嵌入式系统全文(5篇)

摘要：随着计算机技术的发展，嵌入式系统被广泛应用到社会生产中。嵌入式计算机系统与普通的个人计算机系统存在很大区别，它具有节约成本、可靠性高等优势，主要被用于工厂生产设备、大型器件等的控制与监视。而随着人类社会对生产的要求越来越高，因此，需要开发一个更加高效的嵌入式系统。基于此，通过运用UML语言，对嵌入式系统进行设计，以寻求更高效的，符合社会生产需求的计算机嵌入式系统。

关键词：计算机技术；嵌入式系统；UML语言

UML语言又被称为标准建模语言，主要是被用来进行软件开发与支持模型化的计算机图形化的语言。在软件开发过程中，可以通过标准建模语言提供的可视化与模型化支撑进行软件规格、配置及构造的最优化。与此同时，它还是一种易于表达、功能强大、定义良好的建模语言，基于这些优势，将UML语言应用到嵌入式系统的开发设计中，能实现目前用户对该系统的功能、体积、功耗及可靠性的要求。

1嵌入式系统应用背景的产生

嵌入式系统是基于计算机技术，融合了电子技术、半导体技术，并对应用领域实际需求产生的一种具有功能强大、可塑性强及应用广泛的知识集成系统。由于该系统自身的优势，因此，被广泛应用于技术、资金密集的工业生产中。目前，市场中的电子产品、汽车、数码等都应用了嵌入式系统进行生产。嵌入式系统最早形成时还形不成“系统”概念，因为最初的嵌入式系统主要是依靠单片机运行的，只能执行单线程的工作程序[1]。随着计算机技术及商业社会的发展需求，嵌入系统初步形成，可以运用计算机嵌入式系统进行应用软件的编辑，执行任务管理和内存管理等功能。发展到至今，嵌入式系统已经可以实现实时的多任务操作，成为目前应用软件开发的主流，发展与应用前景广阔。

2UML语言及其框图的应用模式分析

UML语言是一种应用于计算机系统编程的可视化建模语言，在具体应用操作中可以实现满足用户对系统需求的刻画、分析、设计集成以及实现和测试，实现系统功能的构建更加合理[2]。UML建模语言可以将建立的模型数据信息运用标准的图形元素直观地展示在用户、测试人员、管理人员以及开发人员或是其他项目相关人员面前，使他们可以对系统的功能、结构设计进行更好的交流，实现对系统的良好构建。目前，市场上最为常用的建模语言主要有Booch、OMT及UML三种语言，相较于其他两种建模语言来讲，UML语言更加简化，操作简单、适用范围广泛，因此，被许多企业采用。UML语言不仅可以对静态的结构进行建模，还可以对具有动态行为的系统进行建模，因此，适用于系统的全部开发阶段。UML语言是一种可视化的建模语言，因此，该语言中的所有语素都是由一个个的框图组成的。系统设计人员应用在UML语言时，就是通过对框图的描述来实现对整个系统的设计。UML语言的框图有很多种，现针对几种主要框图进行分析。BusinessUseCase框图与UseCase：这两种框图所对应的语素不同，BUC框图所代表的语素主要是对整个系统的机构功能进行描述；而UC框图则主要是根据用户对系统的需求，进行系统功能描述。因此，经常被用来与客户之间进行交流，提取有效建构信息。Class框图：此种框图是一种静态图，代表语素主要被用来对系统中的类进行描述。通过对该框图的观察，可以清楚地了解系统中类的内容、功能以及结构关系。StateChart框图：该框图主要被用来对建模对象的状态及各个建模对象之间的转换关系进行描述，主要用来提供建模系统的动态功能[3]。此种框图在实际应用中被广泛运用到系统的实际建立中，可以生成系统构建所需的全部代码。Collaboration框图与Sequence框图：这两种框图都是对系统对象之间的相互关系进行描述的框图。但Sequence框图在进行描述时主要以时间顺序进行，而Collaboration框图则是针对系统角色与显示对象之间的交互进行着重描述。通过Collaboration框图，可以让系统建筑师与质量保证工程师及时了解分析对象的分布情况，若出现不合理状况，系统建筑师便可及时进行调整或重新分配。UML语言中包含的这些框图，在进行系统设计、建模以及分析的过程中，会提供多种不同的图片表达形式，因此，可以用在系统开发的不同阶段。将UML语言中的这些框图应用在嵌入式系统开发中，通过它们之间的有机结合可以构建出一个功能完整、一致的高效系统。

