時間：2023-06-07 15:58:20
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【關鍵詞】嵌入式產品制作實踐；目標定位；教學理念；模式方法
一、嵌入式產品制作實踐課程目標與定位
通過本課程的學習與訓練，學生能夠掌握嵌入式產品的制作工藝，能夠具備制作出合乎要求、完成指定動作的產品模型的能力，并能夠掌握模型動作的程序設計思路，為更深入的產品制作設計與開發打下基礎。
1.課程目標
（1）知識目標
掌握Keil C程序軟件的應用與設置；掌握產品設計與制作基本原則；掌握不同材料的選用方法；熟悉匯編和C51編程方法；掌握參數配置處理方法。
（2）能力目標
能夠靈活運用C語言程序設計與其它工具軟件；能夠結合產品制作要求繪制建模圖；能夠應用產品要求搭建硬件平臺與電路測試；能夠利用程序設計進行動作處理。
（3）素質目標
培養溝通能力；培養自學與鉆研能力；培養環保、節約意識；鍛煉團隊協調能力；鍛煉實踐動手操作能力。
2.課程定位
本課程是電子信息學院計算機應用技術人才培養方案嵌入式技術應用方向一門重要的專業技術課，課程開設的目的是作為嵌入式技術應用專業方向學生所學知識與技能的綜合應用能力，并通過產品的功能進行直觀展示。其前應學習的課程有：電工電子技術、C語言程序設計、單片機技術應用、嵌入式操作系統UC/OS、Linux、Windows CE嵌入式操作系統。
二、課程設計理念
本課程的任務是要讓學習過嵌入式技術應用的學生都能夠以教育機器人制作為工程對象，讓他們在開發自己的教育機器人過程中學習和掌握單片機的基本原理與應用系統的開發技能，用C51編程實現機器人基本智能的展示，教學和學習過程充滿挑戰和興趣，大大提高學習效率，同時在學習和實踐的過程中，還可以培養學生的系統世界觀和方法論。
1.關注學生的素質發展，著力提高學生的多元素養。
2.注重學生創造潛能的開發，加強學生實踐能力的培養。
3.立足科學、技術、社會的視野，加強人文素養的教育。
4.緊密聯系學生生活實際，努力反映先進技術。
5.豐富學生的學習過程，倡導學習方式的多樣化。
三、嵌入式產品制作實踐課程教學內容：
1.教學內容選取依據
采取了“以項目引導學習過程”的結構形式，注重培養和訓練學生的嵌入式產品制作和面向應用的編程能力。在內容安排上，以簡易機器人制作項目作為主線，貫穿了全部學習內容，使教學目標明確、脈絡清晰，同時也使同學們能體會項目設計與制作的全過程，加深對“技術與設計”的思想和方法的理解。
貫穿教學過程的“探究嘗試”、“實踐活動”、“活動延伸”與理論知識有機地融為一體，完美地體現了“師生互動”、“在探究中學習”的教學理念，特別有利于培養學生的實踐能力和開發其創造潛能。
2.教學具體內容安排
C51單片機程序下載與測試，輸出接口與伺服電機控制，巡航控制，I/O接口與機器人觸覺導航，51 I/O接口與紅外線導航，機器人的距離檢測，機器人中UART的應用，LCD應用編程與產品集成技術，多傳感器智能機器人的設計。
四、嵌入式產品制作實踐教學模式與方法
1.教材編寫
建議選用教育部高等學校“十一五”規劃教材，同時也可以由一線教師與行業專家依據本課程標準編寫教材，基本要求為：
（1）教材依據本課程內容標準編寫教材，將知識學習與能力培養緊密結合。
（2）教材以體現訓練項目導入、工作任務目標達成，為課程設計主體思想。
（3）教材內容注重能力培養，并體現任務驅動，要以學生為教學主體，靈活多樣設計任務，創立真實情境，引導學生進行觀察、調研、創意、制作等活動。著重培養學生的分析判斷與表現能力，為學生完整地再現基于機器人工程對象的實踐展開制作。
（4）教材編寫的體例和呈現方式盡量考慮崗位需求和學生的認知水平，強調實用和夠用原則，以方便教學。
（5）教材應圖文并茂，引用圖片清晰精美，文字語言深入淺出。
（6）教材內容貫徹與時俱進的原則，借鑒國內外最新的研究成果，及時更新教學內容。案例設計注意典型性、時代性與可操作性。
2.教學模式
遵循“工學結合、行動導向”及“教、學、做”一體化模式，在教學過程中將教學內容、教學資源、教學環境、教學方式、教學進程重新進行有機的整合和序化。通過第二課堂的鍛煉，培養學生利用機器人操作及維護資料和設備對機器人進行操作調試的能力、利用所學知識。通過第二課堂的鍛煉，培養學生實踐創新能力。
3.教學方法
實行任務導入、項目工作的新型教育模式，采用以啟發式、案例分析、實例制作為主體的教學方法。選擇目標明確、現實可行、有教育意義和典型性的工作任務為載體，在完成工作任務的過程中，實現能力培養目標。加強與深圳歐鵬等企業合作，以項目和工作任務為導向設計課程內容，強化學校與企業的互動，通過對接加強與企業的溝通與協作，努力為學生在企業展示自我、施展才干搭建平臺，增強校企合作、共生共贏的依存和關聯度。
4.教學手段
