12第12章电子教案.ppt

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1、第第12章章 嵌入式系统软件技术嵌入式系统软件技术 学习目标u了解嵌入式系统的基本知识与应用u掌握嵌入式系统的基本开发过程u了解嵌入式系统的测试与调试方法1第第12章章 嵌入式系统软件技术嵌入式系统软件技术 教学内容 12.1 嵌入式系统的基础知识 12.2 嵌入式系统开发过程 12.3 嵌入式软件的测试 12.4 嵌入式系统的调试 本章小结 返回总目录212.1 12.1 嵌入式系统的基础知识嵌入式系统的基础知识主要教学内容：12.1.1 嵌入式系统的定义 12.1.2 嵌入式系统的特点 12.1.3 嵌入式系统的应用 返回目录312.1 12.1 嵌入式系统的基础知识嵌入式系统的基础知识返

2、回目录12.1.1 嵌入式系统的定义 一般的定义为：嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统通常由几大部分组成：u嵌入式处理器u外围设备u嵌入式操作系统u应用软件 412.1 12.1 嵌入式系统的基础知识嵌入式系统的基础知识12.1.2 嵌入式系统的特点（1）是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。（2）通常是面向特定应用的，一般都有实时要求。（3）与具体应用相结合，它的升级换代与具体产品同步进行。（4）硬件和软件设计要求高效率，在保证稳定、安全、可靠的基础上裁剪

3、，去除冗余，力争实现更高的性能，最大限度地降低应用成本。（5）常常要求减小功耗。一方面是为了省电，另一方面是要减少发热量。512.1 12.1 嵌入式系统的基础知识嵌入式系统的基础知识（6）特别重要的是可靠性与稳定性，所以即使逻辑上的系统结构相同，在物理组成上也会有所不同。（7）所提供的功能以及面对的应用和过程都是预知的、相对固定的，不像通用计算机有很大的随意性。在可编程方面对灵活性要求不高。（8）大多数嵌入式系统有实时要求，对外部事件要迅速做出反应。（9）嵌入式系统本身不具备自举开发能力。（10）嵌入式系统开发人员却往往是各个应用领域中的专家，这就要求嵌入式系统所支持的开发工具易学、易用、可

4、靠、高效。返回目录612.1 12.1 嵌入式系统的基础知识嵌入式系统的基础知识 12.1.3 嵌入式系统的应用 嵌入式系统主要用于各种信号处理与控制，用于企业、军队、办公室、实验室及个人家庭等各种场所。已在国防、国民经济及社会生活各领域普及应用。目前，嵌入式系统应用比较热门的有以下几种：1IP电话 IP电话把电话网和Internet结合成一个功能强大的通信网络，它在IP网络上实时传输被压缩的语音信息。712.1 12.1 嵌入式系统的基础知识嵌入式系统的基础知识2机顶盒STB（Set Top Box）它是和电视机结合使用的一个盒子，能提供通过电视机直接上网的功能。它简单易用，是专门为那些不是

5、很了解电脑的人设计的。3个人数字助理PDA 目前市面上已经出现基于Linux的PDA，它具有网络、多媒体等强大的功能。PDA手机成为新的热点。嵌入式系统的应用越来越广泛，在信息家电中的应用，是对嵌入式系统概念和应用范围的一个变革。返回目录812.2 12.2 嵌入式系统开发过程嵌入式系统开发过程 主要教学内容：12.2.1 嵌入式软件的开发特点 12.2.2 嵌入式软件的开发过程 返回目录912.2 12.2 嵌入式系统开发过程嵌入式系统开发过程12.2.1 嵌入式软件的开发特点1需要特定的开发环境 使用交叉开发环境。交叉开发环境是指实现编译、链接和调试应用程序代码的环境。2任务是基本的执行单

6、元 嵌入式应用系统引入任务设计方法，以任务作为基本的执行单元。嵌入式系统的设计通常采用DARTS（Design and Analysis of Real-Time System）设计方法进行任务的设计。DARTS给出了系统任务划分的方法和定义任务间接口的机制。1012.2 12.2 嵌入式系统开发过程嵌入式系统开发过程3程序需要固化 应用软件在目标环境下必须存储在非易失性存储器中，保证用户用完关机后确保下次的使用。所以应用软件在开发完成以后，应生成固化版本，烧写在目标环境Flash中运行。4软件开发难度大 嵌入式应用软件对稳定性、可靠性、抗干扰性等性能的要求都比通用软件的要求更为严格和苛刻。因

