嵌入式软件架构-Toy模板网

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嵌入式软件架构设计意图通常伴随着基于个人经验的假设。软件开发人员可能会从资源受限的基于微控制器的系统的角度来看待架构设计。系统人员可能会从应用处理器的角度考虑架构。如何设计架构将取决于系统的嵌入式软件分类。

我们可以通过多种不同的方式对嵌入式软件进行分类。我发现有五种简单的嵌入式软件分类可以帮助我调整视角以最好地理解手头的系统。

让我们探索 5 个简单的嵌入式软件分类，您需要了解这些分类才能成功地交流和设计您的系统。

1 嵌入式软件分类 – BAREMETAL

裸机嵌入式系统利用不依赖于操作系统的软件架构。通常，裸机架构将是事件驱动的，严重依赖状态机，和/或使用非常简单的协作任务调度。开发人员需要非常了解底层处理器，因为没有操作系统可以抽象出底层细节。

您通常会在资源受限的设备（例如 8 位、16 位和一些 32 位微控制器）上找到裸机软件设计。但是，资源可用性不是裸机系统的限制条件。您可以设计一个裸机架构并为任何嵌入式处理器实现它。不幸的是，处理器越复杂，实现就越复杂。

对于功能有限、使用资源受限的微控制器、具有严格的实时要求以及对可扩展性的最低要求的产品，建议使用裸机架构和实现。

2 嵌入式软件分类 – 实时操作系统 (RTOS)

使用实时操作系统的嵌入式软件体系结构在过去几年中急剧增加。基于 RTOS 的嵌入式系统通常具有比裸机架构更复杂的时序要求。RTOS 抽象出一些低级细节，例如任务调度，同时还为开发人员提供任务同步（信号量和标志）、数据保护（互斥量）和通信（队列）的工具。

您通常会在 32 位微控制器和小型应用处理器上找到 RTOS 软件设计。虽然您可能会在 16 位处理器上找到它们，但 RTOS 通常需要至少 24 KB 的闪存和 32 KB 的 RAM 才能有效使用。这些要求对 RTOS 的有效使用设置了下限。

RTOS 会给设计增加额外的复杂性，主要是在使用抢占式任务调度时。如果设计者不小心，就有可能导致线程饥饿、创建优先级倒置甚至死锁。但是，RTOS 可以为您提供快速扩展系统、提高可维护性以及收集比裸机系统更复杂的系统性能的能力。

对于具有复杂时序要求、使用现代微控制器、受益于多任务处理以及需要扩展或重用应用程序部分的产品，建议使用基于 RTOS 的架构和实现。

3 嵌入式软件分类 – “通用”操作系统

当使用足够复杂的处理器（如应用程序处理器）时，嵌入式软件架构可以利用整个操作系统。例如，嵌入式 Linux 可以被认为是一个完整的操作系统。我不将 RTOS 归入此类别，因为 RTOS 与嵌入式 Linux 不同，它是一种专用的、资源受限的操作系统，。设计人员可以像开发桌面或移动应用程序那样完全访问库和操作系统资源。

您通常会在 Raspberry Pi 等 32 位应用程序处理器上找到这种操作系统软件设计。然而，这些处理器非常复杂，需要一个操作系统来管理它们的所有资源。现在，这并不意味着您不能使用裸机或使用 RTOS；它只是意味着复杂性和开发时间急剧增加。

完整的操作系统可以消除开发人员的内存限制负担。此外，您通常可以让非嵌入式软件人员参与进来。对于基于操作系统构建的应用程序，软件开发涉及的专业化知识要少得多。

对于没有严格实时要求、使用现代微处理器、受益于高级抽象以及需要扩展或重用应用程序部分的产品，建议使用完整的操作系统架构和实现。