采取項目教學，以工作任務為出發點來激發學生的學習興趣，教學過程中要注重創設教育情境，采取“教學做”一體化的教學模式，要充分利用掛圖、投影、多媒體等現代化手段。
5.課程資源的開發與利用
課程資源是指依據課程性質開發的各種教學材料以及本課程可以利用的各種教學資源、工具和場所，它主要包括：（1）主輔教材、教學PPT、案例分析；（2）優秀產品模型設計案例庫（優秀學生作品、優秀案例等）。
關鍵詞：嵌入式開發系統，特點，計算機技術
嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。正如我們所知嵌入式系統開發經過30多年的發展己然成為了一個成熟的技術。他現如今有如下特點：
1）交叉開發工具和環境。嵌入式開發必須要有一套開發工具以及環境才能進行開發，因為嵌入式軟件本身是不具備自主開發能力.用戶對其中程序功能是無法修改的。而這些工具和環境一般是要依靠在通用計算機上的軟硬件設備以及邏輯分析儀、混合信號示波器等設備上進行的。開發時往往有主機和目標機交叉開發的概念，程序的開發，調試需要主機執行，而目標機最后執行。
2）軟件要求固態化存儲。為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。
3）軟硬件協同設計并且專用性強。嵌入式系統的個性化很強，其中的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。同時針對不同的任務，往往需要對系統進行較大更改，程序的編譯下載要和系統相結合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全兩個概念。
4）軟件代碼質量與可靠性都十分高。嵌入式軟件的核心是系統軟件和應用軟件，由于存儲空間有限，因而要求軟件代碼緊湊、可靠，大多對實時性有嚴格要求。雖然現在由于半導體技術的發展使得處理器的速度不斷提高，片上存儲器的容量也在持續不斷增加，但在大多數應用中，存儲空間依舊很寶貴并且還有實時性的要求。因此要求程序編寫和編譯工具的質量要高，以此減少程序二進制代碼長度，起到了提高執行速度的效果，而嵌入式系統正好擁有這個優勢。
5）系統軟件的高實時性。在多任務嵌入式軟件中，對重要性各不相同的任務進行統籌兼顧和合理調度是保證每個任務及時執行的關鍵，單純通過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的，這種任務調度只能由化編寫的系統軟件來完成，因此系統軟件的高實時性是基本要求。嵌入式軟件應用程序雖然可以沒有操作系統直接在芯片上運行，但是為了合理地調度多任務，利用系統資源，系統一般以成熟的實時操作系統作為開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性，并減少開發時間，保障軟件質量。
6）生命周期長。嵌入式系統和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。
7）系統內核小。由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較之傳統的操作系統要小得多。
8）系統精簡。嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能設計及實現上過于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時也利于實現系統安全
2軟硬件協同設計概念
軟硬件協同設計是指對系統中的軟硬件部分使用統一的描述和工具進行集成開發，可完成全系統的設計驗證并跨越軟硬件界面進行系統優化。
嵌入式軟件設計是使用一組物理硬件和軟件來完成所需功能的過程。系統是指任何由硬件、軟件或者兩者的結合來構成的功能設備。由于嵌入式軟件是一個專用系統，所以在嵌入式產品的設計過程中，軟件設計和硬件設計是緊密結合、相互協調的。這就產生了一種全新的發展中的設計理論――軟硬件協同設計。這種方法的特點是，在設計時從系統功能的實現角度考慮，把實現時的軟硬件同時考慮進去，硬件設計包括芯片級“功能定制”設計。既可最大限度地利用有效資源，縮短開發周期，又能取得更好的設計效果。
系統協同設計的整個流程從確定系統要求開始，包含系統要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和開發時間等。這些要求形成了由項目開發小組和市場專家共同制定的初步說明文檔。系統設計首先確定所需的功能。復雜系統設計最常用的方法是將整個系統劃分為較簡單的子系統及這些子系統的模塊組合，然后以一種選定的語言對各個對象子系統加以描述，產生設計說明文檔。其次，是把系統功能轉換成組織結構，將抽象的功能描述模型轉換成組織結構模型。由于針對一個系統可建立多種模型，因此應根據系統的仿真和先前的經驗米選擇模型。