7、此，嵌入式软件开发的难度加大。返回目录1112.2 12.2 嵌入式系统开发过程嵌入式系统开发过程12.2.2 嵌入式软件的开发过程 整个开发过程可分为需求分析阶段、设计阶段、生成代码阶段和固化阶段。1需求分析阶段主要包括以下3个方面：（1）对问题的识别和分析（2）制订规格说明文档（3）需求评审 1212.2 12.2 嵌入式系统开发过程嵌入式系统开发过程2设计阶段 设计阶段包括系统设计、任务设计和任务的详细设计。系统设计阶段将系统划分为多个并发执行的任务，各个任务允许并发执行，通过相互间通信建立联系。在嵌入式软件开发中引入DARTS的设计方法。DARTS设计方法的设计步骤主要有以下几步：（1

8、）数据流分析（2）划分任务（3）定义任务间的接口1312.2 12.2 嵌入式系统开发过程嵌入式系统开发过程 有了划分好的任务及已定义好的任务间的接口后，就可以开始任务的详细设计。详细设计的主要工作是确定每个任务的结构。画出每个任务的数据流图，使用结构化设计方法，从数据流图导出任务的模块结构图，并定义各模块的接口。之后，进行每个模块的详细设计，给出每个模块的程序流程图。1412.2 12.2 嵌入式系统开发过程嵌入式系统开发过程3生成代码阶段（1）代码编程（2）交叉编译和链接（3）交叉调试（4）测试4固化阶段 嵌入式软件大多要在目标环境的非易失性的存储器（如Flash）中运行。程序需要写到Fl

9、ash中固化。返回目录1512.3 嵌入式软件的测试嵌入式软件的测试 主要教学内容：12.3.1 嵌入式软件的测试方法 12.3.2 嵌入式软件的测试策略 12.3.3 嵌入式软件的测试工具 返回目录1612.3 嵌入式软件的测试嵌入式软件的测试12.3.1 嵌入式软件的测试方法 嵌入式软件测试在4个阶段上进行，即单元测试、集成测试、系统测试、硬件/软件集成测试。硬件/软件集成测试阶段是嵌入式软件所特有的，目的是验证嵌入式软件与其所控制的硬件设备能否正确地交互。1白盒测试与黑盒测试 白盒测试在开发环境中通过硬件仿真进行，选取的测试工具应该支持在宿主机环境中的测试。黑盒测试时，要把系统的预期用途

10、作为重要依据，根据需求中对负载、定时、性能的要求，判断软件是否满足这些需求规格。还要检验软硬件之间的接口，检查软件失效过程。1712.3 嵌入式软件的测试嵌入式软件的测试2目标机环境测试和宿主机环境测试 在嵌入式软件测试中，常常要在基于目标机的测试和基于宿主机的测试之间做出折衷。基于目标机的测试消耗较多的经费和时间，而基于宿主机的测试代价较小，但毕竟是在模拟环境中进行的。目前的趋势是把更多的测试转移到宿主机环境中进行，但是目标环境的复杂性和独特性不可能完全模拟。在两个环境中可能出现不同的软件缺陷，所以对目标机环境和宿主机环境的测试内容要有所选择。返回目录1812.3.2 嵌入式软件的测试策略嵌

11、入式软件的测试策略 12.3.2 嵌入式软件的测试策略 嵌入式软件测试或叫交叉测试（cross-test），在测试的各个阶段有着通用的策略：（1）使用测试工具的插装功能（主机环境）执行静态测试分析，并且为动态覆盖测试准备插装好的软件代码。（2）使用源码在主机环境执行功能测试，修正软件的错误和测试脚本中的错误。（3）使用插装后的软件代码执行覆盖率测试，添加测试用例或修正软件的错误，保证达到所要求的覆盖率目标。（4）在目标环境下重复（2），确认软件在目标环境中执行测试的正确性。（5）若测试需要达到极端的完整性，最好在目标系统上重复（3），确定软件的覆盖率没有改变。返回目录1912.3.2 嵌入式软

12、件的测试策略嵌入式软件的测试策略 1单元测试 所有单元级测试都可以在宿主机环境上进行，除非少数情况，特别具体指定了单元测试直接在目标机环境进行。当在宿主机平台完成测试时，就可以在目标机环境上重复做一次简单的确认测试。在目标环境上进行确认测试可能发现一些未知的、未预料到的、未说明的主机与目标机的不同结果。2012.3.2 嵌入式软件的测试策略嵌入式软件的测试策略2集成测试 软件集成可在宿主机环境上完成，在宿主机平台上模拟目标环境运行。当然在目标环境上重复测试也是必须的，在此级别上的确认测试将确定一些环境上的问题，比如内存定位和分配上的一些错误。在宿主机环境上进行的集成测试，依赖于目标系统的具体功

