如何提高定制嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)效率？

       應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員不需每次都對(duì)他們編寫(xiě)的一項(xiàng)應(yīng)用進(jìn)行重復(fù)的勞動(dòng)。工具和應(yīng)用開(kāi)發(fā)架構(gòu)已獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，以至于應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員能夠集中精力創(chuàng)造附加價(jià)值，而無(wú)需擔(dān)心底層的應(yīng)用架構(gòu)和細(xì)節(jié)。那么嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是否也朝著同樣的方向發(fā)展？ 

       過(guò)去，嵌入式系統(tǒng)通常是由工程師自行利用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)，在定制硬件上運(yùn)行，不需任何通信技術(shù)或安全架構(gòu)。這些系統(tǒng)會(huì)像獨(dú)立設(shè)備一樣運(yùn)行，在許多情況下甚至不用操作系統(tǒng)的支持。 

       事實(shí)上，這些系統(tǒng)只會(huì)運(yùn)行一個(gè)專(zhuān)用的單任務(wù)或進(jìn)程，開(kāi)發(fā)人員將負(fù)責(zé)系統(tǒng)的每個(gè)方面、系統(tǒng)與底層硬件的互動(dòng)及用戶(hù)輸入和輸出（若有必要）。設(shè)備的每個(gè)方面都要由開(kāi)發(fā)人員編碼。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員必須非常熟悉底層硬件，而且或許還曾經(jīng)參與硬件的設(shè)計(jì)。 

       隨著時(shí)間的推移，開(kāi)發(fā)人員不再使用匯編語(yǔ)言自行設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)程序，而是改用C/C++等高級(jí)語(yǔ)言或利用軟件庫(kù)開(kāi)發(fā)字符串處理、文件I/O、圖形、視頻等常用軟件。 

       許多知名的軟件開(kāi)發(fā)工具都提供軟件庫(kù)以協(xié)助應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，我們可將這些軟件庫(kù)視為操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件間的中介層，但在許多情況下應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員仍需控制對(duì)象的生命周期、線程和內(nèi)存管理。 

       許多應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件庫(kù)其實(shí)就是應(yīng)用軟件和底層操作系統(tǒng)間的中介層，而許多軟件庫(kù)還提供原代碼以方便設(shè)計(jì)人員了解軟件庫(kù)的工作方式，并通過(guò)檢查源代碼來(lái)確定軟件庫(kù)調(diào)用本地操作系統(tǒng)API的速度。 

       應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件庫(kù)提供原代碼的另一優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)人員可借此擴(kuò)大軟件庫(kù)功能。只要將應(yīng)用開(kāi)發(fā)和操作系統(tǒng)抽象模型往前推進(jìn)一步，我們就能得到 (多數(shù)情況下) 與操作系統(tǒng)和處理器無(wú)關(guān)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)模型，Java和.NET就是很好的例子。在這個(gè)模型里，應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員與底層操作系統(tǒng)的距離會(huì)更遠(yuǎn)，對(duì)象生命周期是由應(yīng)用軟件的運(yùn)行時(shí)間環(huán)境(JVM或.NET運(yùn)行時(shí)間)、類(lèi)別、對(duì)象、事件及與底層操作系統(tǒng)API無(wú)多大關(guān)系的方法處理的。從C/C++轉(zhuǎn)向管理應(yīng)用開(kāi)發(fā)將帶來(lái)更多好處，這就像應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員從匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)到C/C++語(yǔ)言后，就能加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。 

       底層硬件的抽象化是將應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)從匯編語(yǔ)言通過(guò)C/C++轉(zhuǎn)換到管理應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境的附帶效果之一。應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員多半不需知道硬件細(xì)節(jié)，硬件抽象層則可搭配設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)用軟件與實(shí)際硬件隔開(kāi)。 

       但這與嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展有什么關(guān)系呢？ 

       嵌入式設(shè)備的開(kāi)發(fā)人員可以選擇所需的設(shè)備開(kāi)發(fā)工具和操作系統(tǒng)。但在選擇硬件、操作系統(tǒng)(如需要)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具時(shí)，需進(jìn)行一個(gè)平衡。相關(guān)因素可能很復(fù)雜，決策過(guò)程當(dāng)然是以商業(yè)和技術(shù)考慮為主，但最后多半仍然以時(shí)間、資源和成本為重點(diǎn)。 

       您的嵌入式系統(tǒng)價(jià)值在哪里？是運(yùn)行設(shè)備的用戶(hù)界面、應(yīng)用軟件、程序或服務(wù)，還是為設(shè)備傳送和接收數(shù)據(jù)的服務(wù)器？研發(fā)人員應(yīng)將時(shí)間用于增加產(chǎn)品價(jià)值的應(yīng)用軟件和技術(shù)上，但線程管理、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)堆棧、媒體播放器、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和各種服務(wù)器技術(shù)該怎么辦？ 

       這些技術(shù)通常是由操作系統(tǒng)提供，您的研發(fā)團(tuán)隊(duì)是否能在數(shù)月內(nèi)開(kāi)發(fā)出一套比市場(chǎng)上TCP/IP協(xié)議堆棧小5kb和快10%的TCP/IP協(xié)議堆棧？或是將時(shí)間用于更新操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以便符合最新規(guī)格？ 

       問(wèn)題在于讓您的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將時(shí)間用于編寫(xiě)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試和維護(hù)操作系統(tǒng)層級(jí)的軟件組件是否是一種好的做法？ 

