qnx交叉編譯環境

⑴ 什麼是嵌入式搞嵌入式是不是等於寫代碼

隨著信息化技術的發展和數字化產品的普及，以計算機技術、晶元技術和軟體技術為核心的嵌入式系統再度成為當前研究和應用的熱點，通信、計算機、消費電子技術（3C）合一的趨勢正在逐步形成，無所不在的網路和無所不在的計算（everything connecting, everywhere computing）正在將人類帶入一個嶄新的信息社會。一、嵌入式系統 嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，並且軟硬體是可裁剪的，適用於對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統最典型的特點是與人們的日常生活緊密相關，任何一個普通人都可能擁有各類形形色色運用了嵌入式技術的電子產品，小到MP3、PDA等微型數字化設備，大到信息家電、智能電器、車載GIS，各種新型嵌入式設備在數量上已經遠遠超過了通用計算機。這也難怪美國著名未來學家尼葛洛龐帝在1999年1月訪華時就預言，4~5年後嵌入式智能工具將成為繼PC機和Internet之後計算機工業最偉大的發明。 1.1 歷史與現狀 雖然嵌入式系統是近幾年才開始真正風靡起來的，但事實上嵌入式這個概念卻很早就已經存在了，從上個世紀70年代單片機的出現到今天各種嵌入式微處理器、微控制器的廣泛應用，嵌入式系統少說也有了近30年的歷史。縱觀嵌入式系統的發展歷程，大致經歷了以下四個階段： 無操作系統階段 嵌入式系統最初的應用是基於單片機的，大多以可編程控制器的形式出現，具有監測、伺服、設備指示等功能，通常應用於各類工業控制和飛機、導彈等武器裝備中，一般沒有操作系統的支持，只能通過匯編語言對系統進行直接控制，運行結束後再清除內存。這些裝置雖然已經初步具備了嵌入式的應用特點，但僅僅只是使用8位的CPU晶元來執行一些單線程的程序，因此嚴格地說還談不上"系統"的概念。 這一階段嵌入式系統的主要特點是：系統結構和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶介面。由於這種嵌入式系統使用簡便、價格低廉，因而曾經在工業控制領域中得到了非常廣泛的應用，但卻無法滿足現今對執行效率、存儲容量都有較高要求的信息家電等場合的需要。 簡單操作系統階段 20世紀80年代，隨著微電子工藝水平的提高，IC製造商開始把嵌入式應用中所需要的微處理器、I/O介面、串列介面以及RAM、ROM等部件統統集成到一片VLSI中，製造出面向I/O設計的微控制器，並一舉成為嵌入式系統領域中異軍突起的新秀。與此同時，嵌入式系統的程序員也開始基於一些簡單的"操作系統"開發嵌入式應用軟體，大大縮短了開發周期、提高了開發效率。 這一階段嵌入式系統的主要特點是：出現了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等），各種簡單的嵌入式操作系統開始出現並得到迅速發展。此時的嵌入式操作系統雖然還比較簡單，但已經初步具有了一定的兼容性和擴展性，內核精巧且效率高，主要用來控制系統負載以及監控應用程序的運行。 實時操作系統階段 20世紀90年代，在分布控制、柔性製造、數字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統進一步飛速發展，而面向實時信號處理演算法的DSP產品則向著高速度、高精度、低功耗的方向發展。隨著硬體實時性要求的提高，嵌入式系統的軟體規模也不斷擴大，逐漸形成了實時多任務操作系統（RTOS），並開始成為嵌入式系統的主流。 這一階段嵌入式系統的主要特點是：操作系統的實時性得到了很大改善，已經能夠運行在各種不同類型的微處理器上，具有高度的模塊化和擴展性。此時的嵌入式操作系統已經具備了文件和目錄管理、設備管理、多任務、網路、圖形用戶界面（GUI）等功能，並提供了大量的應用程序介面（API），從而使得應用軟體的開發變得更加簡單。 面向Internet階段 21世紀無疑將是一個網路的時代，將嵌入式系統應用到各種網路環境中去的呼聲自然也越來越高。目前大多數嵌入式系統還孤立於Internet之外，隨著Internet的進一步發展，以及Internet技術與信息家電、工業控制技術等的結合日益緊密，嵌入式設備與Internet的結合才是嵌入式技術的真正未來。 信息時代和數字時代的到來，為嵌入式系統的發展帶來了巨大的機遇，同時也對嵌入式系統廠商提出了新的挑戰。目前，嵌入式技術與Internet技術的結合正在推動著嵌入式技術的飛速發展，嵌入式系統的研究和應用產生了如下新的顯著變化： 新的微處理器層出不窮，嵌入式操作系統自身結構的設計更加便於移植，能夠在短時間內支持更多的微處理器。 嵌入式系統的開發成了一項系統工程，開發廠商不僅要提供嵌入式軟硬體系統本身，同時還要提供強大的硬體開發工具和軟體支持包。 通用計算機上使用的新技術、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統中，如嵌入式資料庫、移動代理、實時CORBA等，嵌入式軟體平台得到進一步完善。 各類嵌入式linux操作系統迅速發展，由於具有源代碼開放、系統內核小、執行效率高、網路結構完整等特點，很適合信息家電等嵌入式系統的需要，目前已經形成了能與Windows CE、Palm OS等嵌入式操作系統進行有力競爭的局面。 網路化、信息化的要求隨著Internet技術的成熟和帶寬的提高而日益突出，以往功能單一的設備如電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一，結構變得更加復雜，網路互聯成為必然趨勢。 精簡系統內核，優化關鍵演算法，降低功耗和軟硬體成本。 提供更加友好的多媒體人機交互界面。 1.2 體系結構 根據國際電氣和電子工程師協會（IEEE）的定義，嵌入式系統是"控制、監視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置"（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。一般而言，整個嵌入式系統的體系結構可以分成四個部分：嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統和嵌入式應用軟體，如圖1所示。 圖1 嵌入式系統的組成 嵌入式處理器 嵌入式系統的核心是各種類型的嵌入式處理器，嵌入式處理器與通用處理器最大的不同點在於，嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群所專門設計的系統中，它將通用CPU中許多由板卡完成的任務集成到晶元內部，從而有利於嵌入式系統在設計時趨於小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。 嵌入式處理器的體系結構經歷了從CISC（復雜指令集）至RISC（精簡指令集）和Compact RISC的轉變，位數則由4位、8位、16位、32位逐步發展到64位。目前常用的嵌入式處理器可分為低端的嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、中高端的嵌入式微處理器（Embedded Micro Processor Unit，EMPU）、用於計算機通信領域的嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系統（System On Chip，SOC）。 目前幾乎每個半導體製造商都生產嵌入式處理器，並且越來越多的公司開始擁有自主的處理器設計部門，據不完全統計，全世界嵌入式處理器已經超過1000多種，流行的體系結構有30多個系列，其中以ARM、PowerPC、MC 68000、MIPS等使用得最為廣泛。 嵌入式外圍設備 在嵌入系統硬體系統中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用於完成存儲、通信、調試、顯示等輔助功能的其他部件，事實上都可以算作嵌入式外圍設備。目前常用的嵌入式外圍設備按功能可以分為存儲設備、通信設備和顯示設備三類。 存儲設備主要用於各類數據的存儲，常用的有靜態易失型存儲器（RAM、SRAM）、動態存儲器（DRAM）和非易失型存儲器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三種，其中FLASH憑借其可擦寫次數多、存儲速度快、存儲容量大、價格便宜等優點，在嵌入式領域內得到了廣泛應用。 目前存在的絕大多數通信設備都可以直接在嵌入式系統中應用，包括RS-232介面（串列通信介面）、SPI（串列外圍設備介面）、IrDA（紅外線介面）、I2C（現場匯流排）、USB（通用串列匯流排介面）、Ethernet（乙太網介面）等。 由於嵌入式應用場合的特殊性，通常使用的是陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）和觸摸板（Touch Panel）等外圍顯示設備。 嵌入式操作系統 為了使嵌入式系統的開發更加方便和快捷，需要有專門負責管理存儲器分配、中斷處理、任務調度等功能的軟體模塊，這就是嵌入式操作系統。嵌入式操作系統是用來支持嵌入式應用的系統軟體，是嵌入式系統極為重要的組成部分，通常包括與硬體相關的底層驅動程序、系統內核、設備驅動介面、通信協議、圖形用戶界面（GUI）等。嵌入式操作系統具有通用操作系統的基本特點，如能夠有效管理復雜的系統資源，能夠對硬體進行抽象，能夠提供庫函數、驅動程序、開發工具集等。但與通用操作系統相比較，嵌入式操作系統在系統實時性、硬體依賴性、軟體固化性以及應用專用性等方面，具有更加鮮明的特點。 嵌入式操作系統根據應用場合可以分為兩大類：一類是面向消費電子產品的非實時系統，這類設備包括個人數字助理（PDA）、行動電話、機頂盒（STB）等；另一類則是面向控制、通信、醫療等領域的實時操作系統，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系統軟體公司的QNX等。實時系統（Real Time System）是一種能夠在指定或者確定時間內完成系統功能，並且對外部和內部事件在同步或者非同步時間內能做出及時響應的系統。在實時系統中，操作的正確性不僅依賴於邏輯設計的正確程度，而且與這些操作進行的時間有關，也就是說，實時系統對邏輯和時序的要求非常嚴格，如果邏輯和時序控制出現偏差將會產生嚴重後果。 實時系統主要通過三個性能指標來衡量系統的實時性，即響應時間（Response Time）、生存時間（Survival Time）和吞吐量（Throughput）： 響應時間 是實時系統從識別出一個外部事件到做出響應的時間； 生存時間 是數據的有效等待時間，數據只有在這段時間內才是有效的； 吞吐量 是在給定的時間內系統能夠處理的事件總數，吞吐量通常比平均響應時間的倒數要小一點。 實時系統根據響應時間可以分為弱實時系統、一般實時系統和強實時系統三種。弱實時系統在設計時的宗旨是使各個任務運行得越快越好，但沒有嚴格限定某一任務必須在多長時間內完成，弱實時系統更多關注的是程序運行結果的正確與否，以及系統安全性能等其他方面，對任務執行時間的要求相對來講較為寬松，一般響應時間可以是數十秒或者更長。一般實時系統是弱實時系統和強實時系統的一種折衷，它的響應時間可以在秒的數量級上，廣泛應用於消費電子設備中。強實時系統則要求各個任務不僅要保證執行過程和結果的正確性，同時還要保證在限定的時間內完成任務，響應時間通常要求在毫秒甚至微秒的數量級上，這對涉及到醫療、安全、軍事的軟硬體系統來說是至關重要的。 時限（deadline）是實時系統中的一個重要概念，指的是對任務截止時間的要求，根據時限對系統性能的影響程度，實時系統又可以分為軟實時系統（soft real-time-system）和硬實時系統（hard real-time-system）。軟實時指的是雖然對系統響應時間有所限定，但如果系統響應時間不能滿足要求，並不會導致系統產生致命的錯誤或者崩潰；硬實時則指的是對系統響應時間有嚴格的限定，如果系統響應時間不能滿足要求，就會引起系統產生致命的錯誤或者崩潰。如果一個任務在時限到達之時尚未完成，對軟實時系統來說還是可以容忍的，最多隻會降低系統性能，但對硬實時系統來說則是無法接受的，因為這樣帶來的後果根本無法預測，甚至可能是災難性的。在目前實際運用的實時系統中，通常允許軟硬兩種實時性同時存在，其中一些事件沒有時限要求，另外一些事件的時限要求是軟實時的，而對系統產生關鍵影響的那些事件的時限要求則是硬實時的。 嵌入式應用軟體 嵌入式應用軟體是針對特定應用領域，基於某一固定的硬體平台，用來達到用戶預期目標的計算機軟體，由於用戶任務可能有時間和精度上的要求，因此有些嵌入式應用軟體需要特定嵌入式操作系統的支持。嵌入式應用軟體和普通應用軟體有一定的區別，它不僅要求其准確性、安全性和穩定性等方面能夠滿足實際應用的需要，而且還要盡可能地進行優化，以減少對系統資源的消耗，降低硬體成本。 