計算機嵌入式系統核心技術的開發探討

王騰飛 光電控制技術重點實驗室

計算機嵌入式系統的出現主要是為了解決計算機系統只能借助其他系統來實現直接調控設備的運行這一難題，計算機嵌入系統的出現使得計算機對其設備的調控變得靈活和便捷，極大的方便了計算機系統在我們日常生活中的運用，也加快了計算機技術的跟新換代，計算機嵌入式系統的研發對于計算機的發展具有重要意義。

1 計算機嵌入式系統

1.1 什么是計算機嵌入式系統

計算機嵌入式系統一般是以應用為中心，相關技術為基礎的非PC系統，一般包括硬件和軟件兩個部分。同時軟件和硬件都可以進行裁剪，適用于要求較高得專業計算機系統。硬件系統一般包括嵌入式微處理器、外圍硬件設備如存儲器和外設器、圖形控制器等，軟件系統部分包括操作系統和應用程序。計算機嵌入式系統主要是為了用于實現對其他設備的控制、監視和管理。其中嵌入式微處理器是嵌入式系統較為核心的部分，嵌入式微處理器具有支持多任務減小任務執行時間、保護存儲區、可擴張的處理器結構以及功耗低等特點。

1.2 計算機嵌入式系統特點

計算機系統一般有通用型計算機系統和嵌入式計算機系統兩種，其中嵌入式計算機系統是一種基于計算機的以應用為中心的系統，具有建設運營成本低、體積小、功耗小、安全可靠等優點。與通用型計算機系統相比嵌入式計算機系統具有如下優點：

(1）個性化。傳統的計算機設備主要采用的是通用型計算機系統，該系統的運用功能和運用模板基本相似。而隨著計算機系統的發展，慢慢的出現了嵌入式計算機系統，該系統主要是為特定使用人群所設計的，設計趨于小型化，因嵌入式計算機系統體積小，其移動性能好，集成度高，嵌入式計算機系統是將各行各業先進系統相結合的產物，結合了計算機技術、半導體技術和電子信息技術等，因其技術的先進性使其成為技術、資金高度集中和不斷更新的知識集成系統。

(2）綜合化。嵌入式計算機系統涉及行業和領域眾多，具有較強的綜合性和技術緊密性。

(3）性能化。嵌入式計算機系統操作功能多，執行效率和準確度均較高，具有統一的內部系統模塊，自動化程度高。

(4）長期性。嵌入式計算機系統其技術要求高，一般隨著相應技術的更新換代而做出革新，自主選擇性強，市場潛力大，因其技術的革新整個嵌入式系統也在不斷的革新，市場適應能力強更新換代速度快。

(5）安全系數高。與通用型計算機系統相比，嵌入式計算機系統執行速度更快，信息一般儲存在單片機和芯片中。

2 嵌入式計算機系統的開發過程分析

2.1 嵌入式計算機系統的開發過程分析

嵌入式計算機系統的開發過程一般有兩個主體即宿主機和目標機。宿主機主要以目標任務編輯、編譯、銜接和執行等功能為主，一般是被作為軟件的開發臺使用。而所謂的目標機主要是指系統中的硬件平臺，主要作為軟件運行平臺使用。嵌入式計算機系統的開發過程一般為：

(1）將系統所需應用程序通過目標機轉化為二進制代碼。這個過程包括編輯應用程序、編譯代碼等過程。編譯時主要用到編譯器對相關操作進行執行，在使用編譯器處理時，不僅僅只是將數據翻譯為人工可以解讀的代碼，而是通過計算機對平臺發射設備進行數據采集然后再對其進行翻譯。

