嵌入式開發：嵌入式軟體開發和程式設計

每天，人們都要面對和使用數十種裝置，這些裝置的功能依賴於微晶片和電路板，這些是帶有內建軟體的小工具，例如照相機、健身追蹤器、咖啡機等。由於許多在生活的某些領域執行關鍵功能，因此在嵌入式開發中嵌入式軟體仍然是一個熱門話題。

如果你想找到一家可靠的嵌入式系統公司，可以提供軟體開發服務來實現你對智慧數字裝置的想法，你需要了解有關嵌入式軟體程式設計的基本事實。

介紹

首先，應該注意的是，我們安裝在膝上型電腦或智慧手機上的傳統應用程式的開發不同於嵌入式軟體的建立。桌面或web應用程式與執行它們的硬體是分離的，在這種情況下，應用程式開發人員的主要任務是實現確保軟體功能的邏輯，而應用程式將安裝在什麼裝置上並不重要。

相反，嵌入式軟體與執行它的裝置緊密相連，每一行內建程式碼都會在物理層面影響硬體，這就是為什麼在企業軟體開發公司工作的嵌入式開發人員必須能夠閱讀電子零件的電路、資料表和其他文件，瞭解硬體元件的特性及其相互聯絡。

簡而言之，內建軟體處理非計算機裝置，必須根據其控制的硬體的物理要求和外部環境因素（例如溼度或壓力）進行定製。

嵌入式系統定義

具有基於微晶片的可程式設計部件執行一個或多個預定義任務的現實世界裝置稱為嵌入式系統。

成分

各種系統可能具有與它們應該執行的任務和它們執行的外部要求相關的各種組成部分。在任何嵌入式系統中，都有兩組必需的元件：硬體和軟體。

硬體

這包括構成系統的所有物理部分：整體框架、中央處理器、執行器、儲存裝置、訊號轉換器、輸入/輸出裝置、感測器、相機、掃描器、調變解調器和其他外部裝置。

軟體

軟體層處理從感測器和其他物理元素接收到的資訊，並使系統工作，這可能包括硬體中嵌入的以下軟體：韌體、作業系統、驅動程式、中介軟體、帶有介面的使用者應用程式。

請注意，有些解決方案可以不使用中介軟體或作業系統，這完全取決於具體情況。

構建嵌入式系統，頂級軟體開發公司首先要確定硬體部分，整合配置，然後根據這個配置開發軟體，這意味著嵌入式開發團隊應該由具有強大硬體工程技能的專家和軟體程式設計專家組成。

系統型別

第一組根據系統獨立性的級別進行區分：

獨立——獨立執行（例如，電子溫度計）。

網路化——由於網路連線而執行，也稱為物聯網系統（例如，智慧家居照明系統）。

第二組根據系統複雜程度進行區分：

小——使用非常少的電力資源並擁有原始軟體。

中——具有需要更多資源的更復雜軟體的解決方案。

複雜——執行復雜、關鍵功能的大型且棘手的解決方案。

第三組根據系統響應度進行區分：

實時——必須在有限的時間內執行任務，這一點至關重要（重症監護裝置就是一個例子）。

非實時——沒有響應限制。

特徵

所有的嵌入式系統雖然功能不同，但都有一些共同的特徵。

微處理器/微控制器是主要部件。

所有內建系統的特定任務功能意味著它們在整個生命週期中執行預先程式設計的重複功能。

使用特定的作業系統，或者沒有它們也可以工作。

內建軟體的解決方案面臨資源挑戰，這意味著它們被設計為在有限的硬體資源條件下執行。

高可靠性是確保嵌入式裝置一致響應所需的必備特性。

一般開發流程

在嵌入式開發中，嵌入式軟體開發人員應與硬體工程師密切合作，以建立成功的嵌入式解決方案。

聯合設計

硬體工程師選擇構建系統所需的元件，此時，軟體開發人員會加入他們，以確保他們選擇能夠提供所需應用程式功能的正確部分。

設計回顧

電路圖準備好後，開發人員與電路設計人員合作，確保所有訊號和連線都正確無誤，並按原計劃工作。

硬體模擬

然後，開發人員建立一個測試模組或硬體模擬器，它將模擬訊號，並允許你檢視嵌入式軟體的最低功能，這樣，你可以快速迭代和開發單獨的程式碼元件。

電路板測試

組裝好電路板後，嵌入式系統設計人員會測試其主要功能，看它是否能通電、電路板是否能與外設正確通訊、轉換器中是否配置了正確的電壓等。

驅動器組裝

如果你的專案裝置要連線任何外圍裝置或附件，則需要一組驅動程式。好的驅動程式是任何裝置的支柱。每次需要新增外部元件（掃描器、相機等）時，嵌入式開發人員最好花更多時間編寫好的驅動程式而不是修改程式碼。

邏輯實現

開發過程的最後階段是開發人員在程式碼中實現邏輯，使裝置按照設計的方式進行操作。它們以硬體工程師準備的規範為指導。在這個階段，裝置應該開始工作，你只需要改進程式碼。當然，開發可能涉及多次原型迭代，並且對於每次迭代，你都需要改進程式碼。

嵌入式軟體開發工具

要開發嵌入式軟體，你需要選擇一種程式語言、一個作業系統、一套特定的工具或者整合開發環境（IDE）。

作業系統

許多內建解決方案需要作業系統（OS），它充當硬體驅動程式和應用程式邏輯之間的中介。此類解決方案中使用的大多數作業系統都是實時作業系統，這意味著它們可以即時處理資訊，並在嚴格限定的時間內執行任務。RTOS是必須實時控制某些東西的裝置的一個重要特徵。

用於嵌入式解決方案的傳統作業系統是開源Linux。你還可以考慮ThreadX、Windows10 IoT，有時甚至是Windows CE（但它已經過時了）。對於移動嵌入式解決方案，你可以選擇Android 作業系統。

語言

長期以來，開發內建軟體的傳統語言一直是組合語言。今天，大多數嵌入式開發人員使用C 系列語言（C/C++/C#），因為它們直觀、快速且記憶體高效。

你還可以考慮使用Java、JavaScript、Python等高階程式語言來建立內建解決方案。

工具

開發人員還使用以下工具進行嵌入式工程：

用於編寫原始碼並將其儲存為文字檔案的編輯器。

用於將高階程式碼轉換為低階程式碼的編譯器。

用於將程式碼轉換為機器可以理解的彙編程式。

用於測試程式碼的偵錯程式。

用於將所有程式碼模組組合成一個連貫程式的連結器。

用於在現實條件下檢查程式操作的模擬器。

整合開發環境

IDEs是一種特殊的平臺，它結合了所有必要的工具（偵錯程式、編譯器等），非常方便並且節省了大量時間。

你應該注意的最流行的嵌入式解決方案整合開發環境是Qt、PyCharm、MPLABX、Eclipse、Arduino等等。

結論

嵌入式解決方案是電子行業的基礎，也是我們日常生活的支柱。人們在製造、醫療保健、運輸、商業、家庭和許多其他領域使用帶有內建軟體的裝置，因此，在可預見的未來，對熟練的嵌入式開發人員的需求將會增長。