嵌入式軟件是嵌入在硬件中的操作系統(tǒng)和開發(fā)工具軟件，它在產(chǎn)業(yè)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系體現(xiàn)為：芯片設(shè)計制造，嵌入式系統(tǒng)軟件，嵌入式電子設(shè)備開發(fā)、制造。

　　(1)嵌入式軟件具有獨(dú)特的實用性。嵌入式軟件是為嵌入式系統(tǒng)服務(wù)的，這就要求它與外部硬件和設(shè)備聯(lián)系緊密。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，嵌入式軟件是根據(jù)應(yīng)用需求定向開發(fā)，因此每種嵌入式軟件都有自己獨(dú)特的應(yīng)用性和實用價值。

　　(2)嵌入式軟件應(yīng)有靈活的適用性。嵌入式軟件通常可以認(rèn)為是一種模塊化軟件，它能非常方便靈活的運(yùn)用到各種嵌入式系統(tǒng)中，而不能破壞或更改原有的系統(tǒng)特性和功能。使用靈活，配置優(yōu)化，升級更換靈活方便。

　　(3)嵌入式軟件具有較高的安全性。為單一嵌入式設(shè)備開發(fā)病毒和木馬比較得不償失，開發(fā)難度也較大。

　　(4)嵌入式軟件具有可靠的小巧性。嵌入式軟件嵌入在ROM、RAM和／或FI。ASH存儲器中，而不是存貯于磁盤等載體中。要求軟件小巧，占用資源少，軟件代碼緊湊，可靠。

　　按軟件實現(xiàn)功能劃分，嵌入式軟件通常可以分為以下3大類。

　　1．嵌入式應(yīng)用軟件

　　這類軟件是專門針對特定應(yīng)用領(lǐng)域的計算機(jī)軟件。嵌入式應(yīng)用軟件和普通應(yīng)用軟件有一定的區(qū)別，它不僅要求其準(zhǔn)確性、安全性和穩(wěn)定性等方面能夠滿足實際應(yīng)用的需要，還要盡可能地對其進(jìn)行優(yōu)化，以減少對系統(tǒng)資源的消耗，降低硬件成本。

　　2．嵌入式系統(tǒng)軟件

　　控制和管理嵌入式系統(tǒng)資源，為嵌入式應(yīng)用軟件提供各種軟件支持，如設(shè)備驅(qū)動程序、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式中間件(協(xié)議層軟件)等。

　　3．嵌入式支撐軟件

　　幫助和支持軟件開發(fā)的工具軟件，如嵌入式移動數(shù)據(jù)庫、嵌入式Web、SNMP代理、系統(tǒng)分析設(shè)計工具、在線仿真工具、交叉編譯器、源程序模擬器和工程管理工具等。

　　需要明確的是，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件都是運(yùn)行在嵌入式硬件設(shè)備上的，即最終運(yùn)行

　　在目標(biāo)平臺上，而支撐軟件大部分都是運(yùn)行在開發(fā)平臺(通常是運(yùn)行Windows或者Linux操作系統(tǒng)的PC)上，為開發(fā)人員提供各種應(yīng)用開發(fā)庫、板級支持包(Board Support Packet，BSP)、標(biāo)準(zhǔn)的軟件構(gòu)件以及開發(fā)、調(diào)試的幫助軟件。

　　1．無操作系統(tǒng)的情形

　　早期的嵌入式系統(tǒng)硬件配置比較低，主要應(yīng)用在控制領(lǐng)域，基本不需要系統(tǒng)軟件的支持。所以早期嵌入式軟件的設(shè)計以應(yīng)用為核心，應(yīng)用軟件直接建立在硬件上，規(guī)模也很小，沒有專門的操作系統(tǒng)，基本上屬于硬件的附屬品。無操作系統(tǒng)嵌入式軟件的具體實現(xiàn)方式主要有兩種：循環(huán)輪換和前后臺系統(tǒng)。

　　1)循環(huán)輪換

　　循環(huán)輪換方式的基本思路是：把系統(tǒng)的功能分解為若干個不同的任務(wù)，然后把它們包含在一個永不結(jié)束的循環(huán)語句當(dāng)中，按照順序逐一執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行完一輪循環(huán)后，又回到循環(huán)體的開頭重新執(zhí)行。

　　循環(huán)輪換方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單、直觀、開銷小、可預(yù)測。軟件的開發(fā)就是一個典型的基于過程的程序設(shè)計問題，可以按照自頂向下、逐步求精的方式，將系統(tǒng)要完成的功能逐級劃分成若干個小的功能模塊，像搭積木一樣搭起來。由于整個系統(tǒng)只有一條執(zhí)行流程和一個地址空間，不需要任務(wù)之間的調(diào)度和切換，因此系統(tǒng)的管理開銷很少。而且由于程序的代碼固定，函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系也是明確的，故整個系統(tǒng)的執(zhí)行過程可預(yù)測，這對于一些實時控制系統(tǒng)來說非常重要。

