嵌入式系统集成开发平台的设计与实现

0引言

嵌入系统开发已经趋于规范化，但是嵌入式系统的开发并不像在普通PC机上进行软件开发那样容易，它同样需要一个高度集成的开发平台，来降低开发的难度。目前市场上的嵌入式系统集成开发平台特点是： （ 1）多数嵌入式系统集成开发平台都是以Windows为系统环境，很少有以Linux为系统环境的；（ 2）部分集成开发平台具有一定的开放性，许多功能作为插件供用户选择； （ 3）多数集成开发平台通用性较差，仅支持一个或者几个系列的微处理器； （ 4）目前嵌入式系统集成开发平台产品大都价格昂贵； （ 5）很少有集成开发平台集成有图形模块支持的功能。

为了解决其它嵌入式集成开发平台的缺点，本文研究了嵌入式系统可视化集成开发平台，ESGIDE （ Embedded system graphical integrated development environment），其最大特点是具有图形化人机交互功能和ARM CPU工作方式自动初始化。所谓图形化人机交互，是指把将要裁剪和配置的系统级软件（比如bootloader、kernel、通用I /O输入、输出等）化整为零，封装成不同功能的形象化图形模块，开发者根据自己开发的系统需要，选择不同图形模块，动态生成bootloader、kernel、I /O等系统级的源代码，不需要开发者自己输入，这大大简化了开发步骤，减轻了程序员的负担，减少了操作的复杂度，提高了开发效率。另一方面，ARM系列CPU应用比较广泛，不同型号的CPU在开发时需要对使用的内部资源进行初始化。传统的做法是开发者确定工作方式，确定工作方式字，然后手动编程。我们采用开发模式是：以定时器应用为例，将定时器的个数，工作方式确定，时钟频率的确定，是否允许中断等编写成对话框模式，开发者只要选中其中的方式，初始化控制字自动生成，编写代码自动生成，同样大大简化了开发步骤，减轻了程序员的负担。

面向对象技术是当前实现软件模块化、提高软件复用性最优的方法，现在成为计算机领域中的一种主流技术，本文提出利用面向对象的技术来设计一种嵌入式软件IDE，对嵌入式软件开发中的各个对象的类进行分析与设计，架构一个通用的开发模型，根据硬件配置自动产生基本的系统软件方案。只需要系统中的每个对象类的属性及其操作设置，自动搭建交叉编译环境，降低操作系统裁减和移植的难度，产生驱动程序的基本框架。开发人员只需要配置好各个模块的基本信息，将更多精力集中在系统的应用上。

1嵌入式软件的开发流程

与常见的PC和服务器软件不同，嵌入式软件主要是对设备内部各部分的运行进行协调，并不与设备使用者发生直接接触。PC和服务器软件的运行环境是标准化的，而嵌入式软件的运行环境随电子设备的不同而改变，必须针对不同的电子产品进行专门的设计、开发和优化。由于嵌入式Linux操作系统在嵌入式开发中占据了主流，因此本文围绕针对移植有Linux操作系统的嵌入式开发流程进行讨论。

典型的基于嵌入式Linux操作系统的嵌入式软件开发流程如下［1］：（ 1）获取硬件系统的信息：如选取的微处理器体系，Flash型号、网卡型号及其他外设的信息等；（ 2）建立交叉编译工具：一般的GCC工具都是针对X86体系的，为了能够生产目标板执行的代码必须建立交叉编译工具；（ 3）开发Bootloader：建立启动系统的主引导程序；（ 4）移植Linux内核：如基于Linux2.6内核移植；（ 5）开发一个根文件系统：如rootfs的制作；（ 6）开发特定硬件的驱动程序：如LCD，Keypad等；（ 7）开发上层的应用程序：如QT GUI开发。

对于开发过程的各个环节，有的提供了辅助的开发工具，有的需要完全依赖经验手工从底层开发，嵌入式软件开发依然停留在手工作坊式的方式，很难做到工程化管理。本文所设计的IDE将涵盖整个开发的各个重要环节，力求最大程度上降低开发难度，在集成化开发环境里完成主要工作。

2 IDE面向对象的分析与设计

对于运行嵌入式Linux操作系统的系统，根据其开发流程，利用面向对象技术分析设计出6个基本的大类，并给出对象之间的协作关系图，如图1、图2所示。这几个大类贯穿了嵌入式软件开发的重要环节。

图1嵌入式软件IDE基本类

图2基本对象类的协作图

硬件系统信息类，承载了硬件系统的描述信息，比如选取何种体系的微处理器，处理器的工作频率设置，采用何种启动方式，是NandFlash，还是NorFlash或者EPROM等，用户通过设定这些参数，其他对象将获取其中的信息进行配置。

嵌入式开发需要交叉编译，Linux环境下一般就是采用开源Gcc系列进行配置，环境搭建类管理交叉编译链的源代码，根据体系架构的信息自动生成运行脚本