張立新

（北京信息職業(yè)技術學院，北京 100018）

計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術的開發(fā)探討

張立新

（北京信息職業(yè)技術學院，北京 100018）

文章針對計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術的開發(fā)研究，從計算機嵌入式系統(tǒng)特點入手，結合嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術分析，對計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術展開論述，以期為系統(tǒng)開發(fā)期間工作人員各項操控技術的靈活運用提供參考性建議。

計算機嵌入式；系統(tǒng)開發(fā)；技術核心；集成電路

隨著計算機技術的優(yōu)化，主機系統(tǒng)聯用的相關控制設備越來越多。在計算機系統(tǒng)無法實現直接設備調控的條件下，只能借助其他類型系統(tǒng)來完成設備的運行。而計算機嵌入式技術恰好可以幫助系統(tǒng)完成輔助功能，做出相應的調配和控制，使系統(tǒng)靈活操控各項功能。因此，加強計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術的開發(fā)研究具有重要意義。

1 計算機嵌入式系統(tǒng)特點

嵌入式是以計算機為基礎的一項技術，其系統(tǒng)是以應用為中心。在軟硬件方面，基本上滿足所有用戶應用系統(tǒng)的功能要求，具有可裁剪性。是一種成本低廉、體積小、可靠性強、功耗嚴格的專用系統(tǒng)，與用戶的需求相一致，具有很多優(yōu)勢，主要表現為以下特點：（1）個性化。在嵌入式開發(fā)初期，傳統(tǒng)的計算機設備控制系統(tǒng)，大多采用了通用型[1]。這種類型使用戶在運用功能及運用模塊上基本相似。而嵌入式系統(tǒng)，卻可在各行業(yè)中實現個性化發(fā)展，具有較高占有率。（2）綜合化。嵌入式系統(tǒng)涉及多個技術領域，如無線通信、電子信息、計算機應用等，對于人員、資源等方面的分配，就是根據該特點轉變而成。該特點決定了系統(tǒng)密集型。（3）性能化。嵌入式系統(tǒng)的操作功能較多，執(zhí)行代碼命令的效率也較高。其內部解讀采用了統(tǒng)一性系統(tǒng)模塊，實現了自動化。（4）長期性。具有較強的自主選擇性，銷售預期潛力大。

2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術分析

2.1 嵌入式開發(fā)過程分析

在嵌入式開發(fā)過程中，主要包含兩個主體，即宿主機與目標機。宿主機的功能是以編輯、編譯、鏈接、執(zhí)行為主，即作為軟件開發(fā)臺來使用；目標機是指系統(tǒng)中的硬件平臺，是軟件的運行平臺。開發(fā)過程為：（1）在目標機上，將系統(tǒng)所需要的應用程序轉變?yōu)槎M制的相關代碼。這一過程又分為編輯、編譯等步驟。比如，在編譯中，其主要操作由編譯器來完成和執(zhí)行。對于編譯器的處理過程，并不只是直接將數據信息資料翻譯成操作人員可以讀解的代碼，而是以計算機作為平臺，對平臺發(fā)射設備中的代碼進行數據采集。再通過編譯器，對代碼進行翻譯處理[2]。在現階段，嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中廣泛使用的編譯器為arm-linux-gcc。編譯技術過程的實質，就是將源代碼轉化為所需的目標文件類型，并在鏈接處進行相應的數據處理。另外，嵌入式軟件的移植過程是通過物理形式，運用存儲器，將數據的地址信息儲存在特定的位置。（3）將該數據以目標文件的形式，傳送給指定用戶，保證文件傳輸不發(fā)生偏移情況。需要注意的是，無論是存儲過程，還是數據傳輸過程，都應當以嵌入式平臺為基礎，執(zhí)行相應的二進制文件。