摘要：单片机作为集成电路芯片在工业生产和电子设备中被广泛应用，且在嵌入式系统中发挥着重要的功能。笔者概述了单片机与嵌入式系统，探讨了单片机在嵌入式系统中的设计应用，指出单片机可以发挥电机控制、网络测试等功能，是嵌入式系统中的重要组成部分。应用结果表明：单片机在嵌入式系统之中具有明显的应用优势，相关人员需要进一步加强技术研究，提高单片机的集成能力，推广其在不同领域中的实践应用。

关键词：单片机；嵌入式系统；电机控制；网络测试

随着嵌入式系统数量及需求的不断增加，其所生产的电子产品越来越受大众的欢迎。此外，单片机在嵌入式系统中同样发挥着不可替代的作用，其具备强大的集成功能，可以将其视为小型的微型计算机系统。自20世纪80年代开始，单片机集成技术越来越完善，其在嵌入式系统中的应用也日益广泛，起到测试、控制等强大功能。

1单片机与嵌入式系统概述

1.1单片机

单片机是具备逻辑功能的集成芯片，又被称之为单片微控制器，其具备计算机的相应功能，相比较计算机而言，其仅仅缺少I/O设备。单片机产生于20世纪80年代初，20世纪90年代逐渐普及，其生产和集成技术应用也日益广泛，集成能力更强。单片机在系统之中应用依靠其扩展功能，可以灵活地应用在多个领域之中。芯片技术的完善为其功能应用奠定了良好的基础，其存在SOC层和SPI接口，通过接口可以与其他系统连接在一起，是一种具备可扩展性的嵌入式系统[1]。

1.2嵌入式系统

摘要：传统编程过程中,不仅需要消耗大量时间,同时还会出现软件资源空间占用率高等问题,为了切实解决这些问题,本研究指出了一种基于嵌入式系统的C语言编程软件设计架构方法,具体阐述了模块划分原则以及重点注意事项,并从分层方向与分层架构设计方法两个方面分析了分层架构,依托于中断服务程序,完成系统软件开发与设计。

关键词：嵌入式系统；C语言；编程软件

0引言

C语言在嵌入式软件开发中有着非常广泛的应用,这是因为C语言能够很好的匹配高级与低级语言,同时简洁高效、灵活便捷,可以实现对硬件的直接操作,然而由于C语言具有较强的灵活性,也导致了代码管理与维护问题较为繁琐复杂[1]。和传统形式的软件编程相比较,嵌入式系统编程是以某个相应的硬件平台为载体的,服务的是一种专用的计算机系统,不单单有对硬件操作的复杂性,同时还表现出应用层次的通用性。所以,在实际开展软件开发时,选取适宜的软件框架以及优异的设计方法,加强对项目的工程化管理,可以有效地指导软件开发的层次划分以及功能模块规划设计。一方面可以很好的提升高级软件系统开发速度与质量,提高后期执行与维护的便捷性,另一方面也可以有效地提升程序代码的重用性、延伸性以及稳定性。为了进一步提高嵌入式系统视域下C语言编程软件设计效率与品质,本文建立在现阶段已有的主流软件工程思想之上,将面向对象设计技术、分层技术等与C语言嵌入式编程结合起来,深入探讨基于嵌入式系统的C语言编程软件设计方法、分层架构等,为不断提高编程质量与效率提供帮助。

