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知识路径： > 嵌入式系统软件基础知识 > 嵌入式系统程序设计 > 嵌入式软件开发基础知识 >
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被考次数：9次
被考频率：中频率
总体答错率：49%
知识难度系数： 
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相关知识点：7个
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嵌入式系统由硬件和软件组成，因此，在系统设计时，需要考虑哪些功能用硬件来实现，哪些功能用软件来实现。硬件实现的优点是速度快，缺点是芯片成本高，耗电量大，且需要占用额外的空间。软件实现的优点是灵活性高，如果算法发生了改变，那么修改软件是很容易的。例如，以TCP/IP协议栈的实现为例。几十年来，都是用软件来实现，因为这种方法为改变协议提供了灵活性。在台式机环境下，TCP/IP协议栈被绑定在操作系统中，这是可以接受的，因为桌面计算机有大量的内存和外存容量。不过，现在已经出现了TCP/IP协议栈的单芯片实现方案，这种方法极大地加速了协议的处理过程。它的另一个优点就是可以把它集成到嵌入式硬件中，从而使嵌入式系统具备网络功能。
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嵌入式应用的开发可以分为无操作系统和有操作系统两种情形。
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（1）无操作系统的情形。这种情形下，嵌入式软件的设计主要是以应用为核心，应用软件直接建立在硬件上，没有专门的操作系统，软件的规模也很小，基本上属于硬件的附属品。开发人员可以混合使用汇编语言和C语言，实现存储管理、输入／输出管理和任务管理等服务。这种方式的优点是：软件是为特定的应用而专门编写的，因而代码的结构紧凑，体积小、效率高，既提高了运行速度，又节省了存储空间。
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（2）有操作系统的情形。开发时首先将一个可用的嵌入式操作系统移植到目标处理器，当程序员在开发应用程序时，不是直接面对嵌入式硬件设备，而是在操作系统的基础上编写，操作系统会提供必要的API接口函数来实现各种功能。在这种情形下，开发人员不必操心存储管理、任务管理等一般性的事务，而是将精力集中在应用软件的开发上。因而开发速度更快，编写出来的代码更加可靠。这也是现在广泛采用的一种开发方法。
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一般来说，桌面应用软件的开发人员不必过多考虑代码优化的问题，因为处理器的功能强大，内存的容量也足够用，而且在响应时间上，即使有几秒钟的误差也不会带来显著的区别。但是在嵌入式系统中，存储器容量和执行时间通常是最主要的约束条件。尽管编译器会实现代码上的优化，但编程人员仍必须精心编写代码，并对代码进行优化，开发出运行速度快、存储空间少、维护成本低的软件。有时，为了达到系统所要求的响应时间，编程人员可能需要使用汇编语言来编写部分代码。
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在台式机环境下，一般都使用键盘和鼠标作为输入设备，显示器作为输出设备。但是在嵌入式系统中，不一定存在这些外设。事实上，大多数嵌入式系统的输入／输出功能是有限的。例如，只有小键盘（具有8个或12个功能键）可用于输入数据。在输出设备上，可能只有少量的LED，或每行8到12个字符且仅有两行的小型LCD显示器。而有些嵌入式系统根本就没有键盘或显示器这样的I/O设备来与用户进行交互。例如，在许多过程控制系统中，采用电信号来作为输入并产生电信号来作为输出。因此，开发、测试和调试这一类的系统更具有挑战性，必须采用特殊的程序来测试这些系统。
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总之，嵌入式软件的开发具有很大的挑战性，需要开发人员具有扎实的软、硬件基础，能灵活运用不同的开发手段和工具，具有较丰富的开发经验。如果要设计出可靠、稳定、高效的嵌入式软件，就必须综合考虑多种因素，如并发性、兼容性、实时性、层次性、可扩展性、有限的资源、多样性和可读性等。
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