1.3 關鍵問題 嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術以及電子技術與特定行業的具體應用相結合的產物，因此必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統，嵌入式系統的開發充滿了競爭、機遇與創新，需要解決好如下一些關鍵問題： 內核精巧 嵌入式系統的應用領域一般都是小型電子裝置，系統資源相對有限，因此對內核的要求相當高，較之傳統的操作系統來講要小得多，例如ENEA公司推出的OSE分布式嵌入式系統，整個內核只有5KB。 面向應用 嵌入式系統通常是面向用戶、面向產品、面向特定應用的。嵌入式系統中的CPU大多工作在為特定用戶群定製的環境中，具有低耗、體積小、集成度高等特點，在進行軟硬體設計時必須突出效率、去除冗餘，針對用戶的具體需求對系統進行合理的配置，方能達到理想的性能。 系統精簡 嵌入式系統中的系統軟體和應用軟體通常沒有明顯的區別，不要求其功能及實現上過於復雜，這樣一方面有利於控制系統成本，另一方面也有利於保證系統安全。 性能優化 嵌入式系統通常都要求有一定的實時性保障，為了提高執行速度和系統性能，嵌入式系統中的軟體一般都固化在存儲晶元或者處理器的內部存儲器件當中，而不是存貯在磁碟等外部載體中。由於嵌入式系統的運算速度和存儲容量存在一定程度上的限制，而且大部分系統都必須有較高的實時性保證，因此對軟體質量（特別是可靠性方面）有著較高的要求。 專業開發 嵌入式系統本身並不具備自主開發能力，用戶不能直接在其上進行二次開發。當系統完成之後，用戶如果需要修改其中某個程序的功能，必須藉助一套完整的開發工具和環境。嵌入式系統中專用的開發工具和環境通常是基於通用計算機上的軟硬體設備，以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。 回頁首 二、嵌入式Linux Linux從1991年問世到現在，短短的十幾年時間已經發展成為功能強大、設計完善的操作系統之一，不僅可以與各種傳統的商業操作系統分庭抗爭，在新興的嵌入式操作系統領域內也獲得了飛速發展。嵌入式Linux（Embedded Linux）是指對標准Linux經過小型化裁剪處理之後，能夠固化在容量只有幾K或者幾M位元組的存儲器晶元或者單片機中，適合於特定嵌入式應用場合的專用Linux操作系統。 2.1 優勢 嵌入式Linux的開發和研究是操作系統領域中的一個熱點，目前已經開發成功的嵌入式系統中，大約有一半使用的是Linux。Linux之所以能在嵌入式系統市場上取得如此輝煌的成果，與其自身的優良特性是分不開的。 廣泛的硬體支持 Linux能夠支持x86、ARM、MIPS、ALPHA、PowerPC等多種體系結構，目前已經成功移植到數十種硬體平台，幾乎能夠運行在所有流行的CPU上。Linux有著異常豐富的驅動程序資源，支持各種主流硬體設備和最新硬體技術，甚至可以在沒有存儲管理單元（MMU）的處理器上運行，這些都進一步促進了Linux在嵌入式系統中的應用。 內核高效穩定 Linux內核的高效和穩定已經在各個領域內得到了大量事實的驗證，Linux的內核設計非常精巧，分成進程調度、內存管理、進程間通信、虛擬文件系統和網路介面五大部分，其獨特的模塊機制可以根據用戶的需要，實時地將某些模塊插入到內核或從內核中移走。這些特性使得Linux系統內核可以裁剪得非常小巧，很適合於嵌入式系統的需要。 開放源碼，軟體豐富 Linux是開放源代碼的自由操作系統，它為用戶提供了最大限度的自由度，由於嵌入式系統千差萬別，往往需要針對具體的應用進行修改和優化，因而獲得源代碼就變得至關重要了。Linux的軟體資源十分豐富，每一種通用程序在Linux上幾乎都可以找到，並且數量還在不斷增加。在Linux上開發嵌入式應用軟體一般不用從頭做起，而是可以選擇一個類似的自由軟體做為原型，在其上進行二次開發。 優秀的開發工具 開發嵌入式系統的關鍵是需要有一套完善的開發和調試工具。傳統的嵌入式開發調試工具是在線模擬器（In-Circuit Emulator，ICE），它通過取代目標板的微處理器，給目標程序提供一個完整的模擬環境，從而使開發者能夠非常清楚地了解到程序在目標板上的工作狀態，便於監視和調試程序。在線模擬器的價格非常昂貴，而且只適合做非常底層的調試，如果使用的是嵌入式Linux，一旦軟硬體能夠支持正常的串口功能時，即使不用在線模擬器也可以很好地進行開發和調試工作，從而節省了一筆不小的開發費用。嵌入式Linux為開發者提供了一套完整的工具鏈（Tool Chain），它利用GNU的gcc做編譯器，用gdb、kgdb、xgdb做調試工具，能夠很方便地實現從操作系統到應用軟體各個級別的調試。 完善的網路通信和文件管理機制 Linux至誕生之日起就與Internet密不可分，支持所有標準的Internet網路協議，並且很容易移植到嵌入式系統當中。此外，Linux還支持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系統，這些都為開發嵌入式系統應用打下了很好的基礎。 2.2 挑戰 目前，嵌入式Linux系統的研發熱潮正在蓬勃興起，並且占據了很大的市場份額，除了一些傳統的Linux公司（如RedHat、MontaVista等）正在從事嵌入式Linux的開發和應用之外，IBM、Intel、Motorola等著名企業也開始進行嵌入式Linux的研究。雖然前景一片燦爛，但就目前而言，嵌入式Linux的研究成果與市場的真正要求仍有一段差距，要開發出真正成熟的嵌入式Linux系統，還需要從以下幾個方面做出努力。 提高系統實時性 Linux雖然已經被成功地應用到了PDA、行動電話、車載電視、機頂盒、網路微波爐等各種嵌入式設備上，但在醫療、航空、交通、工業控制等對實時性要求非常嚴格的場合中還無法直接應用，原因在於現有的Linux是一個通用的操作系統，雖然它也採用了許多技術來加快系統的運行和響應速度，並且符合POSIX 1003.1b標准，但從本質上來說並不是一個嵌入式實時操作系統。Linux的內核調度策略基本上是沿用UNIX系統的，將它直接應用於嵌入式實時環境會有許多缺陷，如在運行內核線程時中斷被關閉，分時調度策略存在時間上的不確定性，以及缺乏高精度的計時器等等。正因如此，利用Linux作為底層操作系統，在其上進行實時化改造，從而構建出一個具有實時處理能力的嵌入式系統，是現在日益流行的解決方案。 改善內核結構 Linux內核採用的是整體式結構（Monolithic），整個內核是一個單獨的、非常大的程序，這樣雖然能夠使系統的各個部分直接溝通，有效地縮短任務之間的切換時間，提高系統響應速度，但與嵌入式系統存儲容量小、資源有限的特點不相符合。嵌入式系統經常採用的是另一種稱為微內核（Microkernel）的體系結構，即內核本身只提供一些最基本的操作系統功能，如任務調度、內存管理、中斷處理等，而類似於文件系統和網路協議等附加功能則運行在用戶空間中，並且可以根據實際需要進行取捨。Microkernel的執行效率雖然比不上Monolithic，但卻大大減小了內核的體積，便於維護和移植，更能滿足嵌入式系統的要求。可以考慮將Linux內核部分改造成Microkernel，使Linux在具有很高性能的同時，又能滿足嵌入式系統體積小的要求。 完善集成開發平台 引入嵌入式Linux系統集成開發平台，是嵌入式Linux進一步發展和應用的內在要求。傳統上的嵌入式系統都是面向具體應用場合的，軟體和硬體之間必須緊密配合，但隨著嵌入式系統規模的不斷擴大和應用領域的不斷擴展，嵌入式操作系統的出現就成了一種必然，因為只有這樣才能促成嵌入式系統朝層次化和模塊化的方向發展。很顯然，嵌入式集成開發平台也是符合上述發展趨勢的，一個優秀的嵌入式集成開發環境能夠提供比較完備的模擬功能，可以實現嵌入式應用軟體和嵌入式硬體的同步開發，從而擺脫了"嵌入式應用軟體的開發依賴於嵌入式硬體的開發，並且以嵌入式硬體的開發為前提"的不利局面。一個完整的嵌入式集成開發平台通常包括編譯器、連接器、調試器、跟蹤器、優化器和集成用戶界面，目前Linux在基於圖形界面的特定系統定製平台的研究上，與Windows CE等商業嵌入式操作系統相比還有很大差距，整體集成開發環境有待提高和完善。 回頁首 三、關鍵技術 嵌入式系統是一種根據特定用途所專門開發的系統，它只完成預期要完成的功能，因此其開發過程和開發環境同傳統的軟體開發相比有著顯著的不同。 3.1 開發流程 在嵌入式系統的應用開發中，整個系統的開發過程如圖2所示： 圖2 嵌入式系統的開發流程 嵌入式系統發展到今天，對應於各種微處理器的硬體平台一般都是通用的、固定的、成熟的，這就大大減少了由硬體系統引入錯誤的機會。此外，由於嵌入式操作系統屏蔽了底層硬體的復雜性，使得開發者通過操作系統提供的API函數就可以完成大部分工作，因此大大簡化了開發過程，提高了系統的穩定性。嵌入式系統的開發者現在已經從反復進行硬體平台設計的過程中解脫出來，從而可以將主要精力放在滿足特定的需求上。 嵌入式系統通常是一個資源受限的系統，因此直接在嵌入式系統的硬體平台上編寫軟體比較困難，有時候甚至是不可能的。目前一般採用的解決辦法是首先在通用計算機上編寫程序，然後通過交叉編譯生成目標平台上可以運行的二進制代碼格式，最後再下載到目標平台上的特定位置上運行。 需要交叉開發環境（Cross Development Environment）的支持是嵌入式應用軟體開發時的一個顯著特點，交叉開發環境是指編譯、鏈接和調試嵌入式應用軟體的環境，它與運行嵌入式應用軟體的環境有所不同，通常採用宿主機／目標機模式，如圖3所示。 圖3 交叉開發環境 宿主機（Host）是一台通用計算機（如PC機或者工作站），它通過串口或者乙太網介面與目標機通信。宿主機的軟硬體資源比較豐富，不但包括功能強大的操作系統（如Windows和Linux），而且還有各種各樣優秀的開發工具（如WindRiver的Tornado、Microsoft的Embedded Visual C++等），能夠大大提高嵌入式應用軟體的開發速度和效率。 目標機（Target）一般在嵌入式應用軟體開發期間使用，用來區別與嵌入式系統通信的宿主機，它可以是嵌入式應用軟體的實際運行環境，也可以是能夠替代實際運行環境的模擬系統，但軟硬體資源通常都比較有限。嵌入式系統的交叉開發環境一般包括交叉編譯器、交叉調試器和系統模擬器，其中交叉編譯器用於在宿主機上生成能在目標機上運行的代碼，而交叉調試器和系統模擬器則用於在宿主機與目標機間完成嵌入式軟體的調試。在採用宿主機／目標機模式開發嵌入式應用軟體時，首先利用宿主機上豐富的資源和良好的開發環境開發和模擬調試目標機上的軟體，然後通過串口或者以網路將交叉編譯生成的目標代碼傳輸並裝載到目標機上，並在監控程序或者操作系統的支持下利用交叉調試器進行分析和調試，最後目標機在特定環境下脫離宿主機單獨運行。 建立交叉開發環境是進行嵌入式軟體開發的第一步，目前常用的交叉開發環境主要有開放和商業兩種類型。開放的交叉開發環境的典型代表是GNU工具鏈、目前已經能夠支持x86、ARM、MIPS、PowerPC等多種處理器。商業的交叉開發環境則主要有Metrowerks CodeWarrior、ARM Software Development Toolkit、SDS Cross compiler、WindRiver Tornado、Microsoft Embedded Visual C++等。 3.2 交叉編譯和鏈接 在完成嵌入式軟體的編碼之後，需要進行編譯和鏈接以生成可執行代碼，由於開發過程大多是在使用Intel公司x86系列CPU的通用計算機上進行的，而目標環境的處理器晶元卻大多為ARM、MIPS、PowerPC、DragonBall等系列的微處理器，這就要求在建立好的交叉開發環境中進行交叉編譯和鏈接。 交叉編譯器和交叉鏈接器是能夠在宿主機上運行，並且能夠生成在目標機上直接運行的二進制代碼的編譯器和鏈接器。例如在基於ARM體系結構的gcc交叉開發環境中，arm-linux-gcc是交叉編譯器，arm-linux-ld是交叉鏈接器。通常情況下，並不是每一種體系結構的嵌入式微處理器都只對應於一種交叉編譯器和交叉鏈接器，比如對於M68K體系結構的gcc交叉開發環境而言，就對應於多種不同的編譯器和鏈接器。如果使用的是COFF格式的可執行文件，那麼在編譯Linux內核時需要使用m68k-coff-gcc和m68k-coff-ld，而在編譯應用程序時則需要使用m68k-coff-pic-gcc和m68k-coff-pic-ld。 嵌入式系統在鏈接過程中通常都要求使用較小的函數庫，以便最後產生的可執行代碼能夠盡可能地小，因此實際運用時一般使用經過特殊處理的函數庫。對於嵌入式Linux系統來講，功能越來越強、體積越來越大的C語言函數庫glibc和數學函數庫libm已經很難滿足實際的需要，因此需要採用它們的精化版本uClibc、uClibm和newlib等。 目前嵌入式的集成開發環境都支持交叉編譯和交叉鏈接，如WindRiver Tornado和GNU工具鏈等，編寫好的嵌入式軟體經過交叉編譯和交叉鏈接後通常會生成兩種類型的可執行文件：用於調試的可執行文件和用於固化的可執行文件。 3.3 交叉調試 嵌入式軟體經過編譯和鏈接後即進入調試階段，調試是軟體開發過程中必不可少的一個環節，嵌入式軟體開發過程中的交叉調 ~