(2）現階段主要采用的編譯器是將源代碼直接轉換為目標文件的arm-Linux-gcc編譯器。嵌入式軟件移植多通過儲存器將數據信息儲存在特定位置。

(3）最后是將數據通過目標文件形式發送給用戶，發送時應保證文件傳輸沒有發生偏移，同時還應注意無論是存儲還是傳輸過程，執行的都是二進制代碼。

2.2 嵌入式計算機系統的平臺數據處理過程分析

平臺數據處理，主要處理的是系統所需軟件。該過程較為復雜，涉及面較廣，一般需要在PC機上操作，當寫好代碼后再進行軟件編寫和移植，這個過程被稱為軟件開發模式。對軟件進行編寫時需要注意系統的可移植性，一般移植性能越高的軟件越容易在編程時實現語言類型的轉化，在實際操作時需要操作者盡可能降低系統函數的設置次數。對不相干的內容及時進行屏蔽處理，字節的存放順序和數據空間的占用情況息息相關，因及時做好屏蔽，同時對于大端字節其位置因放于高地址處，小端字節其位置因放于低地址處。在實際操作時，應先做好順序調整，再進行儲存，以免造成工作量和資源的浪費。

3 計算機嵌入式系統核心技術

3.1 嵌入式計算機系統開發過程中的集成電路技術

嵌入式開發一般涉及嵌入式硬件開發、嵌入式驅動開發、嵌入式系統開發和嵌入式軟件開發，對于嵌入式系統開發而言需要開發者熟悉操作系統的原理，比如內存管理、線程調度、文件系統等。對于操作者而言要求高，開發難度大，市場上大多數公司都是進行系統移植。集成電路技術的開發是嵌入式系統開發中比較重要的部分，集成電路開發主要是采用半導體工藝在單晶硅上對其導管、電容器等進行操作。根據不同的設計要求，元件有不同的組合要求。集成電路技術主要解決了嵌入式計算機系統中元部件的連接和使用問題，保證了小型部件的操作需求和操作準確性，集成電路技術的運用在一定程度上還提高了計算機系統的安全性能。全定制的集成電路技術中，往往需要先通過系統數據對各層級實行優化，然后再對其進行模擬匹配，在整個過程中需要保證過程的邏輯性和功能性，完成設計后需要確保產品的品質性能優勢。

3.2 嵌入式新系統研發過程中的處理器技術

嵌入式系統由嵌入式硬件系統、嵌入式軟件系統、嵌入式系統開發、用戶的應用程序和嵌入式微處理器等構成。嵌入式微處理器技術是嵌入式計算機系統研發過程中的核心技術。作為嵌入式系統中的關鍵性處理技術，處理器需要對數字、聲音、圖像等內容進行處理，處理成便于用戶獲取的信息。此外，嵌入式微處理技術還能增加數據的儲存安全，提升程序執行效率。在新系統研發時，通用型處理器主要運用于通用技術方面，主要是為了方便系統功能的改造，同時通過數據傳輸途徑使系統操作流程中運用到邏輯單元。針對具有單一技術要求的用戶，需以單一性功能為主，在程序開發時滿足用戶指令。在整個研發過程中還應充分利用解碼器對相關數據進行解碼和編碼。對于專業技術而言，嵌入式系統的開發主要是為了滿足用戶功能的最優。

3.3 嵌入式計算機開發技術中的智能優化

智能化技術的發展的研究是時代發展的必然產物，嵌入式開發中的智能化技術將會對整體技術水平產生質的影響，在進行智能化技術開發時需要注意多個軟件相互配合同時通過相應的執行程序代碼進行執行。

4 結語

計算機嵌入式系統所涉及的技術較多，而且大多數技術都為時代前沿技術，更新速度快，研究者眾多，因此計算機嵌入式技術也應跟隨相應技術的發展，逐步的提升自己，開發者還應及時對市場相應技術進行關注，對于計算機嵌入式系統開發所涉及的專業知識進行完整系統的學習，以保證在現有技術的基礎上最大程度的創新。計算機嵌入式系統的應用十分廣泛，涉及我們生活的方方面面，包括工業生產、控制等。本文主要對嵌入式計算機系統的定義和特定進行了介紹，然后通過嵌入式計算機系統的開發過程和核心技術分析，對嵌入式系統的核心開發技術進行了探討和研究，在未來嵌入式計算機系統技術還需要更多的人參與進來，以此保證技術的及時更新和相關領域效率的有效提高。