13、能数目。有些嵌入式系统与目标机环境耦合的非常紧密，若在宿主机环境上做集成是不切实际的。2112.3.2 嵌入式软件的测试策略嵌入式软件的测试策略3系统测试和确认测试 所有的系统测试和确认测试必须在目标环境下执行。当然在主机上开发和执行系统测试，然后移植到目标环境重复执行是很方便的。确认测试最终的实施舞台必须在目标环境中，系统的确认必须在真实系统之下测试，而不能在主机环境下模拟。这关系到嵌入式软件的最终使用。使用有效的cross-test测试策略可极大地提高嵌入式软件开发测试的水平和效率，提高嵌入式软件的质量。返回目录2212.3.3 嵌入式软件的测试工具嵌入式软件的测试工具 12.3.3 嵌入

14、式软件的测试工具 几类比较有用的有关嵌入式软件的测试工具：1、内存分析工具 用来处理在动态内存分配中存在的缺陷。当动态内存被错误地分配后，通常难以再现，可能导致的失效难以追踪。使用内存分析工具可以避免这类缺陷进入功能测试阶段。2、性能分析工具 性能分析工具会提供有关的数据，根据这些数据，确定哪些例程消耗部分执行时间，从而可以决定如何优化软件，获得更好的时间性能。返回目录2312.3.3 嵌入式软件的测试工具嵌入式软件的测试工具3、GUI测试工具 GUI测试工具可以作为脚本工具在开发环境中运行测试用例，其功能包括对操作的记录和回放、抓取屏幕显示供以后分析和比较、设置和管理测试过程。4、覆盖分析工

15、具 在白盒测试时，可以使用代码覆盖分析工具追踪哪些代码被执行过。分析过程可以通过插装来完成，插装可以是在测试环境中嵌入硬件，也可以是在可执行代码中加入软件，也可以是二者相结合。以上测试工具，都可以通过各自的方式在宿主机和目标机上移植，从而使嵌入式软件的测试能更方便地进行。返回目录2412.4 嵌入式系统的调试嵌入式系统的调试 主要教学内容：12.4.1 嵌入式系统的调试方式 12.4.2 嵌入式系统的调试方法 返回目录2512.4 嵌入式系统的调试嵌入式系统的调试12.4.1 嵌入式系统的调试方式1、源程序模拟器方式 源程序模拟器（Simulator）是在PC机上，通过软件手段模拟执行某种嵌入

16、式处理器编写的源程序的测试工具。2、监控器方式 进行监控器(Monitor)调试需要目标机与宿主机协调。首先在宿主机和目标机之间建立物理上的连接，建立起了目标机和宿主机的物理通道。然后建立宿主机与目标机的逻辑连接。2612.4 嵌入式系统的调试嵌入式系统的调试3、仿真器方式（Emulator）使用处理器内嵌的调试模块接管中断及异常处理。用户通过设置CPU内部的寄存器来指定哪些中断或异常发生后处理器直接进入调试状态，被调试的程序暂时停止运行，宿主机的调试器通过微处理器外部特设的通信口访问各种寄存器、存储器资源并执行相应的调试指令。仿真器调试方式避免了监控器方式的许多不足。它在调试过程中不需要对目

17、标操作系统进行修改，没有引入监控器，使系统能够调试目标操作系统的启动过程。返回目录2712.4 嵌入式系统的调试嵌入式系统的调试12.4.2 嵌入式系统的调试方法 嵌入式系统有软件调试和硬件调试两种调试方法。软件调试使用软件调试器调试嵌入式系统软件，硬件调试使用仿真调试器协助调试过程。就操作系统调试的层次而言，有时需要调试嵌入式操作系统的内核，有时需要调试嵌入式操作系统的应用程序。嵌入式系统的调试需要目标运行平台和调试器两方面的支持。返回目录2812.4 嵌入式系统的调试嵌入式系统的调试1硬件调试 硬件调试的原理一般是通过仿真硬件的真正执行过程，让开发者在调试过程中可以实时获得执行情况。使用硬

18、件调试器，可以获得比软件功能强大得多的调试性能。2、软件调试 软件调试包括操作系统内核的调试和应用程序的调试。应用程序的调试可以借助于本地调试器和远程调试器两种中介来完成。返回目录29本本 章章 小小 结结u嵌入式系统在日常生活中应用很广泛。一般的定义为：嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。u嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成。u嵌入式软件的开发需要特定的开发环境。应用系统以任务作为基本的执行单元。应用软件在开发完成以后，应生成固化版本，烧写在目标环境的Flash中运行。嵌入式软件开发的难度比较大。30本本 章章 小小 结结u嵌入式软件的整个开发过程可分为需求分析阶段、设计阶段、生成代码阶段和固化阶段。u嵌入式软件测试阶段包括单元测试、集成测试、系统测试、硬件/软件集成测试。u嵌入式软件是最难测试的一种软件。辅助嵌入式软件测试的工具常用的有内存分析工具、性能分析工具、GUI测试工具和覆盖分析工具。u嵌入式系统的调试方式有：源程序模拟器方式、监控器方式、仿真器方式。u嵌入式系统有软件调试和硬件调试两种调试方法。返回目录31