⑵ 嵌入式實時操作系統調度演算法的發展現狀

肖文鵬
碩士研究生, 北京理工大學計算機系
2003 年 9 月

隨著信息化技術的發展和數字化產品的普及，以計算機技術、晶元技術和軟體技術為核心的嵌入式系統再度成為當前研究和應用的熱點，通信、計算機、消費電子技術（3C）合一的趨勢正在逐步形成，無所不在的網路和無所不在的計算（everything connecting, everywhere computing）正在將人類帶入一個嶄新的信息社會。

一、嵌入式系統
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，並且軟硬體是可裁剪的，適用於對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統最典型的特點是與人們的日常生活緊密相關，任何一個普通人都可能擁有各類形形色色運用了嵌入式技術的電子產品，小到MP3、PDA等微型數字化設備，大到信息家電、智能電器、車載GIS，各種新型嵌入式設備在數量上已經遠遠超過了通用計算機。這也難怪美國著名未來學家尼葛洛龐帝在1999年1月訪華時就預言，4~5年後嵌入式智能工具將成為繼PC機和Internet之後計算機工業最偉大的發明。

1.1 歷史與現狀

雖然嵌入式系統是近幾年才開始真正風靡起來的，但事實上嵌入式這個概念卻很早就已經存在了，從上個世紀70年代單片機的出現到今天各種嵌入式微處理器、微控制器的廣泛應用，嵌入式系統少說也有了近30年的歷史。縱觀嵌入式系統的發展歷程，大致經歷了以下四個階段：

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無操作系統階段

嵌入式系統最初的應用是基於單片機的，大多以可編程式控制制器的形式出現，具有監測、伺服、設備指示等功能，通常應用於各類工業控制和飛機、導彈等武器裝備中，一般沒有操作系統的支持，只能通過匯編語言對系統進行直接控制，運行結束後再清除內存。這些裝置雖然已經初步具備了嵌入式的應用特點，但僅僅只是使用8位的CPU晶元來執行一些單線程的程序，因此嚴格地說還談不上"系統"的概念。

這一階段嵌入式系統的主要特點是：系統結構和功能相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶介面。由於這種嵌入式系統使用簡便、價格低廉，因而曾經在工業控制領域中得到了非常廣泛的應用，但卻無法滿足現今對執行效率、存儲容量都有較高要求的信息家電等場合的需要。
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簡單操作系統階段

20世紀80年代，隨著微電子工藝水平的提高，IC製造商開始把嵌入式應用中所需要的微處理器、I/O介面、串列介面以及RAM、ROM等部件統統集成到一片VLSI中，製造出面向I/O設計的微控制器，並一舉成為嵌入式系統領域中異軍突起的新秀。與此同時，嵌入式系統的程序員也開始基於一些簡單的"操作系統"開發嵌入式應用軟體，大大縮短了開發周期、提高了開發效率。

這一階段嵌入式系統的主要特點是：出現了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等），各種簡單的嵌入式操作系統開始出現並得到迅速發展。此時的嵌入式操作系統雖然還比較簡單，但已經初步具有了一定的兼容性和擴展性，內核精巧且效率高，主要用來控制系統負載以及監控應用程序的運行。
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實時操作系統階段

20世紀90年代，在分布控制、柔性製造、數字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統進一步飛速發展，而面向實時信號處理演算法的DSP產品則向著高速度、高精度、低功耗的方向發展。隨著硬體實時性要求的提高，嵌入式系統的軟體規模也不斷擴大，逐漸形成了實時多任務操作系統（RTOS），並開始成為嵌入式系統的主流。

這一階段嵌入式系統的主要特點是：操作系統的實時性得到了很大改善，已經能夠運行在各種不同類型的微處理器上，具有高度的模塊化和擴展性。此時的嵌入式操作系統已經具備了文件和目錄管理、設備管理、多任務、網路、圖形用戶界面（GUI）等功能，並提供了大量的應用程序介面（API），從而使得應用軟體的開發變得更加簡單。
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面向Internet階段

21世紀無疑將是一個網路的時代，將嵌入式系統應用到各種網路環境中去的呼聲自然也越來越高。目前大多數嵌入式系統還孤立於Internet之外，隨著Internet的進一步發展，以及Internet技術與信息家電、工業控制技術等的結合日益緊密，嵌入式設備與Internet的結合才是嵌入式技術的真正未來。

信息時代和數字時代的到來，為嵌入式系統的發展帶來了巨大的機遇，同時也對嵌入式系統廠商提出了新的挑戰。目前，嵌入式技術與Internet技術的結合正在推動著嵌入式技術的飛速發展，嵌入式系統的研究和應用產生了如下新的顯著變化：
1. 新的微處理器層出不窮，嵌入式操作系統自身結構的設計更加便於移植，能夠在短時間內支持更多的微處理器。
2. 嵌入式系統的開發成了一項系統工程，開發廠商不僅要提供嵌入式軟硬體系統本身，同時還要提供強大的硬體開發工具和軟體支持包。
3. 通用計算機上使用的新技術、新觀念開始逐步移植到嵌入式系統中，如嵌入式資料庫、移動代理、實時CORBA等，嵌入式軟體平台得到進一步完善。
4. 各類嵌入式Linux操作系統迅速發展，由於具有源代碼開放、系統內核小、執行效率高、網路結構完整等特點，很適合信息家電等嵌入式系統的需要，目前已經形成了能與Windows CE、Palm OS等嵌入式操作系統進行有力競爭的局面。
5. 網路化、信息化的要求隨著Internet技術的成熟和帶寬的提高而日益突出，以往功能單一的設備如電話、手機、冰箱、微波爐等功能不再單一，結構變得更加復雜，網路互聯成為必然趨勢。
6. 精簡系統內核，優化關鍵演算法，降低功耗和軟硬體成本。
7. 提供更加友好的多媒體人機交互界面。

