嵌入式开发：嵌入式软件开发和编程

每天，人们都要面对和使用数十种设备，这些设备的功能依赖于微芯片和电路板，这些是带有内置软件的小工具，例如照相机、健身追踪器、咖啡机等。由于许多在生活的某些领域执行关键功能，因此在嵌入式开发中嵌入式软件仍然是一个热门话题。

如果你想找到一家可靠的嵌入式系统公司，可以提供软件开发服务来实现你对智能数字设备的想法，你需要了解有关嵌入式软件编程的基本事实。

介绍

首先，应该注意的是，我们安装在笔记本电脑或智能手机上的传统应用程序的开发不同于嵌入式软件的创建。桌面或web应用程序与运行它们的硬件是分离的，在这种情况下，应用程序开发人员的主要任务是实现确保软件功能的逻辑，而应用程序将安装在什么设备上并不重要。

相反，嵌入式软件与运行它的设备紧密相连，每一行内置代码都会在物理层面影响硬件，这就是为什么在企业软件开发公司工作的嵌入式开发人员必须能够阅读电子零件的电路、数据表和其他文档，了解硬件组件的特性及其相互联系。

简而言之，内置软件处理非计算机设备，必须根据其控制的硬件的物理要求和外部环境因素(例如湿度或压力)进行定制。

嵌入式系统定义

具有基于微芯片的可编程部件执行一个或多个预定义任务的现实世界设备称为嵌入式系统。

成分

各种系统可能具有与它们应该执行的任务和它们运行的外部要求相关的各种组成部分。在任何嵌入式系统中，都有两组必需的组件：硬件和软件。

硬件

这包括构成系统的所有物理部分：整体框架、中央处理器、执行器、存储设备、信号转换器、输入/输出设备、传感器、相机、扫描仪、调制解调器和其他外部设备。

软件

软件层处理从传感器和其他物理元素接收到的信息，并使系统工作，这可能包括硬件中嵌入的以下软件：固件、操作系统、驱动程序、中间件、带有界面的用户应用程序。

请注意，有些解决方案可以不使用中间件或操作系统，这完全取决于具体情况。

构建嵌入式系统，顶级软件开发公司首先要确定硬件部分，集成配置，然后根据这个配置开发软件，这意味着嵌入式开发团队应该由具有强大硬件工程技能的专家和软件编程专家组成。

系统类型

第一组根据系统独立性的级别进行区分：

独立——独立运行(例如，电子温度计)。

网络化——由于网络连接而运行，也称为物联网系统(例如，智能家居照明系统)。

第二组根据系统复杂程度进行区分：

小——使用非常少的电力资源并拥有原始软件。

中——具有需要更多资源的更复杂软件的解决方案。

复杂——执行复杂、关键功能的大型且棘手的解决方案。

第三组根据系统响应度进行区分:

实时——必须在有限的时间内执行任务，这一点至关重要(重症监护设备就是一个例子)。

非实时——没有响应限制。

特征

所有的嵌入式系统虽然功能不同，但都有一些共同的特征。

l 微处理器/微控制器是主要部件。

l 所有内置系统的特定任务功能意味着它们在整个生命周期中执行预先编程的重复功能。

l 使用特定的操作系统，或者没有它们也可以工作。

l 内置软件的解决方案面临资源挑战，这意味着它们被设计为在有限的硬件资源条件下运行。

l 高可靠性是确保嵌入式设备一致响应所需的必备特性。

一般开发流程

在嵌入式开发中，嵌入式软件开发人员应与硬件工程师密切合作，以创建成功的嵌入式解决方案。

联合设计

硬件工程师选择构建系统所需的组件，此时，软件开发人员会加入他们，以确保他们选择能够提供所需应用程序功能的正确部分。

设计回顾

电路图准备好后，开发人员与电路设计人员合作，确保所有信号和连接都正确无误，并按原计划工作。

硬件仿真

然后，开发人员创建一个测试模块或硬件仿真器，它将仿真信号，并允许你查看嵌入式软件的最低功能，这样，你可以快速迭代和开发单独的代码组件。

电路板测试

组装好电路板后，嵌入式系统设计人员会测试其主要功能，看它是否能通电、电路板是否能与外设正确通信、转换器中是否配置了正确的电压等。

驱动器组装

如果你的项目设备要连接任何外围设备或附件，则需要一组驱动程序。好的驱动程序是任何设备的支柱。每次需要添加外部组件(扫描仪、相机等)时，嵌入式开发人员最好花更多时间编写好的驱动程序而不是修改代码。

逻辑实现

开发过程的最后阶段是开发人员在代码中实现逻辑，使设备按照设计的方式进行操作。它们以硬件工程师准备的规范为指导。在这个阶段，设备应该开始工作，你只需要改进代码。当然，开发可能涉及多次原型迭代，并且对于每次迭代，你都需要改进代码。

嵌入式软件开发工具

要开发嵌入式软件，你需要选择一种编程语言、一个操作系统、一套特定的工具或者集成开发环境(IDE)。

操作系统

许多内置解决方案需要操作系统(OS)，它充当硬件驱动程序和应用程序逻辑之间的中介。此类解决方案中使用的大多数操作系统都是实时操作系统，这意味着它们可以即时处理信息，并在严格限定的时间内执行任务。RTOS是必须实时控制某些东西的设备的一个重要特征。

用于嵌入式解决方案的传统操作系统是开源 Linux。你还可以考虑 ThreadX、Windows 10 IoT，有时甚至是 Windows CE(但它已经过时了)。对于移动嵌入式解决方案，你可以选择 Android 操作系统。

语言

长期以来，开发内置软件的传统语言一直是汇编语言。今天，大多数嵌入式开发人员使用 C 系列语言 (C/C++/C#)，因为它们直观、快速且内存高效。

你还可以考虑使用 Java、JavaScript、Python 等高级编程语言来创建内置解决方案。

工具

开发人员还使用以下工具进行嵌入式工程：

用于编写源代码并将其保存为文本文件的编辑器。

用于将高级代码转换为低级代码的编译器。

用于将代码转换为机器可以理解的汇编程序。

用于测试代码的调试器。

用于将所有代码模块组合成一个连贯程序的链接器。

用于在现实条件下检查程序操作的仿真器。

集成开发环境

IDEs 是一种特殊的平台，它结合了所有必要的工具(调试器、编译器等)，非常方便并且节省了大量时间。

你应该注意的最流行的嵌入式解决方案集成开发环境是 Qt、PyCharm、MPLAB X、Eclipse、Arduino等等。

结论

嵌入式解决方案是电子行业的基础，也是我们日常生活的支柱。人们在制造、医疗保健、运输、商业、家庭和许多其他领域使用带有内置软件的设备，因此，在可预见的未来，对熟练的嵌入式开发人员的需求将会增长。