　　循環(huán)輪換方式的缺點(diǎn)是過于簡單，所有的代碼都必須按部就班地順序執(zhí)行，無法處理異步事件，缺乏并行處理的能力。而在現(xiàn)實世界當(dāng)中，事件都是異步并行出現(xiàn)的，而且有些事件比較緊急，當(dāng)它們發(fā)生時，必須馬上進(jìn)行處理，不能等到下一輪循環(huán)。另外，這種方案沒有硬件上的時間控制機(jī)制，無法實現(xiàn)定時功能。

　　2)前后臺系統(tǒng)

　　前后臺系統(tǒng)就是在循環(huán)輪換方式的基礎(chǔ)上，增加了中斷處理功能。中斷服務(wù)程序構(gòu)成前臺程序，負(fù)責(zé)處理異步事件，稱為事件處理級程序。后臺程序一般是一個無限的循環(huán)，負(fù)責(zé)掌管整個嵌入式系統(tǒng)軟、硬件資源的分配、管理以及任務(wù)調(diào)度，是一個系統(tǒng)管理調(diào)度程序，稱為任務(wù)級程序。在系統(tǒng)運(yùn)行時，后臺程序會檢查每個任務(wù)是否具備運(yùn)行條件，通過一定的調(diào)度算法來完成相應(yīng)的操作。而對于實時性要求特別嚴(yán)格的操作通常由中斷來完成。為了提高系統(tǒng)性能，大多數(shù)中斷服務(wù)程序只做一些最基本的操作，其余的事情會延遲到后臺程序去完成，這樣就不會因為在中斷服務(wù)程序中耽誤太長時間而影響到后續(xù)和其他中斷。實際上，前后臺系統(tǒng)的實時性比預(yù)計要差。這是因為前后臺系統(tǒng)認(rèn)為所有任務(wù)具有相同的優(yōu)先級別，即是平等的，而且任務(wù)的執(zhí)行又是通過先進(jìn)先出的隊列排隊，因而對那些實時性要求很高的任務(wù)不能立刻進(jìn)行處理。

　　2．有操作系統(tǒng)的情形

　　利用操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序的開發(fā)不是直接面對嵌入式硬件設(shè)備，而是在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編寫，易于實現(xiàn)功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用。

　　這種方式可以提高系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)應(yīng)用程序產(chǎn)生異常、出錯，甚至死循環(huán)時，在嵌人式操作系統(tǒng)的管理下，只會引起系統(tǒng)中的某一個進(jìn)程被破壞，可通過系統(tǒng)的監(jiān)控進(jìn)程對其進(jìn)行修復(fù)。在嵌入式操作系統(tǒng)環(huán)境下，開發(fā)應(yīng)用程序具有很大的靈活性，操作系統(tǒng)本身可以裁減外設(shè)，相關(guān)應(yīng)用也可以配置，軟件可以在不同的應(yīng)用環(huán)境、處理器芯片之間移植。同時，一個復(fù)雜的應(yīng)用程序可分解為多個任務(wù)模塊，每個任務(wù)模塊的調(diào)試、修改幾乎不影響其他模塊，任務(wù)模塊可復(fù)用，大大提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率。

　　嵌入式軟件開發(fā)的過程主要包括三個步驟：生成、調(diào)試和固化運(yùn)行。

　　1．嵌入式軟件的生成

　　·源代碼程序的編寫；

　　·編譯成各個目標(biāo)模塊；

　　·鏈接成可供下載調(diào)試或固化的目標(biāo)程序。

　　2．嵌入式軟件的調(diào)試

　　嵌入式軟件的調(diào)試是通過交叉調(diào)試器來完成的，調(diào)試完成后還需進(jìn)行必要的測試工作。交叉調(diào)試器是指調(diào)試程序和被調(diào)試程序運(yùn)行在不同機(jī)器上的調(diào)試器，調(diào)試器通過某種方式能控制目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行方式，通過調(diào)試器能查看和修改目標(biāo)機(jī)上的內(nèi)存、寄存器以及被調(diào)試程序中的變量等。主要的交叉調(diào)試方式有以下幾種。