1.2 體系結構

根據國際電氣和電子工程師協會（IEEE）的定義，嵌入式系統是"控制、監視或者輔助設備、機器和車間運行的裝置"（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。一般而言，整個嵌入式系統的體系結構可以分成四個部分：嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統和嵌入式應用軟體，如圖1所示。

圖1 嵌入式系統的組成

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嵌入式處理器

嵌入式系統的核心是各種類型的嵌入式處理器，嵌入式處理器與通用處理器最大的不同點在於，嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群所專門設計的系統中，它將通用CPU中許多由板卡完成的任務集成到晶元內部，從而有利於嵌入式系統在設計時趨於小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。

嵌入式處理器的體系結構經歷了從CISC（復雜指令集）至RISC（精簡指令集）和Compact RISC的轉變，位數則由4位、8位、16位、32位逐步發展到64位。目前常用的嵌入式處理器可分為低端的嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）、中高端的嵌入式微處理器（Embedded Micro Processor Unit，EMPU）、用於計算機通信領域的嵌入式DSP處理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系統（System On Chip，SOC）。

目前幾乎每個半導體製造商都生產嵌入式處理器，並且越來越多的公司開始擁有自主的處理器設計部門，據不完全統計，全世界嵌入式處理器已經超過1000多種，流行的體系結構有30多個系列，其中以ARM、PowerPC、MC 68000、MIPS等使用得最為廣泛。
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嵌入式外圍設備

在嵌入系統硬體系統中，除了中心控制部件（MCU、DSP、EMPU、SOC）以外，用於完成存儲、通信、調試、顯示等輔助功能的其他部件，事實上都可以算作嵌入式外圍設備。目前常用的嵌入式外圍設備按功能可以分為存儲設備、通信設備和顯示設備三類。

存儲設備主要用於各類數據的存儲，常用的有靜態易失型存儲器（RAM、SRAM）、動態存儲器（DRAM）和非易失型存儲器（ROM、EPROM、EEPROM、FLASH）三種，其中FLASH憑借其可擦寫次數多、存儲速度快、存儲容量大、價格便宜等優點，在嵌入式領域內得到了廣泛應用。

目前存在的絕大多數通信設備都可以直接在嵌入式系統中應用，包括RS-232介面（串列通信介面）、SPI（串列外圍設備介面）、IrDA（紅外線介面）、I2C（現場匯流排）、USB（通用串列匯流排介面）、Ethernet（乙太網介面）等。

由於嵌入式應用場合的特殊性，通常使用的是陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）和觸摸板（Touch Panel）等外圍顯示設備。
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嵌入式操作系統

為了使嵌入式系統的開發更加方便和快捷，需要有專門負責管理存儲器分配、中斷處理、任務調度等功能的軟體模塊，這就是嵌入式操作系統。嵌入式操作系統是用來支持嵌入式應用的系統軟體，是嵌入式系統極為重要的組成部分，通常包括與硬體相關的底層驅動程序、系統內核、設備驅動介面、通信協議、圖形用戶界面（GUI）等。嵌入式操作系統具有通用操作系統的基本特點，如能夠有效管理復雜的系統資源，能夠對硬體進行抽象，能夠提供庫函數、驅動程序、開發工具集等。但與通用操作系統相比較，嵌入式操作系統在系統實時性、硬體依賴性、軟體固化性以及應用專用性等方面，具有更加鮮明的特點。

嵌入式操作系統根據應用場合可以分為兩大類：一類是面向消費電子產品的非實時系統，這類設備包括個人數字助理（PDA）、行動電話、機頂盒（STB）等；另一類則是面向控制、通信、醫療等領域的實時操作系統，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系統軟體公司的QNX等。實時系統（Real Time System）是一種能夠在指定或者確定時間內完成系統功能，並且對外部和內部事件在同步或者非同步時間內能做出及時響應的系統。在實時系統中，操作的正確性不僅依賴於邏輯設計的正確程度，而且與這些操作進行的時間有關，也就是說，實時系統對邏輯和時序的要求非常嚴格，如果邏輯和時序控制出現偏差將會產生嚴重後果。

實時系統主要通過三個性能指標來衡量系統的實時性，即響應時間（Response Time）、生存時間（Survival Time）和吞吐量（Throughput）：
o 響應時間 是實時系統從識別出一個外部事件到做出響應的時間；
o 生存時間 是數據的有效等待時間，數據只有在這段時間內才是有效的；
o 吞吐量 是在給定的時間內系統能夠處理的事件總數，吞吐量通常比平均響應時間的倒數要小一點。

實時系統根據響應時間可以分為弱實時系統、一般實時系統和強實時系統三種。弱實時系統在設計時的宗旨是使各個任務運行得越快越好，但沒有嚴格限定某一任務必須在多長時間內完成，弱實時系統更多關注的是程序運行結果的正確與否，以及系統安全性能等其他方面，對任務執行時間的要求相對來講較為寬松，一般響應時間可以是數十秒或者更長。一般實時系統是弱實時系統和強實時系統的一種折衷，它的響應時間可以在秒的數量級上，廣泛應用於消費電子設備中。強實時系統則要求各個任務不僅要保證執行過程和結果的正確性，同時還要保證在限定的時間內完成任務，響應時間通常要求在毫秒甚至微秒的數量級上，這對涉及到醫療、安全、軍事的軟硬體系統來說是至關重要的。

時限（deadline）是實時系統中的一個重要概念，指的是對任務截止時間的要求，根據時限對系統性能的影響程度，實時系統又可以分為軟實時系統（soft real-time-system）和硬實時系統（hard real-time-system）。軟實時指的是雖然對系統響應時間有所限定，但如果系統響應時間不能滿足要求，並不會導致系統產生致命的錯誤或者崩潰；硬實時則指的是對系統響應時間有嚴格的限定，如果系統響應時間不能滿足要求，就會引起系統產生致命的錯誤或者崩潰。如果一個任務在時限到達之時尚未完成，對軟實時系統來說還是可以容忍的，最多隻會降低系統性能，但對硬實時系統來說則是無法接受的，因為這樣帶來的後果根本無法預測，甚至可能是災難性的。在目前實際運用的實時系統中，通常允許軟硬兩種實時性同時存在，其中一些事件沒有時限要求，另外一些事件的時限要求是軟實時的，而對系統產生關鍵影響的那些事件的時限要求則是硬實時的。
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嵌入式應用軟體

嵌入式應用軟體是針對特定應用領域，基於某一固定的硬體平台，用來達到用戶預期目標的計算機軟體，由於用戶任務可能有時間和精度上的要求，因此有些嵌入式應用軟體需要特定嵌入式操作系統的支持。嵌入式應用軟體和普通應用軟體有一定的區別，它不僅要求其准確性、安全性和穩定性等方面能夠滿足實際應用的需要，而且還要盡可能地進行優化，以減少對系統資源的消耗，降低硬體成本。

1.3 關鍵問題

嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術以及電子技術與特定行業的具體應用相結合的產物，因此必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統，嵌入式系統的開發充滿了競爭、機遇與創新，需要解決好如下一些關鍵問題：

1. 內核精巧 嵌入式系統的應用領域一般都是小型電子裝置，系統資源相對有限，因此對內核的要求相當高，較之傳統的操作系統來講要小得多，例如ENEA公司推出的OSE分布式嵌入式系統，整個內核只有5KB。
2. 面向應用 嵌入式系統通常是面向用戶、面向產品、面向特定應用的。嵌入式系統中的CPU大多工作在為特定用戶群定製的環境中，具有低耗、體積小、集成度高等特點，在進行軟硬體設計時必須突出效率、去除冗餘，針對用戶的具體需求對系統進行合理的配置，方能達到理想的性能。
3. 系統精簡 嵌入式系統中的系統軟體和應用軟體通常沒有明顯的區別，不要求其功能及實現上過於復雜，這樣一方面有利於控制系統成本，另一方面也有利於保證系統安全。
4. 性能優化 嵌入式系統通常都要求有一定的實時性保障，為了提高執行速度和系統性能，嵌入式系統中的軟體一般都固化在存儲晶元或者處理器的內部存儲器件當中，而不是存貯在磁碟等外部載體中。由於嵌入式系統的運算速度和存儲容量存在一定程度上的限制，而且大部分系統都必須有較高的實時性保證，因此對軟體質量（特別是可靠性方面）有著較高的要求。
5. 專業開發 嵌入式系統本身並不具備自主開發能力，用戶不能直接在其上進行二次開發。當系統完成之後，用戶如果需要修改其中某個程序的功能，必須藉助一套完整的開發工具和環境。嵌入式系統中專用的開發工具和環境通常是基於通用計算機上的軟硬體設備，以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。

二、嵌入式Linux
Linux從1991年問世到現在，短短的十幾年時間已經發展成為功能強大、設計完善的操作系統之一，不僅可以與各種傳統的商業操作系統分庭抗爭，在新興的嵌入式操作系統領域內也獲得了飛速發展。嵌入式Linux（Embedded Linux）是指對標准Linux經過小型化裁剪處理之後，能夠固化在容量只有幾K或者幾M位元組的存儲器晶元或者單片機中，適合於特定嵌入式應用場合的專用Linux操作系統。

2.1 優勢

嵌入式Linux的開發和研究是操作系統領域中的一個熱點，目前已經開發成功的嵌入式系統中，大約有一半使用的是Linux。Linux之所以能在嵌入式系統市場上取得如此輝煌的成果，與其自身的優良特性是分不開的。

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廣泛的硬體支持

Linux能夠支持x86、ARM、MIPS、ALPHA、PowerPC等多種體系結構，目前已經成功移植到數十種硬體平台，幾乎能夠運行在所有流行的CPU上。Linux有著異常豐富的驅動程序資源，支持各種主流硬體設備和最新硬體技術，甚至可以在沒有存儲管理單元（MMU）的處理器上運行，這些都進一步促進了Linux在嵌入式系統中的應用。
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內核高效穩定

Linux內核的高效和穩定已經在各個領域內得到了大量事實的驗證，Linux的內核設計非常精巧，分成進程調度、內存管理、進程間通信、虛擬文件系統和網路介面五大部分，其獨特的模塊機制可以根據用戶的需要，實時地將某些模塊插入到內核或從內核中移走。這些特性使得Linux系統內核可以裁剪得非常小巧，很適合於嵌入式系統的需要。
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開放源碼，軟體豐富

Linux是開放源代碼的自由操作系統，它為用戶提供了最大限度的自由度，由於嵌入式系統千差萬別，往往需要針對具體的應用進行修改和優化，因而獲得源代碼就變得至關重要了。Linux的軟體資源十分豐富，每一種通用程序在Linux上幾乎都可以找到，並且數量還在不斷增加。在Linux上開發嵌入式應用軟體一般不用從頭做起，而是可以選擇一個類似的自由軟體做為原型，在其上進行二次開發。
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優秀的開發工具