1模块划分

模块划分主要表示为将某个庞大的、复杂程度较高的程序依照需要实现的不同功能,将其分割成若干个小段,并确保每一个小段都能够完成一个相应的功能[2]。软件需要最大程度降低和外部模块的接触,进一步改善程序的可移植性能,同时明确其能够达到的既定功能。通常来说,嵌入式系统涵盖了两个方面的模块,分别是硬件驱动模块以及软件功能模块[3]。其中一个硬件驱动模块往往只与某个特定的硬件相匹配,而在进行软件功能模块划分过程中,应当要最大程度符合低耦合、高内聚的基础需求[4]。在进行模块设计与开发以达到不同功能时,需要严格遵守两个关键性原则。（1）模块的独立性原则,每一个模块均是独立存在的,避免不同功能模块之间出现信息交互的现象,既不会产生相互之间的影响,同时也不会产生相互之间的依存,任何一个模块中的函数指令均不会与其他模块变量建立联系,不同功能模块之间的连接是建立在函数接口基础之上的。（2）正交性原则,所有的功能模块都是唯一且确定的,而这中间的变量和其要达成的功能是相同的。在实际进行模块划分过程中,应当要特别重视以下四点注意事项：（1）当一个功能模块在为其他关联功能模块提供相关数据以及外部函数时,应当要在头文件（.h）中特别注明extern字样进行声明。（2）某一个功能模块内包含的全局变量以及函数信息,应当要在头文件（.c）中特别注明static字样来声明。（3）当出现某一个功能模块同时涵盖有.h文件以及.c文件时,需要在该功能模块的接口文件中基于（.h）进行声明。（4）需要特别注意的是,（.h）头文件中不可以对任何定量进行定义,这是由于定义变量属于汇编方面的内容,会根据实际要求匹配相应的内存[5]。

2分层架构

摘要：嵌入式系统分析的时候，最重要和最关键的就是功耗问题，想要保证有效降低功耗，应该从系统角度来分析嵌入式系统问题，低功耗嵌入式系统不但需要硬件设备的保证，也需要系统软件技术的支持，合理优化配合系统软件和硬件技术，才能达到真正降低嵌入式系统功耗的目的，本文主要分析了嵌入式系统低功耗软件技术。

关键词：嵌入式系统；低功耗；软件技术

一、嵌入式系统功耗问题概述

目前，不断发展计算机技术，开始广泛应用嵌入式系统，越来越高要求系统功耗问题。在嵌入式系统中应用电池供电的便携设备，因为是有限的电池存储量，不能持续为设备提供电量。一般来说，为了能够具备比较高性能，需要合理安置高性能CPU，依据实际运行规范，适当提高外围设备数量，会降低系统功耗，衡量嵌入式系统性能的关键就是低耗能，为了能够具备最平衡的高耗能和高性能需求，在符合系统实际运行性能要求基础上，尽可能降低系统耗能，从而确保可以长期运行系统，从软件和硬件两方面分析系统节能问题[1]。

二、嵌入式系统低功耗软件技术设计

（一）应用软件编写的节能设计。

第一，中断替代系统中查询。系统简单应用中，不管应用哪种程序方式都不会出现很大差异，差别大的就是消耗功率。中断方式处理系统中，中央处理器可以不做任何事，或者能够直接进入到等待或停止模式；如果是查询形式，需要中央处理器不断访问I/O寄存器，出现额外功率。第二，代替子程序。设计人员都知道，相比较读RAM来说，读Flash消耗功耗比较小，因此，在设计CPU的时候，RAM会展现低功耗性能，但是仅仅只能一次调用子程序，子程序进入到CPU以后，会暂时存储中央处理器寄存器，离开系统的时候，CPU会弹出寄存器，此时至少需多次操作RAM，因此，设计人员在设计程序系统的时候，利用宏来代替子程序来。设计中是在子程序、还是宏上调用系统没有很大区别，但是编译的时候会依据中央处理器进行实施，避免调用子程序，但是最重要的就是增加代码数量，上述方式可以适当降低系统功耗[2]。