2.2 平臺數據處理過程分析

平臺數據處理過程，就是對嵌入式系統(tǒng)輸送器需要的軟件。該過程涉及的軟件開發(fā)模式，一般是在PC機上進行操作，編寫好代碼之后，再進行軟件燒寫和移植。軟件編寫的過程中，有很多需要注意的事項，如系統(tǒng)的可移植性。若所需要的軟件，其移植性能較高，就代表該軟件可以實現編程中語言類型的轉化[3]。因而，在實際軟件的編寫操作時，要盡量降低系統(tǒng)函數設置次數。對于不同功能硬件或平臺中的字節(jié)排布、字節(jié)順序等內容進行屏蔽。對于字節(jié)而言，其存放順序，與其數據的占用內存空間息息相關，具體還分為大端、小端格式等。一般而言，大端格式是指高字節(jié)數據存放在高地址處。相反的，低字節(jié)數據應存儲在低地址處。以X86的PC機為例，其嵌入式平臺以大端字節(jié)排布。因此，對于不同類型的字節(jié)和數據，應當先調整好順序，再在嵌入式平臺上進行存儲。

3 計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術

3.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的集成電路技術

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的集成電路，就是采用半導體的操作工藝，在單晶硅片上，對晶體管、電容器、電阻器進行相關操作。根據隧道布線、多層布線等設計要求，元件也具有不同的組合要求。而集成電力技術，很好地解決了嵌入式系統(tǒng)在電子元器件的連接和使用，保證了用戶對小型原件的操作需求，在一定程度上提高了專用計算機系統(tǒng)的安全性能[4]。首先，在全定制的集成電路技術中，需要根據系統(tǒng)數字實現各層級的優(yōu)化，設計人員應根據晶體管的屬性，對芯片進行連接設計，以加快系統(tǒng)運用速度，提高芯片橫截面的使用效率。其次，在半定制特定用途集成電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）方面，要求嵌入式系統(tǒng)結構設計，與應用模塊進行匹配，實現原件組的通用型。同時，設計人員應當注意嵌入式系統(tǒng)電路的功能性與邏輯性，保證在一定的設計周期內，提高成品的性能和優(yōu)勢。在編程ASIC方面，要注重將高級技術產業(yè)，納入到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，利用編程技術對系統(tǒng)芯片進行操作，進而提高系統(tǒng)操作利用率。

3.2 新系統(tǒng)研發(fā)中的處理器技術

嵌入式系統(tǒng)由硬件、軟件、系統(tǒng)、程序、處理器等構成。其中，處理器技術既是系統(tǒng)嵌入式研發(fā)中的核心技術，又是嵌入式系統(tǒng)的先進處理技術。作為系統(tǒng)關鍵的處理型原件，其系統(tǒng)中對數字、音頻、圖像等部位的處理，都需要通過處理器來完成，進而將其表現為用戶所需要的信息內容。與此同時，處理器技術還具備提高數據存儲安全性的作用，進而提升程序執(zhí)行有序性。首先，在通用技術方面，嵌入式系統(tǒng)中，應用的為通用型處理器，其便于系統(tǒng)進行功能改造。并通過數據傳輸路徑，將邏輯單元運用到系統(tǒng)操作流程中。其次，在單一技術方面，針對特有的用戶進行系統(tǒng)研發(fā)，要以單一性系統(tǒng)功能為原則，實現嵌入式系統(tǒng)功能上的精簡，滿足用戶的單一程序指令[5]。運用解碼器實現數據的編碼和解碼。最后，在專用技術方面，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)要以最優(yōu)功能實現為目標，為處理器單獨配備控制元件，將數字信號作為信息傳輸的載體，將功能程序傳輸到處理器的芯片中，保證系統(tǒng)的命令得到運作?？梢?，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和應用中，最不可或缺的因素就是處理器技術，這是新系統(tǒng)研發(fā)的核心技術。

