王家宇

（湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院，孝感 432000）

嵌入式系統(tǒng)是基于計算機技術(shù)發(fā)展而來的專用系統(tǒng)，在其開發(fā)過程中離不開計算機技術(shù)的應(yīng)用，而單片機的嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠端調(diào)度、信號控制、數(shù)據(jù)管理等功能。近些年，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，單片機在各個行業(yè)領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，但是有關(guān)單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)還存在諸多不足。因此，本文對單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計進行研究，希望可以有效的促進單片機性能的發(fā)展。

1 嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)，是利用計算機技術(shù)發(fā)展而來的專用系統(tǒng)，主要由處理器、硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)等構(gòu)成，具有強大的系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)管理等功能。其核心部件是內(nèi)嵌的處理器，能夠?qū)⒏鞣N功能集成到一塊小小的芯片上，集成化水平非常高。一般來說，嵌入式系統(tǒng)是結(jié)合設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境來進行設(shè)計的，有效地提升了設(shè)備的運行質(zhì)量。隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)也需要與網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)，借助于不同的網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)功能上的拓展。

經(jīng)過近些年的發(fā)展，我國的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)獲得了長足的進步，但仍然存在諸多不足，尤其是在微內(nèi)核、集成性方面亟待改進，此外由于其體積較小，所以在存儲功能上也比較有限，在以后的開發(fā)工作中需要在這方面加以改進，以滿足越來越復(fù)雜的應(yīng)用要求。

2 單片機嵌入式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計

單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計，是以計算機技術(shù)為核心，運用CAD、PCB工具來實現(xiàn)的，在開發(fā)過程中，要結(jié)合系統(tǒng)的實際需要，在功能上進行細分，將其劃分為具有不同功能的模塊，分別進行開發(fā)設(shè)計。由于嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計是依據(jù)實際的性能參數(shù)要求實現(xiàn)的，對各個元件進行相應(yīng)的設(shè)置，以取得最佳的運行效果，因此不同的嵌入式系統(tǒng)在功能上有很大區(qū)別。而且，在設(shè)計工作中要將系統(tǒng)內(nèi)的各項資源進行合理的配置，并設(shè)計相應(yīng)的編碼，從而實現(xiàn)想要的功能。嵌入式系統(tǒng)追求的是集成化、模塊化，所以就要將各個功能模塊集成到一塊芯片上，實現(xiàn)單片機的遠端調(diào)度、信號控制、數(shù)據(jù)管理等功能。在其設(shè)計過程中，為了便于在多個設(shè)備之間交叉使用，我們可以將各種應(yīng)用接口設(shè)置為統(tǒng)一的標準，使得嵌入式系統(tǒng)在具體應(yīng)用上實現(xiàn)規(guī)范化、標準化。同時，為了確保嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的合理性，可以提前進行模擬運行，通過模擬運行發(fā)現(xiàn)是否存在問題，如有問題也能及時的加以解決，有效的縮減了開發(fā)時間，加快了工作進度。

對于單片機嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)，可以先對有關(guān)程序的運行邏輯進行檢測，分析系統(tǒng)運行后的狀態(tài)，同時能夠獲得各項數(shù)據(jù)信息，以此加快系統(tǒng)的調(diào)試進程。通過EDA工具的應(yīng)用，對單片機嵌入式系統(tǒng)進行高效的開發(fā)，減輕了工作人員的開發(fā)難度，在軟件開發(fā)完成后，直接將其添加到嵌入式系統(tǒng)當中，開發(fā)工作就順利完成了。

3 單片機嵌入式系統(tǒng)的微內(nèi)核

3.1 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

單片機嵌入式系統(tǒng)的微內(nèi)核主要由以下兩個部分構(gòu)成：資源管理調(diào)度系統(tǒng)與硬件映射系統(tǒng)。前者主要用于各種資源的存儲管理，并實現(xiàn)單片機與計算機之間的通信傳輸。后者主要用于將硬件結(jié)構(gòu)映射在相應(yīng)的平臺上，實現(xiàn)系統(tǒng)方面的功能。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，有效的減輕了單片機運行過程中的負擔，對其集成性能有著顯著的提高，并且還能改善其移植能力和拓展能力。一般來說，微內(nèi)核沒有shell以及圖形用戶接口，因此它的某些功能是可以去除的；再就是操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序不是非常明確，或者說前者也屬于后者中的一部分；內(nèi)存容量不大，所需存儲功能并不復(fù)雜，多數(shù)情況下都是直接采用的物理地址，構(gòu)成相對比較簡單。而且，微內(nèi)核在任務(wù)劃分上也比較簡潔，具有一定的可預(yù)見性。

3.2 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)對單片機性能的影響

微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，盡管可以有效的改善嵌入系統(tǒng)的移植能力和拓展能力，但是隨著系統(tǒng)功能要求的不斷提高，微內(nèi)核也變得越來越復(fù)雜，進而影響到系統(tǒng)的整體性能，尤其是嵌入式系統(tǒng)在單片機中的通用性。人們在運用單片機時，都是通過遠程設(shè)備來進行控制的，在這一過程中，微內(nèi)核都會參與其中，對數(shù)據(jù)進行頻繁的復(fù)制，大大增加了系統(tǒng)運行的負擔，同時微內(nèi)核還會受到傳統(tǒng)操作流程的限制，對操作系統(tǒng)的功能造成不利影響，因此就要對微內(nèi)核進行不斷的優(yōu)化，從而在整體上提升系統(tǒng)的運行效率。

對于單片機來說，嵌入式微內(nèi)核是利用時鐘進行控制的，在其運行時，能夠自動獲取運行程序，同時也能夠自行書寫，有利于擴展性能、通用性能的提高。相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)都是由內(nèi)核控制的，主要依靠的是消息機制實施通信，因此微內(nèi)核的性能會受到通信開銷的影響，為了確保微內(nèi)核的運行效率，需要對系統(tǒng)程序進行優(yōu)化，使得應(yīng)用程序能夠直接調(diào)用庫內(nèi)程序，微內(nèi)核的使用靈活性也能得到大大的改善。

4 結(jié)語

隨著單片機的應(yīng)用越來越廣泛，單片機嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計成為相關(guān)領(lǐng)域的熱門研究課題。本文通過對嵌入式系統(tǒng)的分析，對基于單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)及其內(nèi)核結(jié)構(gòu)進行了研究，希望可以有效的提高單片機的運行性能、通用性能，最終實現(xiàn)單片機的集成化發(fā)展。

[1] 蘇燕，張建平，阮瑩，等.單片機嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)[J].科技資訊，2016，14（13）：28-29.

[2] 王海珍.基于單片機的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計要點分析[J].數(shù)碼世界，2017（2）：32-32.

[3] 彭鐵牛.嵌入式實時操作系統(tǒng)在單片機上的開發(fā)應(yīng)用研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（3）：43-43.