摘要：为构建一个强实时性和高可靠性的嵌入式系统，提出了一种嵌入式系统的双机热备方法。该方法首先采用“先启为主”的主备机身份识别机制确认主备机身份；然后为主备机之间的心跳通信配备了2条心跳线，并且在处于正常工作运行状态的主机上创建一个互斥信号量，以此确定当前只有一台机器处于工作状态，避免了双主机现象的出现；建立主备机同步通信机制，确保主备机的状态和相互之间接收数据的实时通信；通过对主备机工作状态的实时监测，及时诊断系统故障，并采用主备机自动切换算法实现双机热备功能。

关键词：嵌入式软件；软件测试；双机热备；实时系统

目前，嵌入式系统的健壮性和稳定性是用户和系统设计人员都十分关注的问题。如果在嵌入式系统运行过程中，因为系统硬件或者软件故障导致整个系统无法继续正常工作，则可能会带来不可预知的影响和损失。因此，为了维护嵌入式系统的高可用性和高可靠性，必须采取适当的措施来保证嵌入式系统不间断的稳定运行，双机容错技术就是在这样的背景下产生并在嵌入式系统中得到了广泛应用[1]。当前嵌入式系统中最常见的双机容错技术有无磁盘型、共享磁盘型、磁盘镜像型、共享和镜像共存型等，这些方法大多应用在专用的容错系统中，应用在通用的容错系统中的较少[2]。上述这些方法大都是在应用层实现容错的功能，因此不可避免地会带来以下问题：①增加设计人员的工作量，设计人员在实现具体业务的同时必须考虑容错功能的实现；②数据容错的可靠性难以保证，设计人员只要有考虑不周的地方，就可能导致容错系统无法正确备份，导致备份失效；③系统可扩展性较差，一旦在系统中增加新的功能，设计人员必须重新考虑备份功能的实现，系统的可测试性和可维护性差。为了能够有效地保证嵌入式系统稳定、可靠、有效和持续运行，本文提出了一种嵌入式系统的双机热备方法。该方法能够保证设备在无人监管的情况下不间断正常运行，具有技术成熟、运行成本低和任务可靠性较高等优点。

1双机热备系统概述

双机热备技术一般是在服务器系统出现临时故障时采取的一种热备份技术，通过对服务器系统的热备份，可以避免服务器系统发生故障时产生的长时间服务中断，确保服务器系统能够长时间可靠运行。双机热备概念分为广义和狭义2种。从广义上讲，就是将2台服务器中的重要服务进行相互备份，并且2台服务器共同执行同一服务。当任意1台服务器运行时出现故障，另外1台服务器在最短的时间内接管该故障服务器的一切服务，该接管工作不需要人工进行干预，保证整个服务器系统正常不间断运行。狭义上讲，服务器数据同时写入2台服务器中，或者这2台服务器采用1个共享存储设备。在同一时间2台服务器只有1台处于激活（工作）状态，另外1台处于静默状态。当处于激活状态的服务器故障时，通过心跳机制激活另外1台服务器，让其接管当前工作。双机热备系统采用故障隔离的工作原理，将发生故障的设备以故障点转移的方式让处于热备份状态的正常设备接管当前工作，保证整个系统的不间断运行。故障的恢复不是在故障设备上，而是在热备份的设备上，热备份的方式不是用来修复当前故障设备，而仅仅是将故障隔离。双机热备系统中的关键技术有主备机身份识别技术、主备机之间心跳通信技术、主备机同步技术和主备机故障检测和切换技术等。

2主备机身份识别

目前大多数的双机热备系统都采用在主备机端安装不同软件的方式。这种方法的优点是程序开发较为简便、逻辑清晰；缺点是灵活性较差、不便于维护。为了使主机和备机具有完全对等性，采用“先启为主”的主备机身份识别机制，即先启动的为主机，后启动的为从机。“先启为主”的主备机身份识别机制采用端口监听的方法实现。首先在主机和备机上分别配置好对方的IP地址和通信端口号，在嵌入式系统的任务启动后立即创建一个套接字并向对方通信端口发出连接请求。如果连接成功说明对方已经启动，本机标识为备机；如果连接失败将本机标识为主机，并将套接字绑定到主备机通信端口进行监听。这样，无论备机何时启动，主机都会接受备机的连接请求并与之建立连接。