　　(1)Crash and Burn

　　(2)ROM Monitor

　　這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：

　　·提高調(diào)試程序的效率，縮短開發(fā)周期，降低成本；

　　·簡單、方便；

　　·可擴(kuò)展性強(qiáng)，可支持許多高級調(diào)試功能；

　　·成本低廉，不需專門的調(diào)試硬件支持；

　　·幾乎所有的交叉調(diào)試器都支持這種方式。

　　缺點(diǎn)是：

　　·Debug Monitor需要用Crashand Burn方法開發(fā)；

　　·當(dāng)ROM Monitor占用CPU時，應(yīng)用程序不響應(yīng)外部的中斷，因此不便調(diào)試有時間特性的程序；

　　·ROM Monitor要占用目標(biāo)機(jī)一定數(shù)量的資源，如CPU、RAM、ROM和通信設(shè)備等資源；

　　·調(diào)試環(huán)境不同于實際目標(biāo)環(huán)境。

　　(3)ROM Emulator

　　ROM Emulator是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上的ROM芯片的設(shè)備，即ROM仿真器。利用這種設(shè)備，目標(biāo)機(jī)可以沒有ROM芯片，但目標(biāo)機(jī)的CPU可以讀取ROM Emulator設(shè)備上ROM芯片的內(nèi)容：ROM Emulator設(shè)備上的ROM芯片的地址可以實時地映射到目標(biāo)機(jī)的ROM地址空間，從而仿真(Emulation)目標(biāo)機(jī)的ROM。

　　ROM Emulator的調(diào)試方式是一種不完全的調(diào)試方式：ROM Emulator設(shè)備只是為目標(biāo)機(jī)提供ROM芯片及在Target和Host間建立一條高速的通信通道，因此它經(jīng)常和前面兩種調(diào)試方式結(jié)合起來形成一種完備的調(diào)試方式。ROM Emulator的典型應(yīng)用就是和ROM Monitor的調(diào)試方式相結(jié)合。

　　這種調(diào)試方式的優(yōu)點(diǎn)是：保證調(diào)試版本與最終發(fā)布版本一致。缺點(diǎn)是：目標(biāo)機(jī)必須能支持外部ROM存儲空間，而且由于其通常要和ROM Monitor配合使用，因此它擁有ROM Monitor的缺點(diǎn)。

　　(4)ICE

　　ICE(In—Circuit Emulator)是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上CPU的設(shè)備，即在線仿真器。它比一般的CPU有更多的引出線，能夠?qū)?nèi)部的信號輸出到被控制的目標(biāo)機(jī)。ICE上的Memory也可以被映射到用戶的程序空間，這樣即使在目標(biāo)機(jī)不存在的情形下也可以進(jìn)行代碼的調(diào)試。

　　連接ICE和目標(biāo)機(jī)時，一般是將目標(biāo)機(jī)的CPU取下，而將ICE的CPU引出線接到目標(biāo)機(jī)的CPU插槽。用ICE進(jìn)行調(diào)試時，在Host端運(yùn)行的調(diào)試器通過ICE來控制目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的程序。

　　這種方式能夠同時支持軟件斷點(diǎn)和硬件斷點(diǎn)的設(shè)置，設(shè)置各種復(fù)雜的斷點(diǎn)和觸發(fā)器，實時跟蹤目標(biāo)程序的運(yùn)行，并可實現(xiàn)選擇性的跟蹤。因而，特別適用于調(diào)試設(shè)備驅(qū)動程序、實時的應(yīng)用系統(tǒng)，適合對硬件進(jìn)行功能和性能的測試。主要缺點(diǎn)是價格太昂貴，不利于團(tuán)隊開發(fā)，所仿CPU有限。

　　(5)OCD

　　這種調(diào)試方式的優(yōu)點(diǎn)是：

　　·不占用目標(biāo)機(jī)的資源；

　　·調(diào)試環(huán)境和最終的程序運(yùn)行環(huán)境基本一致；

　　·支持軟硬斷點(diǎn)、Trace功能；

　　·精確計量程序的執(zhí)行時間；

　　·提供時序分析功能。

　　缺點(diǎn)是：

　　·調(diào)試的實時性不如ICE；

　　·不支持非干擾調(diào)試查詢；

　　·CPU必需具有0CD功能。

　　OCD的實現(xiàn)方式主要有BDM(Background Debugging Mode)、JTAG(Joint Test Access Group)、ONCE(On Chip Emulation)等幾種。其中，JTAG是主流方式。

　　3．嵌入式軟件的固化

　　固化運(yùn)行是先用一定的工具將程序固化到目標(biāo)機(jī)上，然后啟動目標(biāo)機(jī)，在沒有任何工具干預(yù)的情況下程序能自動地啟動運(yùn)行。根據(jù)目標(biāo)程序的不同，固化的方式可能不一樣。比如，Bootloader的固化一般采用JTAG接口，而內(nèi)核、根文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序適用于速度更快的網(wǎng)口。