基于工程化流程的嵌入式系统开发方法分析

吴文庆

摘   要：嵌入式系统在目前计算机技术的发展过程中逐渐得到了广泛应用，作为一种专用计算机系统，具有专用性与实时性强的特点。在嵌入式系统的开发过程中，采取工程化流程进行系统开发，更有利于高效完成嵌入式系统开发工作。本文对嵌入式系统及其主要特征作出简单概述，而后分析了基于工程化流程的嵌入式系统开发方法，为相关研究人员提供参考。

关键词：工程化流程  嵌入式  系统开发

中图分类号：TP311.52                             文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0114-02

Abstract： Embedded system has been widely used in the development of computer technology. As a special computer system， it has the characteristics of special and real-time. In the development process of embedded system， engineering process is adopted to develop the system， which is more conducive to the efficient completion of embedded system development. This paper gives a brief overview of embedded system and its main features， and then analyzes the development method of embedded system based on engineering process. To provide reference for related researchers.

Key Words： Engineering process; Embedded; System development

1  嵌入式系统概述

1.1 嵌入式系统及其组成

根据目前对计算機系统的分类方法，计算机系统可以分为通用计算机系统、专用计算机系统两类。嵌入式系统属于一种专用的计算机系统，也就是嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统，其设计目的主要是为了完成某种特定功能，其主要特征可以概括为嵌入性、专用性和有CPU[1]。目前，嵌入式系统在包括家电、工业控制、通信和商业在内的许多领域都得到了推广和应用，具备重要的应用价值。嵌入式系统的组成部分可以分为硬件和软件两部分。硬件部分主要包括嵌入式微处理器、外设接口与操作控制台，其中嵌入式微处理器具有很高集成性，主要集成了ROM、RAM、串口、总线接口等[2]。外设接口包括具有输入、输出及通信等功能的普通外设，以及具有语音编解码、信道编码等特定功能的专用外设。操作控制台主要作用是实现人机交互，组成部分包括开关、指示灯、显示屏等。软件系统包含嵌入式操作系统与用户程序两部分，与硬件系统相互配合，其中实时操作系统发挥着主要作用。

1.2 嵌入式系统的特点

相对于通用计算机来说，嵌入式系统还具有以下几方面特点：第一是专用性强，是针对于某种特定应用所设计的系统，相对于通用计算机系统，在系统的可靠性、成本、体积与功耗等方面也具有更高要求。第二是具备较强的实时性，主要应用于过程控制，因此需要采用实时系统，更有利于系统的实时反应。第三是软件与硬件之间结合密切，软件需要随着硬件平台的变化作出相应更改。第四是系统资源比较有限，相对于通用计算机具有更高的集成度。上述特点也决定了嵌入式系统的开发与通用计算机软件的开发存在较大的差异性。

2  基于工程化流程的嵌入式系统开发方法

2.1 系统工程化开发总体流程

系统工程化开发是指采用系统化、规范化和数量化等工程原则与操作方法进行系统的开发与维护[3]。其中主要包括开发技术、项目管理两方面，开发技术可以具体分为开发工具、开发方法以及工程环境;项目管理主要包括项目估算、项目计划、进度控制、人员和配置管理等。系统工程化开发的总体流程与建筑工程的实施流程之间具有一定程度的相似性，主要包括项目需求提出、任务分配、需求分析、概要设计、任务细分、详细设计、开发实施、集成测试、试运行等环节[4]。系统工程化开发流程图如图1所示。

2.2 嵌入式系统工程化开发方法

在嵌入式系统的工程化开发过程中，需要采取上述工程化开发流程，并根据嵌入式系统自身的特点，采取有效的技术手段完成系统的开发。具体开发流程如下。

2.2.1 立项与调研

嵌入式系统开发项目的立项与调研阶段，需要重点解决以下两方面的问题，一方面要充分考虑市场因素，全面了解用户的需求，同时对生产成本加以最大程度的控制，从而提升经济效益。另一方面需要全面考虑产品开发过程的可行性，在开发过程中选择合适的技术手段，确保产品运行的稳定性。针对于以上两方面问题，需要采取调研的方式进行详细研究，使得上述问题得到合理解决。在此阶段还需要制作相应的书面材料对调研结果加以落实，其中包括《市场需求调研报告》以及《可行性分析报告》等[5]。

2.2.2 系统需求分析

在项目立项完成后，需要开展相关的分析工作。其中需要将用户对于产品的需求作出归纳总结，而后制作成《用户需求说明书》，对系统的功能等相关要求进行描述。在制作过程中，需要最终用户提出意见并进行修改。最后由系统分析员根据用户需求，为产品开发设计人员编写《系统需求说明书》。