開發嵌入式系統的關鍵是需要有一套完善的開發和調試工具。傳統的嵌入式開發調試工具是在線模擬器（In-Circuit Emulator，ICE），它通過取代目標板的微處理器，給目標程序提供一個完整的模擬環境，從而使開發者能夠非常清楚地了解到程序在目標板上的工作狀態，便於監視和調試程序。在線模擬器的價格非常昂貴，而且只適合做非常底層的調試，如果使用的是嵌入式Linux，一旦軟硬體能夠支持正常的串口功能時，即使不用在線模擬器也可以很好地進行開發和調試工作，從而節省了一筆不小的開發費用。嵌入式Linux為開發者提供了一套完整的工具鏈（Tool Chain），它利用GNU的gcc做編譯器，用gdb、kgdb、xgdb做調試工具，能夠很方便地實現從操作系統到應用軟體各個級別的調試。
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完善的網路通信和文件管理機制

Linux至誕生之日起就與Internet密不可分，支持所有標準的Internet網路協議，並且很容易移植到嵌入式系統當中。此外，Linux還支持ext2、fat16、fat32、romfs等文件系統，這些都為開發嵌入式系統應用打下了很好的基礎。

2.2 挑戰

目前，嵌入式Linux系統的研發熱潮正在蓬勃興起，並且占據了很大的市場份額，除了一些傳統的Linux公司（如RedHat、MontaVista等）正在從事嵌入式Linux的開發和應用之外，IBM、Intel、Motorola等著名企業也開始進行嵌入式Linux的研究。雖然前景一片燦爛，但就目前而言，嵌入式Linux的研究成果與市場的真正要求仍有一段差距，要開發出真正成熟的嵌入式Linux系統，還需要從以下幾個方面做出努力。

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提高系統實時性

Linux雖然已經被成功地應用到了PDA、行動電話、車載電視、機頂盒、網路微波爐等各種嵌入式設備上，但在醫療、航空、交通、工業控制等對實時性要求非常嚴格的場合中還無法直接應用，原因在於現有的Linux是一個通用的操作系統，雖然它也採用了許多技術來加快系統的運行和響應速度，並且符合POSIX 1003.1b標准，但從本質上來說並不是一個嵌入式實時操作系統。Linux的內核調度策略基本上是沿用UNIX系統的，將它直接應用於嵌入式實時環境會有許多缺陷，如在運行內核線程時中斷被關閉，分時調度策略存在時間上的不確定性，以及缺乏高精度的計時器等等。正因如此，利用Linux作為底層操作系統，在其上進行實時化改造，從而構建出一個具有實時處理能力的嵌入式系統，是現在日益流行的解決方案。
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改善內核結構

Linux內核採用的是整體式結構（Monolithic），整個內核是一個單獨的、非常大的程序，這樣雖然能夠使系統的各個部分直接溝通，有效地縮短任務之間的切換時間，提高系統響應速度，但與嵌入式系統存儲容量小、資源有限的特點不相符合。嵌入式系統經常採用的是另一種稱為微內核（Microkernel）的體系結構，即內核本身只提供一些最基本的操作系統功能，如任務調度、內存管理、中斷處理等，而類似於文件系統和網路協議等附加功能則運行在用戶空間中，並且可以根據實際需要進行取捨。Microkernel的執行效率雖然比不上Monolithic，但卻大大減小了內核的體積，便於維護和移植，更能滿足嵌入式系統的要求。可以考慮將Linux內核部分改造成Microkernel，使Linux在具有很高性能的同時，又能滿足嵌入式系統體積小的要求。
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完善集成開發平台

引入嵌入式Linux系統集成開發平台，是嵌入式Linux進一步發展和應用的內在要求。傳統上的嵌入式系統都是面向具體應用場合的，軟體和硬體之間必須緊密配合，但隨著嵌入式系統規模的不斷擴大和應用領域的不斷擴展，嵌入式操作系統的出現就成了一種必然，因為只有這樣才能促成嵌入式系統朝層次化和模塊化的方向發展。很顯然，嵌入式集成開發平台也是符合上述發展趨勢的，一個優秀的嵌入式集成開發環境能夠提供比較完備的模擬功能，可以實現嵌入式應用軟體和嵌入式硬體的同步開發，從而擺脫了"嵌入式應用軟體的開發依賴於嵌入式硬體的開發，並且以嵌入式硬體的開發為前提"的不利局面。一個完整的嵌入式集成開發平台通常包括編譯器、連接器、調試器、跟蹤器、優化器和集成用戶界面，目前Linux在基於圖形界面的特定系統定製平台的研究上，與Windows CE等商業嵌入式操作系統相比還有很大差距，整體集成開發環境有待提高和完善。

三、關鍵技術
嵌入式系統是一種根據特定用途所專門開發的系統，它只完成預期要完成的功能，因此其開發過程和開發環境同傳統的軟體開發相比有著顯著的不同。

3.1 開發流程

在嵌入式系統的應用開發中，整個系統的開發過程如圖2所示：

圖2 嵌入式系統的開發流程

嵌入式系統發展到今天，對應於各種微處理器的硬體平台一般都是通用的、固定的、成熟的，這就大大減少了由硬體系統引入錯誤的機會。此外，由於嵌入式操作系統屏蔽了底層硬體的復雜性，使得開發者通過操作系統提供的API函數就可以完成大部分工作，因此大大簡化了開發過程，提高了系統的穩定性。嵌入式系統的開發者現在已經從反復進行硬體平台設計的過程中解脫出來，從而可以將主要精力放在滿足特定的需求上。

嵌入式系統通常是一個資源受限的系統，因此直接在嵌入式系統的硬體平台上編寫軟體比較困難，有時候甚至是不可能的。目前一般採用的解決辦法是首先在通用計算機上編寫程序，然後通過交叉編譯生成目標平台上可以運行的二進制代碼格式，最後再下載到目標平台上的特定位置上運行。

需要交叉開發環境（Cross Development Environment）的支持是嵌入式應用軟體開發時的一個顯著特點，交叉開發環境是指編譯、鏈接和調試嵌入式應用軟體的環境，它與運行嵌入式應用軟體的環境有所不同，通常採用宿主機／目標機模式，如圖3所示。

圖3 交叉開發環境

宿主機（Host）是一台通用計算機（如PC機或者工作站），它通過串口或者乙太網介面與目標機通信。宿主機的軟硬體資源比較豐富，不但包括功能強大的操作系統（如Windows和Linux），而且還有各種各樣優秀的開發工具（如WindRiver的Tornado、Microsoft的Embedded Visual C++等），能夠大大提高嵌入式應用軟體的開發速度和效率。

目標機（Target）一般在嵌入式應用軟體開發期間使用，用來區別與嵌入式系統通信的宿主機，它可以是嵌入式應用軟體的實際運行環境，也可以是能夠替代實際運行環境的模擬系統，但軟硬體資源通常都比較有限。嵌入式系統的交叉開發環境一般包括交叉編譯器、交叉調試器和系統模擬器，其中交叉編譯器用於在宿主機上生成能在目標機上運行的代碼，而交叉調試器和系統模擬器則用於在宿主機與目標機間完成嵌入式軟體的調試。在採用宿主機／目標機模式開發嵌入式應用軟體時，首先利用宿主機上豐富的資源和良好的開發環境開發和模擬調試目標機上的軟體，然後通過串口或者以網路將交叉編譯生成的目標代碼傳輸並裝載到目標機上，並在監控程序或者操作系統的支持下利用交叉調試器進行分析和調試，最後目標機在特定環境下脫離宿主機單獨運行。

建立交叉開發環境是進行嵌入式軟體開發的第一步，目前常用的交叉開發環境主要有開放和商業兩種類型。開放的交叉開發環境的典型代表是GNU工具鏈、目前已經能夠支持x86、ARM、MIPS、PowerPC等多種處理器。商業的交叉開發環境則主要有Metrowerks CodeWarrior、ARM Software Development Toolkit、SDS Cross compiler、WindRiver Tornado、Microsoft Embedded Visual C++等。

3.2 交叉編譯和鏈接

在完成嵌入式軟體的編碼之後，需要進行編譯和鏈接以生成可執行代碼，由於開發過程大多是在使用Intel公司x86系列CPU的通用計算機上進行的，而目標環境的處理器晶元卻大多為ARM、MIPS、PowerPC、DragonBall等系列的微處理器，這就要求在建立好的交叉開發環境中進行交叉編譯和鏈接。

交叉編譯器和交叉鏈接器是能夠在宿主機上運行，並且能夠生成在目標機上直接運行的二進制代碼的編譯器和鏈接器。例如在基於ARM體系結構的gcc交叉開發環境中，arm-linux-gcc是交叉編譯器，arm-linux-ld是交叉鏈接器。通常情況下，並不是每一種體系結構的嵌入式微處理器都只對應於一種交叉編譯器和交叉鏈接器，比如對於M68K體系結構的gcc交叉開發環境而言，就對應於多種不同的編譯器和鏈接器。如果使用的是COFF格式的可執行文件，那麼在編譯Linux內核時需要使用m68k-coff-gcc和m68k-coff-ld，而在編譯應用程序時則需要使用m68k-coff-pic-gcc和m68k-coff-pic-ld。

嵌入式系統在鏈接過程中通常都要求使用較小的函數庫，以便最後產生的可執行代碼能夠盡可能地小，因此實際運用時一般使用經過特殊處理的函數庫。對於嵌入式L

⑶ 如何在QNX下編譯源碼

1.<BUILD_ROOT>是指正確的目錄，如E:\community.qnx.com\svn\repos\coreos_pub，裡面有trunk,源碼在裡面。

2.如果不是在Neutrino
self-hosted下運行（ then you will need to tell the build process to ignore
the content of the GNU configure style source moles.） 運行此命令，大概運行幾分鍾。(hide-gnu.sh可下載)

% ksh hide-gnu.sh <BUILD_ROOT>

3.創建目錄（Create a staging directory for installed binaries and headers to go ）
% cd <BUILD_ROOT>
% mkdir stage

4.按文檔中方法建立qconf-override.mk文件，也是在<BUILD_ROOT>目錄下。內容如下：
USE_INSTALL_ROOT=1
INSTALL_ROOT_nto=<BUILD_ROOT>/stage
VERSION_REL=6.3.0
注意一定要使用「/」換掉Windows的「\」

5.% export QCONF_OVERRIDE=<BUILD_ROOT>/qconf-override.mk
Windows下用set替代export.也可直接在我的電腦－>環境變數里增加。還是要注意"/"問題。

6.基本沒問題了，

內核：
% cd <BUILD_ROOT>/trunk
% make OSLIST=nto CPULIST=x86 hinstall
% make OSLIST=nto CPULIST=x86 install

