通常以小塊或模塊的形式編寫。要將所有模塊鏈接在一起，請使用鏈接器工具。這將所有模塊作為輸入，將它們組合在一起，并制作一個信號可執行程序。它還可以組合使用不同編程語言創建的目標文件，并將它們合并為一個可執行文件（如圖2所示）。GNU鏈接器是最常見的鏈接器之一。
圖2：鏈接來自不同編程語言的不同對象
仿真器
在使用實際設備之前，在復制目標設備的工具上測試程序很重要。為此，使用了仿真器。仿真器提供目標設備的組件和功能的副本。這樣，開發人員可以輕松識別在實際設備上執行代碼時可能發生的任何問題。通過使用仿真器，開發人員可以調整代碼參數以實現目標設備的最佳性能。優化代碼性能后，可以將其部署在實際設備上。
開發人員很難為項目使用所有不同的工具。因此，為此目的，重要的是要在一個通常稱為集成開發環境（IDE）的單一環境中獲得所有工具。IDE是一種工具，為嵌入式軟件的開發提供了所有必要的工具。
嵌入式軟件語言
在嵌入式系統中，使用實時操作系統，以便可以同時執行多個任務。嵌入式軟件使用不同的語言進行編程，這些語言通常包括Java腳本，Python和C / C ++。所有語言都可以使用不同的操作系統進行處理，這些操作系統可能包括Windows，Linux，micro C / OS，Nucleus RTOS等。但是，編程語言的選擇是嵌入式軟件開發的關鍵步驟，這取決于不同的因素。這里列出了一些關鍵參數：
內存大小：嵌入式設備的內存非常有限，用于存儲數據和代碼。因此，擁有可以有效利用內存的代碼很重要。
速度：希望程序能夠快速執行。因此，需要為特定的應用選擇正確的編程語言。
可移植性：我們在不同的工作地點沒有相同的編譯器。因此，編程語言必須能夠在不同的處理器上執行。
實現：編程語言必須具有更簡單的語法，并且出錯的可能性很小。
維護：語言的維護應該很容易，因為調試舊代碼可能是一項繁瑣的任務。
嵌入式軟件開發流程
嵌入式系統開發需要注意兩件事：（i）軟件開發，（ii）硬件開發。Embedder軟件的開發經歷了一個艱難的過程，因此它可能會為我們提供完美的軟件。為了實現此任務，使用了不同的過程，其中之一就是敏捷開發方法（如圖3所示）。
圖3：嵌入式軟件開發過程
第一步是集思廣益，其中的想法需要進行討論和完善，然后才能進入開發階段。在第二和第三階段中，將設計和開發該系統。第四階段是關鍵階段，在此階段檢查開發系統的質量。一旦系統清除了質量檢查，便將其部署。
使用圖4所示的流程圖可以更詳細地描述“開發階段”。在圖4中，我們可以看到，開發階段可以分為兩個部分，即硬件和軟件，這兩個部分是相互關聯的。在硬件部分，為目標系統完成組裝，然后執行硬件測試，其中也包括軟件部分。在硬件鏈的末端，執行最終測試以檢查是否達到了所需的結果。如果未達到結果，則將硬件組裝進行更新（在大多數情況下是不需要的），并且軟件也將進行更新以獲得所需的結果。
圖4：嵌入式軟件開發的開發階段
對于軟件開發，使用了“編輯-測試-調試”方法。在這種方法中，使用了許多工具來獲得期望的結果。在軟件開發階段，使用了第3節中列出的所有工具。編輯-測試-調試周期所需的工具也可以使用下面的圖5進行說明。
圖5：嵌入式軟件開發的“編輯-測試-調試”階段