嵌入式開發(fā)的設(shè)計(jì)模式及發(fā)展趨勢(shì)

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，單片機(jī)品種不斷增多，功能不斷增強(qiáng)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，開發(fā)時(shí)間（Time to Market）要求越來(lái)越短。為了節(jié)省時(shí)間，嵌入式微處理器在16位和32位應(yīng)用場(chǎng)合得到使用，大量的微機(jī)程序可直接引用。

　　在軟件開發(fā)上，由匯編語(yǔ)言編程、高級(jí)語(yǔ)言C語(yǔ)言編程，轉(zhuǎn)向在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time Operating System，簡(jiǎn)稱RTOS）之上編程。

　　在硬件設(shè)計(jì)上，由使用分立元件和微機(jī)接口芯片轉(zhuǎn)向更加集成化的設(shè)計(jì)模式——CPU+PLD+AD/DA。

　　CPU即 MCU或MPU， PLD即可編程邏輯器件。模數(shù)混合的集成電路很難設(shè)計(jì)生產(chǎn)，現(xiàn)階段AD/DA即模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器等模擬電路還采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。PLD芯片可以在系統(tǒng)編程ISP（In System Programming），硬件已經(jīng)軟化，隨時(shí)可以進(jìn)行修改。

　　1999年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和許多產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)已采用這種設(shè)計(jì)模式。為進(jìn)一步縮短開發(fā)時(shí)間、加強(qiáng)管理，平臺(tái)觀念已逐步引入到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程中。從隨意性開發(fā)轉(zhuǎn)向平臺(tái)開發(fā)模式是嵌入式應(yīng)用軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　軟件開發(fā)

　　單片機(jī)生產(chǎn)廠家不斷增多，單片機(jī)品種層出不窮。單片機(jī)廣泛選擇是當(dāng)今產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。每個(gè)單片機(jī)系列的指令系統(tǒng)不同，與指令系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的匯編助記符就不同。匯編語(yǔ)言的不兼容性使得在一種單片機(jī)上編制的程序，在另一種單片機(jī)上不能運(yùn)行，單片機(jī)重新選型后程序必須重新編制。匯編語(yǔ)言的難記、難讀及易搞混，每個(gè)匯編程序員深有同感。自己編制的程序過(guò)一段時(shí)間修改時(shí)，往往要重讀很大部分，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間回憶才能找到問(wèn)題所在。修改別人留下的匯編源程序，若程序的注釋說(shuō)明不詳細(xì)、程序的思路不清晰、子程序使用不夠多的話，還不如自己重新編制。

　　用C語(yǔ)言編程是單片機(jī)軟件開發(fā)的必然趨勢(shì)。C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。 C語(yǔ)言有功能豐富的庫(kù)函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、可移植性好，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)硬件的控制。C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　采用C語(yǔ)言也不必對(duì)單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，編譯器可以自動(dòng)完成變量存儲(chǔ)單元的分配，編程者專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計(jì)即可，這樣大大加快了軟件的開發(fā)速度。采用C語(yǔ)言可以很容易地進(jìn)行單片機(jī)的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機(jī)的重新選型。

　　采用C語(yǔ)言，可針對(duì)單片機(jī)常用的接口芯片編制通用的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，針對(duì)常用的功能模塊、算法等編制相應(yīng)的函數(shù)。這些函數(shù)經(jīng)過(guò)歸納整理可形成專家?guī)旌瘮?shù)，供廣大的單片機(jī)愛好者使用、完善，這樣可大大提高國(guó)內(nèi)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)水平。C語(yǔ)言可讀性的特點(diǎn)，更容易使大家借鑒前人的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高自己的軟件設(shè)計(jì)水平。

　　對(duì)于C語(yǔ)言生成代碼的時(shí)空效率，一般來(lái)講，程序代碼長(zhǎng)度增加20%，程序執(zhí)行速度約減慢20%。這在片內(nèi)程序存儲(chǔ)器不斷擴(kuò)大、晶振頻率不斷提高的今天，已不是主要考慮的問(wèn)題。

　　況且，這是和優(yōu)秀的匯編程序員編制代碼的比較。當(dāng)然，非常注重代碼效率的場(chǎng)合可以是以C語(yǔ)言為主，匯編語(yǔ)言為輔。匯編語(yǔ)言掌握到只要可以讀懂程序，在時(shí)間要求比較嚴(yán)格的模塊中進(jìn)行程序的優(yōu)化即可。在可移植性方面，單片機(jī)C語(yǔ)言都符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)，差別主要是有關(guān)片內(nèi)資源的不同配置及使用，這可以通過(guò)采用不同的頭文件，經(jīng)過(guò)少量的加工就可以實(shí)現(xiàn)。

　　隨著國(guó)內(nèi)單片機(jī)開發(fā)工具研制水平的提高，現(xiàn)在的單片機(jī)仿真器普遍支持C語(yǔ)言程序調(diào)試，為單片機(jī)編程使用C語(yǔ)言提供了便利的條件。單片機(jī)的C語(yǔ)言相對(duì)微機(jī)的C語(yǔ)言要好學(xué)得多，它沒有微機(jī) C語(yǔ)言有關(guān)文件的使用，也不必掌握標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備有關(guān)的格式要求。