網路：
% cd <BUILD_ROOT>/tags/6.4.0/GA
% make CPULIST=x86 install

or:
% cd <BUILD_ROOT>/trunk
% make CPULIST=ppc install

等等

⑷ 求研究生嵌入式方向學習的課程

我也在學嵌入式系統，本來是自動化專業。看了很多的介紹，下面轉載的很不錯，我所了解的基本都在裡面了。
現在正在自學 C++， 數據結構，操作系統，軟體基礎等。
你看了會有幫助的。

嵌入式軟體方面最重要的課程包括：

（1）

嵌入式微處理器結構與應用：這是一門嵌入式硬體基礎課程，我院用這門課取代了傳統的「微機原理與介面」課程（目前國內已有少部分高校IT專業這樣做了，因為講x86微機原理與介面很難找到實際用處，只為教學而已）。我們說過，嵌入式是軟硬體結合的技術，搞嵌入式軟體的人應對ARM處理器工作原理和介面技術有充分了解，包括ARM的匯編指令系統。若不了解處理器原理，怎麼能控制硬體工作，怎麼能寫出節省內存又運行高速的最優代碼（嵌入式軟體設計特別講究時空效率），怎麼能寫出驅動程序（驅動程序都是與硬體打交道的）？很多公司招聘嵌入式軟體人員時都要求熟悉ARM處理器，將來若同學到公司中從事嵌入式軟體開發，公司都會給你一本該設備的硬體規格說明書
(xxx
Specification)，您必須能看懂其中的內存分布和埠使用等最基本的說明（就像x86匯編一樣），否則怎麼設計軟體。有些同學覺得嵌入式處理器課程較枯燥，這主要是硬體課程都較抽象的原因，等我們的嵌入式實驗室10月份建好後，您做了一些實驗後就會覺得看得見摸得著。還有同學對ARM匯編不感興趣，以為嵌入式開發用C語言就足夠了。其實不應僅是將匯編語言當成一個程序設計語言，學匯編主要是為了掌握處理器工作原理的。一個不熟悉匯編語言的人，怎麼能在該處理器寫出最優的C語言代碼。在嵌入式開發的一些關鍵部分，有時還必須寫匯編，如Bootloader等（可能還包括BSP）。特別是在對速度有極高要求的場合（如DSP處理器的高速圖像採集和圖像解壓縮），目前主要還要靠匯編寫程序（我看到過很多公司是這樣做的）。當您在一個嵌入式公司工作時，在查看描述原理的手冊時，可能很多都是用匯編描述的（我就遇到過），這是因為很多硬體設計人員只會寫或者喜歡用匯編描述，此時您就必須看懂匯編程序，否則軟硬體人員可能就無法交流。很多嵌入式職位招聘時都要求熟悉匯編。

(2) 嵌入式操作系統類課程

除了WinCE的實時性稍差外，大多數嵌入式操作系統的實時性都很強,所以也可稱為實時操作系統Real Time

Operating

System.從事嵌入式的人至少須掌握一個嵌入式操作系統(當然掌握兩個更好),這在嵌入式的所有技術中是最為關鍵的了。目前最重要的RTOS主要包括：

第一類、傳統的經典RTOS：最主要的便是Vxworks操作系統，以及其Tornado開發平台。Vxworks因出現稍早，實時性很強（據說可在1ms內響應外部事件請求），並且內核可極微（據說最小可8K），可靠性較高等，所以在北美，Vxworks占據了嵌入式系統的多半疆山。特別是在通信設備等實時性要求較高的系統中，幾乎非Vxworks莫屬。Vxworks的很多概念和技術都和Linux很類似，主要是C語言開發。像Bell-alcatel、Lucent、華為等通信企業在開發產品時，Vxworks用得很多。但Vxworks因價格很高，所以一些小公司或小產品中往往用不起。目前很多公司都在往嵌入式Linux轉（聽說華為目前正在這樣轉）。但無論如何，Vxworks在一段長時間內仍是不可動搖的。與Vxworks類似的稍有名的實時操作系統還有pSOS、QNX、Nucleus等RTOS。

第二類、嵌入式Linux操作系統：Linux的前途除作為伺服器操作系統外，最成功的便是在嵌入式領域的應用，原因當然是免費、開源、支持軟體多、呼擁者眾，這樣嵌入式產品成本會低。Linux本身不是一個為嵌入式設計的操作系統，不是微內核的，並且實時性不強。目前應用在嵌入式領域的Linux系統主要有兩類：一類是專為嵌入式設計的已被裁減過的Linux系統，最常用的是uClinux（不帶MMU功能），目前占較大應用份額，可在ARM7上跑；另一類是跑在ARM

9上的，一般是將Linux

2.4.18內核移植在其上，可使用更多的Linux功能（當然uClinux更可跑在ARM

9上）。很多人預測，嵌入式Linux預計將占嵌入式操作系統的50%以上份額，非常重要。缺點是熟悉Linux的人太少，開發難度稍大。另外，目前我們能發現很多教材和很多大學都以ucOS/II為教學用實時操作系統，這主要是由於ucOS/II較簡單，且開源，非常適合入門者學習實時操作系統原理，但由於ucOS/II功能有限，實用用得較少，所以我院不將其作為教學重點，要學習就應學直接實用的，比如

uClinux就很實用。況且熟悉了Linux開發，不僅在嵌入式領域有用，對開發Linux應用軟體，對加深操作系統的認識也有幫助，可謂一舉多得。據我所知，目前Intel、Philip都在大搞ARM+LINUX的嵌入式開發，Fujitum則是在自己的處理器上大搞Linux開發。目前在嵌入式Linux領域，以下幾個方面的人特別難找，一是能將Linux移植到某個新型號的開發版上；二是能寫Linux驅動程序的人；三是熟悉Linux內核裁減和優化的人。我院在該嵌入式Linux方面的課程系列是：本科生操作系統必修課，然後是Linux程序設計選修課，最後是嵌入式Linux系統選修課。我院在Linux方面目前已有較強力量，魏老師和張老師熟悉Linux開發，金老師和唐老師熟悉Linux系統管理。

第三類、 Windows

CE嵌入式操作系統：Microsoft也看準了嵌入式的巨大市場，MS永遠是最厲害的，WinCE出來只有幾年時間，但目前已佔據了很大市場份額，特別是在PDA、手機、顯示儀表等界面要求較高或者要求快速開發的場合，WinCE目前已很流行（據說有一家賣工控機的公司板子賣得太好，以至來不及為客戶裁減WinCE）。WinCE目前主要為4.2版（.NET)，開發平台主要為WinCE Platform Builder，有時也用EVC環境開發一些較上層的應用，由於WinCE開發都是大家熟悉的VC++環境，所以我院學過Windows程序設計課程的同學都不會有多大難度，這也是WinCE容易被人們接受的原因，開發環境方便快速，微軟的強大技術支持，WinCE開發難度遠低於嵌入式Linux。對於急於完成，不想拿嵌入式Linux冒險的開發場合，WinCE是最合適了（找嵌入式Linux的人可沒那麼好找的），畢竟公司不能像學生學習那樣試試看，保證開發成功更重要。根據不同的側重點，WinCE還有兩個特殊版本，一個是MS PocketPC操作系統專用於PDA上（掌上電腦），另一個是MS SmartPhone操作系統用於智能手機上（帶PDA功能的手機），兩者也都屬於WinCE平台。在PDA和手機市場上，除WinCE外，著名的PDA嵌入式操作系統還有Palm OS（因出現很早，很有名）、Symbian等，但在WinCE的強勁沖擊下，Palm和Symbian來日還能有多長？我院可能是全國高校中唯一一家開設專門的「Windows CE嵌入式操作系統「課程的學校，這主要是基於以下原因：我院本身前面便有Windows程序設計課程，同學學過VC++後再學WinCE,非常方便自然，通過學習WinCE同樣也可了解嵌入式軟體的一般開發過程，對Linux有懼怕心理的同學也很合適。很顯然，嵌入式Linux永遠不可能替代WinCE，而且將來誰占份額大還很難講，畢竟很多人更願意接受MS的平台，就像各國政府都在大力推LINUX已好長時間，但您能看到幾個在PC機上真正使用LINUX的用戶？據我觀察,目前在嵌入式平台上,LINUX是叫得最響,但還是WinCE實際用得更多.嵌入式LINUX可能更多地是一些有長遠產品計劃的公司,為降低成本而進行長遠考慮;

二是微軟亞洲研究院對我院WinCE課程的支持計劃，我們也很希望將來我院能有同學通過微軟的面試去實習。WinCE和多媒體(如MPEG技術)是微軟亞洲工程院目前做得較多的項目領域之一,他們很需要精通WinCE的人。

總結關於嵌入式操作系統類課程，若您覺得自己功底較深且能鑽研下去，則可去學嵌入式Linux；若您覺得自己VC++功底較好且想短平快地學嵌入式開發，則我院的WinCE課程是最好的選擇。

(3) 嵌入式開發的其它相關軟體課程

搞嵌入式若能熟悉嵌入式應用的一些主要領域，這樣的人更受企業歡迎。主要的相關領域包括：

A、數字圖像壓縮技術：這是嵌入式最重要最熱門的應用領域之一，主要是應掌握MPEG編解碼演算法和技術，如DVD、MP3、PDA、高精電視、機頂盒等都涉及MPEG高速解碼問題。為此，我院已預訂了一位能開設數字圖像處理課程的博士。

B、通信協議及編程技術：這包括傳統的TCP/IP協議和熱門的無線通信協議。首先，大多數嵌入式設備都要連入區域網或Internet，所以首先應掌握TCP/IP協議及其編程，這是需首要掌握的基本技術；其次，無線通信是目前的大趨勢，所以掌握無線通信協議及編程也是是很重要的。無結通信協議包括無線區域網通信協議802.11系列，Bluetooth，以及移動通信（如GPRS、GSM、CDMA等）。

C、網路與信息安全技術：如加密技術，數字證書CA等。我院有這方面的選修課。

D、DSP技術：DSP是Digital Signal

Process數字信號處理的意思，DSP處理器通過硬體實現數字信號處理演算法，如高速數據採集、壓縮、解壓縮、通信等。數字信號處理是電子、通信等硬體專業的課程，對於搞軟體的人若能了解一下最好。目前DSP人才較缺。如果有信號與系統、數字信號處理等課程基礎，對於學習MPEG編解碼原理會有很大幫助。