3.3 嵌入式技術開發(fā)中的智能化技術

智能化技術的研究，不僅是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和應用中的關注點，還是高智能技術研發(fā)的必經階段。嵌入式的智能化水平，會直接對嵌入式的整體技術水平產生影響。智能化技術并非簡單的技術創(chuàng)新，而是需要長時間的實踐，并在應用與實踐中，發(fā)現系統(tǒng)的缺陷。然后，在原有核心技術的基礎上，通過借助其他技術手段完成對缺陷的彌補。比如，對線路進行改造、判斷線路屬性等。另外，系統(tǒng)的應用過程中，需要采用先進的驗證技術，完成系統(tǒng)改造，以用戶需求為主要目標，提升系統(tǒng)開發(fā)增長點，擴大其市場的占有率[6]。嵌入式在開發(fā)時，根據其智能化技術走向，需要注意以下兩個方面：（1）智能化計算機開發(fā)嵌入式，需要配合多個軟件。執(zhí)行某項命令時，計算機應當對數據命令進行智能化選擇。當選擇數據被運行，需要對該系統(tǒng)中的各項功能進行整合，并對數據進行分層處理，以此作為系統(tǒng)開發(fā)考量標準。此外，系統(tǒng)開發(fā)首先要對語言進行翻譯和轉換，避免編程過程發(fā)生不必要的沖突，繼而為系統(tǒng)提供堅持后臺支撐。（2）系統(tǒng)在運行中，要通過相應的程序執(zhí)行代碼。在硬件技術研發(fā)上，根據系統(tǒng)功能保證其優(yōu)化級別，實現系統(tǒng)整體的智能化處理。并對硬件等級進行設計，保障不同模塊領域下，系統(tǒng)可以協(xié)同運作。

4 結語

為了保證新型嵌入式系統(tǒng)符合設備的各項操作要求，本文以計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術的開發(fā)作為主要研究內容。在以計算機嵌入式系統(tǒng)特點與開發(fā)技術分析的基礎上，從嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的集成電路技術、新系統(tǒng)研發(fā)中的處理器技術、嵌入式技術開發(fā)中的智能化技術等方面的核心技術展開系統(tǒng)研究。研究結果表明，現階段，我國嵌入式系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)具有個性化、綜合化、性能化、長期性等特點。在未來，還需進一步加強對計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術開發(fā)與應用的研究，為我國各企業(yè)對集成電路及處理器技術的運用提供借鑒，進而保證企業(yè)科技競爭實力的持續(xù)增加。

[1]袁世軍.淺析嵌入式Linux操作系統(tǒng)的實時應用中的問題與優(yōu)化[J].低碳世界，2016（12）：240-241.

[2]朱楠.基于嵌入式Web服務的智能化糧情監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應用[J].科技資訊，2017（1）：24-25.

[3]孫李斌，趙明明.嵌入式系統(tǒng)軟件設計中ARM和Linux的核心技術分析[J].電子世界，2017（12）：40.

[4]李博.基于BeckhoffCX9020嵌入式控制器的全新一代風機變槳系統(tǒng)的自主開發(fā)[J].自動化博覽，2016（4）：75-76.

[5]王夢瀟，李璐.基于STM32與AJAX的遠程監(jiān)控系統(tǒng)服務器設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2016（3）：43-45.

[6]丁煜暉，李紅星.基于ARM7-LPC2290數字核心板的硬件設計[J].求知導刊，2015（7）：42-43.

Discuss on the development of core technology of computer embedded system

Zhang Lixin
(Beijing Information Technology College, Beijing 100018, China)

In view of the development research on core technology of computer embedded system, this paper discusses the core technology of computer embedded system, starting from the characteristics of computer embedded system and based on the analysis of embedded system development technology, to provide reference recommendations for flexible use of control technology during the system development.

computer embedded; system development; technical core; integrated circuit

張立新（1966— ），女，北京人，副教授，學士；研究方向：嵌入式技術，計算機應用技術，移動應用開發(fā)。