系统需求的分析过程中，由于嵌入式系统常具有某些特殊要求，因此需要重点考虑以下几方面内容。第一是系统是否能够满足应用环境对温度、湿度以及相关安全标准等的要求，在此基础上对设备的体积、功耗、成本与开发周期作出合理安排。第二是对系统的规模极其复杂程度作出合理评估，从而为系统开发工作量以及开发进度的判断提供依据。其中可以从系统能够提供的功能以及系统的技术规模两方面进行有效评价。在上述工作的基础上制定系统需求规格表，对系统需求作出详细记录。

2.2.3 系统设计与实现

嵌入式系统的设计方面，具体包括软件设计、硬件设计、协调设计等方面。在具体开展设计工作时，需要依据相应的说明书，比如《软件设计说明书》、《硬件设计说明书》、《软硬件协同设计说明书》、系统架构设计方案图等[6]。在对嵌入式系统进行合理设计的基础上，需要由软硬件工程师进行系统的实现，按照统一的设计规范进行应用软件开发及测试、硬件电路板制作以及协同设计等工作。并确保系统能够稳定运行。

在传统的嵌入式软件开发过程中，主要采取结构化开发方法，根据硬件设备进行软件的开发工作。此种方式存在代码重用性较差、软件适应性、维护水平不高等问题。通过有效应用分层技术，能够显著提升软件开发与维护效率。其开发过程主要依据高内聚、低耦合原则，具体可以分为应用管理层、算法协议层、功能拓展层与硬件驱动层四部分。此种设计方式通过合理分层，增强其对硬件环境的适应性，因此能够提高软件的可复用性，并显著简化项目开发过程。在后期维护过程中对应用管理层以及功能拓展层进行修改即可。嵌入式软件分层开发模型如图2所示。

2.2.4 调试、运行与维护

在完成嵌入式系统的设计后，需要开展调试工作，从而判断系统设计能否实现此前预想的功能。具体需要由专业人员进行系统的测试。进行系统测试工作过程中，需要依据《用户需求说明书》，重点开展集成测试与可靠性测试。同时还需要对三个月内的不间断运行数据作出统计。如果发现在测试中存在问题，需要准确查找原因并加以解决。其中主要包括硬件调试与软件调试。硬件调试的具体内容包括线路检查、存储器测试、通信时序确认等方面，上述调试过程有利于解决常见的硬件问题。软件调试的过程相对比较复杂，其内容主要在于对驱动程序的调试，也是嵌入式系统开发过程中的重点部分之一。调试过程中对于软件以及硬件的相关问题都会有所涉及。调试完成后还需要进行系统测试，测试步骤分为单元测试、集成测试、系统测试与环境测试四个步骤。单元测试主要针对系统中的单元模块，比如在软件单元测试上可以应用黑盒子、白盒子测试方法。单元测试完成后，需要开展针对于不同功能模块组合的集成测试，主要明确模块之间的接口问题。而后开展系统测试，判断系统能否实现系统规格的標准。最后需要进行环境测试，依据真实操作环境全面判断系统的功能及其稳定性，确保其能够满足使用需求。设备通过测试之后，需要对用户进行长期的追踪，从而对设备及系统相关信息作出进一步丰富，更有利于进行设备后续的升级与维护工作。

3  结语

嵌入式系统在目前得到了十分普遍的应用，在嵌入式系统的开发过程中，运用工程化的开发流程，有利于更好满足系统的使用需求，并能够有效提高系统开发效率。因此在今后也应加强工程化开发流程在嵌入式系统开发中的应用。

参考文献

[1] 孙伯文，蔡陆迪.浅谈嵌入式操作系统[J].移动信息，2017（10）：45.

[2] 陆天波，杨金翠，孙艺，等.基于工程化的软件工程教学案例研究[J].软件，2019（3）：78-87.

[3] 张智慧.多层模型在嵌入式软件开发中的应用研究[J].计算机时代，2017（4）：17-20.

[4] 陈妍茹.嵌入式系统的应用领域及发展趋势[J].中外企业家，2020（1）：82.

[5] 何晓亮，李刚.探究嵌入式系统在电子信息技术中的应用[J].中国新技术新产品，2019（24）：13-14.

[6] 何祖恩.基于嵌入式系统的电梯导轨支架间距自动测量仪[J].自动化与仪表，2019，34（12）：57-60.

[7] 黄泽辉，陈伯亨.基于嵌入式系统应用的研究及趋势分析[J].农家参谋，2019（23）：149.