（4）嵌入式開發的相關硬體基礎

對於軟體工程專業的學生，從事嵌入式軟體開發，像數字電路、計算機組成原理、嵌入式微處理器結構等硬體課程是較重要的。另外，匯編語言、C/C++、數據結構和演算法、特別是操作系統等軟體基礎課也是十分重要的。我們的主要目地是能看懂硬體工作原理，但重點應是在嵌入式軟體，特別操作系統級軟體，那將是我們的優勢。

我們的研究生里有些是學電子、通信類專業過來的，有較好的模擬電路和單片機基礎，學嵌入式非常合適。嵌入式本身就是從單片機發展過來的，只是單片機不帶OS，而現在很多嵌入式應用越來越復雜，以至不得不引入嵌入式操作系統。另外，為追求更高速的信號處理速度，現在在一些速度要求較高的場合，有不少公司是將一些DSP演算法，如MPEG壓縮解壓縮演算法等用硬體來實現，這就涉及到HDL數字電路設計技術及其FPGA/IP核實現技術，這方面的人目前市場上也很缺。

⑸ 無線遠程監控系統的實現方式

採用單片機是大多數嵌入式系統設計時的首選方案。由於在片上集成有豐富的外設，具有良好的控制能力，單片機天生就是為嵌放式系統度身定做的，在嵌入式市場上占據了最大的份額。
基於單片機的設計方案一般適用於對數據處理要求不高，運算量不大的遠程監控系統。根據需要，單片機可以選用較為低端的4位機或8位機，如8051等，也可選用功能較強的專用晶元，如MSP430FE42X系列。單片機主要用於監測站端的系統控制。片外存儲器一般為RAM、EEPROM和Flash等存儲器；I/O設備一般為鍵盤、LCD等供設計調試用的人機交互介面；感測器一般為話筒、攝像頭、揚聲器和伺服馬達一類的設備。無線通信介面實現相對較為復雜。編解碼器是可取捨的，對於低速率數據一般沒有必要。根據系統的處理任務和信息的類別，編解碼器可選用不同的芯生， 如CMX639（用於音頻）或LD9320等，也可用編程邏輯器件實現。監測站軟體可直接通過C或匯編語言實現，也可在實時操作系統上開發應用軟體。對於低檔的4位或8位單片機，控制能力較低，系統簡單，一般採用直接編寫控製程序的方法。對於功能較強大，各設備間交互復雜的系統而言，大多數是利用操作系統來進行任務管理、設備交互，應用軟體只是完成上層的數據處理等工作。 眾所周知，DSP的數字處理方面能力較強，技術已經很成熟，能處理各種運算的通用、專用晶元也很多。以DSP為核心設計開發的監測站，可以完成高速率數據處理，保證系統實時性方面的要求。
這類設計方案一般適用於數據處理運算量比較大，實時性要求高而對控制能力要求相對較低的監控系統。與以單片機為基礎的監控系統不同的是，DSP除了作控制器以外，還可兼作數據計算、編/解碼之用。對於較復雜的編/解碼以及壓縮解壓運算（比如對圖像視頻數據的處理等）是否仍由DSP完成，須綜合考慮。若DSP在系統控制和實現傳輸協議方面負擔太重，則這部分運算需要由專門的處理晶元完成；若系統控制和傳輸協議較簡單，或根本沒有到上層協議棧，則這部分復雜的運算可由DSP完成。 顯然，這種設計方式吸取了單片機和DSP各自的優點：單片機的特點決定其擅長於控制，DSP的內部結構保證較強的數據處理能力。兩者的組合可實現一些相當復雜的系統功能，但由於系統中採用了兩個處理器，其間的信息交互是設計這類監測站時須著重考慮的問題。只有單片機和DSP之間較好地協同工作，才能充分發揮各自的優點；否則，由於兩者間的協調而耗費了大量資源，整體性能未必高於採用單一處理器的系統。實現單片機和DSP間通信協調的常用方法是採用雙口RAM。
有些DSP或單片機廠家為了擴大晶元的適用范圍，在原有基礎上進行擴展，相互間容入了對方的特點，使同一晶元在數據處理和控制方面同時具有較好的性能。比如Microchip公司推出的dsPIC，使客戶能方便地將單片機的功能轉移到DSP上，推出的產品有dsPIC30FXXX系列。由於DSP和MCU兩個功能模塊在同一晶元內實現，提高了系統的可靠性、降低了監測站的設計難度並節省印製板空間。這類晶元得到廣大用戶的青睞。基於MPU的設計實現方式
設計嵌入式產品的另一可選方案是採用基於微處理器的設計方式。與工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優點；同時，在該領域技術成熟、產品類型多、選擇空間大，滿足各種性能需求的處理器比較容易獲得。隨著採用RISC體系的高性能MPU（比如採用ARM構架的處理器晶元等）的出現，MPU在嵌入式領域中的地位經久不衰；但是，由於在設計監測站時，電路板上必須包括ROM、RAM、Flash、匯流排介面和各種外設等器件，系統的可靠性將有所下降，技術保密性差，實現難度也較大。
實時操作系統選擇和嵌入式實時軟體開發
已有的實時操作系統（RTOS）種類繁多，軟體結構各異，可適用於復雜程度不同的各種環境，包括循環查詢系統、前後台系統、實時多任務系統和多處理機系統等。具體實例有VxWorks、pSOS、QNX、Palm OS、Windows CE、lynx OS和嵌入式Linux等。選擇適合監測站乃至整個無線遠程監控系統的RTOS的重要性是不言而喻的，它可能關繫到整個系統研製的成敗。選擇過程雜而又需要耐心：要了解各RTOS的特點和適用范圍，比較其間的區別，才能找到最為合適的一種。選擇比較時，需要考慮的因素主要有：
①RTOS能否支持在項目中使用的語言和微處理器；
②RTOS能否與ICE、編譯器、匯編器、連接器及源代碼調制器共同工作；
③RTOS是否支持設計中要用到的服務，如消息隊列、定時和信號量等；
④RTOS能否達到應用產品的性能需求，比如實時性需求；
⑤能否獲得產品開發時必要的組件，比如協議棧、能信服務、實時資料庫、Web服務等；
⑥RTOS是否能為公開出售的硬體提供設備驅動程序；
⑦使用RTOS是否免費；
⑧能否獲得目標代碼；
⑨獲得的技術支持有多少；
⑩對於需要授權的RTOS，授權方式是怎樣的。
嵌入式實時軟體的開發與傳統軟體的開發有許多相似之處，繼承了許多傳統軟體的開發習慣；但由於嵌入式實時軟體的功能和運行環境特殊，決定其與傳統軟體的開發有所區別。嵌入式實時軟體的開發使用交叉開發方式。所謂交叉開發是指，程序代碼的實現、編譯和連接的環境與對其進行調試和運行的環境不同。前者基於普通微機平台，後者則基於嵌入式系統的硬體平台。調試過程多是在有通信連接的宿主機與目標機的配合下進行的，開發完成後需要進行固化和固化測試。另外，開發過程還需要相應的開發工具，包括交叉編譯器、交叉調試器和一些模擬軟體。嵌入式應用系統以任務為基本執行單元，用多個並發的任務代替通用軟體的多個模塊，並定義了應用軟體任務間的介面。由於整個無線遠程監控系統的實時性能受RTOS和應用軟體的影響，所以，在軟體的需求分析階段就充分考慮其實時性要求。再加之嵌入式應用軟體對穩定性、可靠性、抗干擾等性能的要求都比較嚴格，所以嵌入式實時軟體的開發難度較大。
無線通信的設計實現 無線通信的設計相對於監測站而言較簡單，有許多現有的產品和通信系統可以利用，重點只是在於從多種實現方式中作出最優的選擇。
常用的實現方式有：利用現有的通信網路（GSM/GPRS、CDMA移動網等）和相應的無線通信產品；通過無線收發設備，如無線Modem，無線網橋等專門的無線區域網；利用收發集成晶元在監測站端實現電路板級與監控中心的無線通信。
利用現有網路實現監測站與監控中心的無線通信 現有的通信網路較多，按業務建網是3G以前通信網路的特點，無線網路也不例外。設計無線遠程監控系統可以借用的無線網路主要有：全球數字行動電話系統（GSM）、通用分組無線業務（GPRS）、採用碼分多址（CDMA）技術的移動網、蜂窩式數字分組數據（CDPD）系統。
GSM（Globem System for Mobile）是全球最主要的2G標准，能夠在低服務成本、低終端成本條件下提供較高的通信質量。就其業務而言，GSM是一個能夠提供多種業務的移動ISDN（Integrated Services Digital Network，綜合業務數字網路）。
GPRS（General Packet Packet Radio Service）在現有的GSM網路基礎上增加一些硬體設備和軟體升級，形成一個新的網路邏輯實體。它以分組交換技術為基礎，採用IP數據網路協議，提高了現有的GSM網的數據業務傳輸速率，最高可達170kb/s。GPRS把分組交換技術引入現有GSM系統，使得移動通信和數據網路合二為一，具有「極速傳送」、「永遠在線」、「價格實惠」等特點。
CDMA（Code Division Multiple Access）網路採用擴展頻譜技術，使用多種分集接收方式，使其具有容量大、通信質量好、保密性高和抗干擾能力強等特點。
CDPD（Cellular Digital Data）無線移動數據通信基於數字分組數據通信技術，以蜂窩移動通信為組網形式，是數據朎與移動通信的結合物。這種通信方式基於TCP/IP，系統結構為開放式，提供同層網路無縫連接和多協議網路服務。CDPD網路具有速度快、數據安全性高等特點，可與公用有線數據網路互聯互通，非常適合傳輸實時、突發性和在線數據。
對使監控中心與監測站間的無線通信能利用現有的網路，對於特定的無線網需用相應的接入設備。這類設備市面上有現成的產品可供選擇。接入GSM網路的通信模塊有西門子的SIEMENS TC35i，接入GPRS可用西門子的MC35GPRS模塊，接入CDMA網路的有華立H110 CDMA模塊和AnyDATA公司的CDMA Modem(DTS-800/1800)，遵循CDPD方式的無線數據機（Modem）有OmniSky和NovatelMinstrel。
利用現有的網路組建無線遠程監控系統，網路連接如圖1所示。其中無線接入模塊產品一般都提供有RS232作為外通信介面，有些天線是內置的。利用現有的網路覆蓋面廣和可漫遊等特點，使監測站和控制中心的位置不受距離的限制；但由於利用公網，安全性會有所降低。
通過專用無線收發設備建立無線區域網 這種設計實現方式結構簡單，且無須向網路運營商付費；利用專網，安全性高。無線傳輸以微波作傳輸媒體，根據調制方式的不同，可分為擴展頻譜方式和窄帶調制方式兩種。擴展頻譜方式系統的抗干擾能力和安全性高，對其它電子設備的干擾小。窄帶調制方式佔用頻帶少，頻帶利用率高；通常選擇專用頻段，需要申請；相鄰頻道間影響大，通信質量、通信可靠性無法保障。
採用專用無線收發設備建立無線區域網的拓撲結構如圖2所示。無線收發設備包括無線Modem和無線網橋等。無線Modem與監測站和控制中心之間採用RS232通信。若採用網橋為網路組建設備，網路拓撲結構將更為靈活，如圖3所示。其中在無線網兩端的有線網路是可取捨的，可以是乙太網、令牌環網或點對點網路等本地區域網。也可以城域網，甚至是網際網路，但使用公網時須考慮安全性和費用問題。
利用收發集成晶元在監測站端實現的無線通信 前兩種組網方式的一個特點是採用現有的網路系統和產品，無線通信部分不須專門開發，實現較為容易。但由於所購買的產品均是獨立器件，使整個系統特別是監測站一端結構復雜、體積龐大，往往在系統推廣時會帶來不利，且外購產品會增加系統的成本。若能將外購產品的功能與監測站集成在一起，在電路板級實現，將可以避免上述不利因素；但這會增加系統開發的難度，延長研製周期。須權衡利弊，根據項目組的開發實力和系統生命周期作最有利的選擇。
採用此方法設計監測站需要實現的部分只是圖1、2和3中的無線通信介面（可參看本文的網路版全文）。這部分的硬體實時框圖以及處理器、存儲器的關系大致如圖4所示。各個子模塊都有多種晶元可供選擇，比如射頻前端可用ML2751和RTF6900，實現調制/解調的有ML2722，擴頻、解擴可用LD9002DX2和Stel-2000A等。
控制中心的設計實現
控制中心的設計相對於監測站的設計開發來講較為簡單，硬體設計少，除了普通微機（或工作站、工控機）外，還需要網路接入設備（若無線通信採用自行設計的模塊實現，則須開發專用的無線網卡插入微機主板的預留匯流排插槽中）。控制中心的設計開發主要集中在應用軟體的設計開發上，一般是基於Windows和Unix等常用操作系統的。當前用於此類軟體開始、調試的工具較多，且功能強大，給控制中心軟體的設計帶來便利。
就軟體的實現形式而言，一般除了界面模塊外，其餘各個功能模塊均可設計成動態連接庫文件（.dll）。人機介面界面模塊可以為該無線遠程監控系統的實際應用進行定製，以滿足用戶在界面美觀、操作方便等方面的特殊要求。
採用C/C 語言在VC 開發環境下設計這樣的系統軟體涉及到的技術較多，包括內存管理、網路通信、多線程管理和資料庫編程，甚至ActiveX等。