       答案或許不是。那么，“發(fā)展嵌入式系統(tǒng)時(shí)，我要將時(shí)間和資源用在什么地方？”這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題可以有很多答案。我們可將時(shí)間用于硬件方面，或許為您的嵌入式系統(tǒng)編寫(xiě)硬件抽象層代碼（如果需要）以構(gòu)建操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)代碼和其它低水平的支持代碼，或者您的團(tuán)隊(duì)也會(huì)將時(shí)間用于高水平、定制的最終用戶(hù)體驗(yàn)方面，并將您的產(chǎn)品特定的知識(shí)產(chǎn)權(quán)添加到現(xiàn)有的操作系統(tǒng)中。 

       希望您能看到應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)步和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與發(fā)展方向間的相似處。 

       有多種操作系統(tǒng)可以選擇。無(wú)論是自主開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)還是開(kāi)源操作系統(tǒng)抑或是其他，您都要做出許多評(píng)估才能為嵌入式設(shè)備找出最合適的操作系統(tǒng)。 

       評(píng)估內(nèi)容包括程序大小、處理器支持、本地硬實(shí)時(shí)支持、硬件設(shè)備支持的范圍 (或參考硬件)、源代碼存取及是否有開(kāi)發(fā)商和合作伙伴可以幫助您進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 

       上市時(shí)間越來(lái)越重要，加快上市時(shí)間的方法之一是將時(shí)間用于提高設(shè)備的附加價(jià)值部分。但操作系統(tǒng)怎么辦？嵌入式操作系統(tǒng)有不同的類(lèi)型和大小，有些操作系統(tǒng)僅提供原代碼，研發(fā)人員必須先建立一套工具鏈，然后才開(kāi)始發(fā)展設(shè)備;還有些操作系統(tǒng)則提供完整的操作系統(tǒng)鏡像文件，研發(fā)人員可直接開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件。前者讓您將寶貴的人力和時(shí)間浪費(fèi)在操作系統(tǒng)和工具鏈的建立及配置，后者才能加快設(shè)備的開(kāi)發(fā)和上市時(shí)間。 

       讓我們分析兩種選擇，一是使用市場(chǎng)上銷(xiāo)售的操作系統(tǒng)和現(xiàn)成的參考電路板。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是讓您得到操作系統(tǒng)的所有功能，只需把您的應(yīng)用、服務(wù)和驅(qū)動(dòng)程序加在操作系統(tǒng)之上即可;缺點(diǎn)也正是您得到了所有功能，這表示操作系統(tǒng)會(huì)比所需龐大，其中包含許多您的嵌入式系統(tǒng)不會(huì)用到的功能，而且無(wú)法針對(duì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行定制。 

       第二種選擇是使用一個(gè)能夠進(jìn)行定制、滿(mǎn)足嵌入式設(shè)計(jì)需求的操作系統(tǒng)(可稱(chēng)之為一種組件化的操作系統(tǒng))?；蛟S閃存引導(dǎo)能力、快速引導(dǎo)時(shí)間、支持多種處理器架構(gòu)、本地硬實(shí)時(shí)支持等對(duì)于您的設(shè)計(jì)很重要，除此外，還有許多其它理由讓功能完整的臺(tái)式操作系統(tǒng)或服務(wù)器市場(chǎng)專(zhuān)用的操作系統(tǒng)不適合您的嵌入式設(shè)備。 

       或許能夠提供設(shè)備相關(guān)功能的操作系統(tǒng)正是滿(mǎn)足各種嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)需求的理想選擇，Windows CE和Windows XP Embedded也許是組件化嵌入式操作系統(tǒng)的最好實(shí)例，它們可以通過(guò)所支持的處理器、硬件、實(shí)時(shí)、網(wǎng)絡(luò)和媒體技術(shù)彼此互補(bǔ)搭配。 

       定制不表示一定要花很多時(shí)間或克服許多困難才能完成操作系統(tǒng)配置以滿(mǎn)足設(shè)備需求。典型的Windows XP Embedded設(shè)計(jì)從概念到交貨通常僅需12～14周。這套組件化操作系統(tǒng)大約能分割為12000種軟件組件、9000個(gè)驅(qū)動(dòng)程序及3000種系統(tǒng)功能。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員可選擇嵌入式設(shè)備所需的個(gè)別組件或技術(shù)，而不需安裝整套操作系統(tǒng)。 

       廣泛的硬件和軟件支持是使用Windows XP Embedded操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一，只要操作系統(tǒng)鏡像文件包含適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)依賴(lài)性，任何能在Windows XP上運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)程序就能在Windows XP Embedded上運(yùn)行。就此而言，依賴(lài)性是開(kāi)發(fā)人員必須考慮的重要問(wèn)題之一。 

       您在建立嵌入式操作系統(tǒng)鏡像文件時(shí)或許已經(jīng)知道您的用戶(hù)界面、應(yīng)用軟件和服務(wù)都要依賴(lài)特定的操作系統(tǒng)功能，但增加這些功能和熟悉所有的操作依賴(lài)性卻需很長(zhǎng)時(shí)間。Windows CE和Windows XP Embedded所提供的工具都包含許多操作系統(tǒng)功能(稱(chēng)為組件)，這些組件含有所需的依賴(lài)性信息。例如，假設(shè)您正在使用Windows CE，并想把80kb左右的HTTP Web Server加入操作系統(tǒng)。您只要從組件目錄把這個(gè)組件加入到工作區(qū)(workspace)，該組件的依賴(lài)性信息也會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行添加。使用組件、依賴(lài)性和操作系統(tǒng)配置模板就能迅速完成嵌入式操作系統(tǒng)的配置和測(cè)試。 

       應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)使用合適的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具和架構(gòu)來(lái)加速產(chǎn)品上市時(shí)間，也可以通過(guò)使用組件化的嵌入式操作系統(tǒng)加快產(chǎn)品的推出?？梢宰龃送茢?，把合適的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具和程序架構(gòu)以及組件化嵌入式操作系統(tǒng)融為一體，也許這是設(shè)計(jì)人員加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一條最佳路徑。  
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