⑹ 開發工具，模擬器，燒錄器，編譯器，交叉編譯器到底是什麼關系

房東太多的此長啊，不拉。
開發工具，模擬器，燃燒器，編譯器：開發工具模擬器，燃燒器和編譯器。模擬器只能燒一些簡單的IC，少數還行。燃燒器的程序員更強大的通配符量單一類型的刻錄機其實很簡單，就是你編譯程序寫入片內Flash內的介質燃燒器改造，我從事燒傷，我為自己代言

⑺ 嵌入式系統、軟體開發環境、嵌入式處理器

呵呵，我做了嵌入式十年了，應該不算菜鳥吧。我來回答你的問題。

1：嵌入式系統有那些？
常用企業常用的有linux、wince、vxworks，還有一些手機的系統也算是嵌入式的系統android（google基於linux）、symbian、windows mobile,還有一些uC/OS、RTLinux、eCos、uclinux、QNX、LynxOS、EEOS。基本上常見我都列出來了。

2：嵌入式開發環境是什麼？
linux uclinux ecos uc/os android RTlinux這些都可以用GCC來編譯程序，具體是什麼GCC和你的處理器有關系，比如arm，就用arm-linux-gcc，mips的處理可能就是用mips-linux-gcc,名字不固定，但是一般都是基於gcc來開發和移植的。還有wince主要是用platform builder來開發的。
在企業的應用中，當然開發環境其實不是固定的，關鍵是看晶元廠商根據不同的嵌入式系統提供的不同的開發環境。

3:嵌入式處理器有那些？
主流的處理器，如arm，目前ARM處理器主要有6大系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11,SecurCore。還有與Intel合作實現的StrongARM和XScale處理器。
還有其他的處理器。比如MIPS處理器、PowerPC處理器，這些是市場上主流的。
當然，國產也有一些晶元，比如龍芯，但是這些其實不算什麼分類，都是類MIPS的。

4：其實這些都是一些基本的介紹，如果你想深入了解這些東西，那需要一定的時間的。關於這些方面的知識，該怎麼學習呢？我剛才看到一篇很不錯的文章，是一個專科生介紹自己如何自學嵌入式，並找到嵌入式的工作，裡面介紹了他的學習方法和學習過程，希望對你有幫助。

專科生學嵌入式到找到工作的前前後後--學習的榜樣

先做個自我介紹，我07年考上一所很爛專科民辦的學校，學的是生物專業，具體的學校名稱我就不說出來獻丑了。09年我就輟學了，我在那樣的學校，一年學費要1萬多，但是根本沒有人學習，我實在看不到希望，我就退學了。

退學後我也迷茫，大專都沒有畢業，我真的不知道我能幹什麼，我在糾結著我能做什麼。所以輟學後我一段時間，我想去找工作，因為我比較沉默寡言，不是很會說話，我不適合去應聘做業務。我想應聘做技術的，可是處處碰壁。

一次偶然的機會，我才聽到嵌入式這個行業。那天我去新華書店，在計算機分類那邊想找本書學習。後來有個女孩子走過來，問我是不是讀計算機的，有沒有興趣學習嵌入式，然後給我介紹了一下嵌入式現在的火熱情況，告訴我學嵌入式多麼的有前景，給我了一份傳單，嵌入式培訓的廣告。聽了她的介紹，我心裡癢癢的，確實我很想去學會一門自己的技術，靠自己的雙手吃飯。

回家後，我就上網查了下嵌入式，確實是當今比較熱門的行業，也是比較好找工作的，工資也是相對比較高。我就下決心想學嵌入式了。於是我去找嵌入式培訓的相關信息，說真的，我也很迷茫，我不知道培訓是否真的能像他們宣傳的那樣好，所以我就想了解一段時間再做打算。

後來，我在網路知道看到一篇讓我很鼓舞的文章《如何學習嵌入式》，是一個嵌入式高手介紹沒有基礎的朋友怎麼自學入門學嵌入式，文章寫的很好，包含了如何學習，該怎麼學習。他提到一個方法就是看視頻，因為看書實在太枯燥和費解的，很多我們也看不懂。這點我真的很認同，我自己看書往往看不了幾頁。

我在想，為什麼別人都能自學成才，我也可以的！我要相信自己，所以我就想自學，如果實在學不會我再去培訓。

主意一定，我就去搜索嵌入式的視頻，雖然零星找到一些嵌入式的視頻，但是都不系統，我是想找一個能夠告訴我該怎麼學的視頻，一套從入門到精通的視頻，一個比較完整的資料，最好能有老師教，不懂可以請教的。

後來我又找到一份很好的視頻，是在嵌入式學習網推出的一份視頻《從零基礎開始學嵌入式》，網址：http://www.002r.com/embedvideo.htm
裡面的教程還不錯，很完整，可以讓我從基礎的開始學起。視頻不便宜啊，但是我也忍了，畢竟買幾本書都要幾百了，何況他們還有半年的技術咨詢和服務，算值了。

下面介紹下我的學習流程，希望對和我一樣完全沒有基礎的朋友有所幫助。

收到他們寄過來的光碟後，我就開始學習了，由於我沒有什麼基礎，我就從最簡單的C語言視頻教程學起，話說簡單，其實我還是很多不懂的，我只好請教他們，他們還是很熱心的，都幫我解決了。C語言我差不多學了一個禮拜，接下來我就學了linux的基本命令，我在他們提供linux虛擬機上都有做練習，敲linux的基本命令，寫簡單的C語言代碼，差不多也就三個禮拜。我每天都在不停的寫一些簡單的代碼，這樣一月後我基本掌握了C和linux的基本操作。

接下來我就去學習了人家的視頻的培訓教程，是整套的，和去參加培訓沒有多大的區別，這一看就是兩個月，學習了ARM的基本原理，學習嵌入式系統的概念，也掌握了嵌入式的環境的一些搭建，對linux也有更深層次的理解了，明白了嵌入式應用到底是怎麼做的，但是驅動我只是有一點點的了解，這個相對難一點，我想以後再慢慢啃。

這兩個月，除了吃飯睡覺，我幾乎都在學習。因為我知道幾乎沒有基礎，比別人差勁，我只能堅持努力著，我不能放棄，我必要要靠自己來養活自己，必須學好這門技術，同時我不懂的就問，這里真的很感謝他們的技術客服對我的任何問題都是耐心的解答，每天都我幾乎都有好幾個問題問他們，然後我就把不懂的問題總結記下來，這樣慢慢積累了一段時間，我發現自己真的有點入門了。

最後的一個月，我就去看關於實踐部分的內容，了解嵌入式項目具體的開發流程，需要什麼樣的知識，我就開始准備這方面的知識，也就是學習這方面的視頻，同時他們建議我去找了找一些嵌入式面試的題目，為自己以後找工作做准備。我就到網上找了很多嵌入式的題目，把他們理解的記下來，這樣差不多准備了20天左右

我覺得自己差不多入門了，會做一些簡單的東西了。我就想去找工作看看，於是我就到51job瘋狂的投簡歷，因為我學歷的問題，專科沒有畢業，說真的，大公司沒有人會要我，所以我投的都是民營的小公司，我希望自己的努力有所回報。沒有想過幾天過後，就有面試了，但是第一次面試我失敗了，雖然我自認為筆試很好，因為我之前做了准備，但是他們的要求比較嚴格，需要有一年的項目經驗，所以我沒有被選中。

後來陸續面試了幾家公司，終於功夫不負有心人。我終於面試上的，是在閔行的一家民營的企業，公司規模比較小，我的職務是嵌入式linux應用開發，做安防產品的應用的。我想我也比較幸運，經理很看重我的努力，就決定錄用我，開的工資是3500一個月，雖然我知道在上海3500隻能過溫飽的生活，但是我想我足夠了。我至少不用每天都要靠父母養，我自己也能養活自己的。我想只要我繼續努力，我工資一定會翻倍的。

把本文寫出來，希望能讓和我一樣的沒有基礎的朋友有信心，其實我們沒有必要自卑，我們不比別人笨，只要我們肯努力，我們一樣會成功。

最後祝願所有想學嵌入式的朋友更早的入門！

5:希望我的回答能幫到你，更希望你早日學好嵌入式。