3嵌入式軟件開發的方法論
由于一個完整的產品中大部分系統都是非常復雜的，不僅如此與此同時我們還需要考慮很多的因素，比如開發這個產品所需的價格，產品的性能如何，系統設計技術是什么等。唯有全面考慮這些因素我們才可能順利進行開發，然后才可能做出一個成功的，合格的產品。一般來說，產品設計的過程會經歷幾個步驟，為了確保這些步驟的合理性，我們需要一個設計方法論來面對整個設計過程。采用方法論有以下三個重要理由。
確認所做的每一件事情都是必須要做的，不做無謂的工作，也不漏掉關鍵性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能測試。
根據設計方法論可以發展出計算機輔助工具或是設計經驗累積，汲取每一次產品開發的經驗。再經過量化之后，可以發展出一套工具或是方法，讓往后的產品設計步入自動化。
開發團隊遵循同一套方法論，可以讓團隊成員更容易彼此溝通。每個人都能在短時間內了解整體過程中將經歷哪些過程，需要何種支持與接收到何種結果。此外，也容易通過一套已經定義好的方法論，彼此相互合作協調。設計過程的目標是做出有一定用途且具有創新點的產品。產品的典型規格包含功能性、制造成本、性能表現、省電考慮和其他特性。
1嵌入式軟件開發的特點
嵌入式軟件的開發具有如下幾方面的特點：
1)需要交叉開發工具和環境。由于嵌入式軟件本身不具備自主開發能力，即使設計完成以后用戶通常也不能對其中的程序功能進行修改，因此必須有一套開發工具和環境才能進行開發。這些工具和環境一般基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發時往往有主機和目標機交叉開發的概念，主機用于程序的開發、調試，目標機作為最后的執行機構。開發時主機和目標機需要交替結合進行。
2)軟硬件協同設計。軟硬件協同設計涉及以下方面：嵌入式軟件設計、實時系統設計、硬件設計和軟件設計。軟硬件協同設計強調硬件與軟件的協同性與整合性、軟件與硬件的可裁減，以滿足系統對功能、成本、體積和功耗等要求。
3)嵌入式軟件開發人員以應用專家為主。通用計算機的開發人員一般是計算機科學或計算機工程方面的專業人士，而嵌入式軟件則是要和各個不同行業的應用相結合的，要求更多的計算機以外的專業知識，其開發人員往往是各個應用領域的專家。
4)軟件要求固態化存儲。為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入系統中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存儲于磁盤等載體中。
5)軟件代碼高質量、高可靠性。盡管半導體技術的發展使處理器速度不斷提高，片上存儲器容量不斷増加，但在大多數應用中，存儲空間仍然是寶貴的，還存在實時性的要求。為此要求程序編寫和編譯工具的質量要高，以減少程序二進制代碼長度，提高執行速度。嵌入式軟件的核心是系統軟件和應用軟件，由于存儲空間有限，因而要求軟件代碼緊湊、可靠，大多對實時性有嚴格要求。
6)系統軟件的高實時性。在多任務嵌入式軟件中，對重要性各不相同的任務進行統籌兼顧和合理調度是保證每個任務及時執行的關鍵，單純通過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的，這種任務調度只能由優化編寫的系統軟件來完成，因此系統軟件的高實時性是基本要求。嵌入式軟件應用程序雖然可以沒有操作系統直接在芯片上運行，但是為了合理地調度多任務，利用系統資源，系統一般以成熟的實時操作系統作為開發平臺，這樣才能保證程序執行的實時性、可靠性，并減少開發時間，保障軟件質量。
2軟硬件協同設計概念
嵌入式軟件設計是使用一組物理硬件和軟件來完成所需功能的過程。系統是指任何由硬件、軟件或者兩者的結合來構成的功能設備。由于嵌入式軟件是一個專用系統，所以在嵌入式產品的設計過程中，軟件設計和硬件設計是緊密結合、相互協調的。這就產生了一種全新的發展中的設計理論一一軟硬件協同設計。這種方法的特點是，在設計時從系統功能的實現角度考慮，把實現時的軟硬件同時考慮進去，硬件設計包括芯片級“功能定制”設計。既可最大限度地利用有效資源，縮短開發周期，又能取得更好的設計效果。
系統協同設計的整個流程從確定系統要求開始，包含系統要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和開發時間等。這些要求形成了由項目開發小組和市場專家共同制定的初步說明文檔。系統設計首先確定所需的功能。復雜系統設計最常用的方法是將整個系統劃分為較簡單的子系統及這些子系統的模塊組合，然后以一種選定的語言對各個對象子系統加以描述，產生設計說明文檔。其次，是把系統功能轉換成組織結構，將抽象的功能描述模型轉換成組織結構模型。由于針對一個系統可建立多種模型，因此應根據系統的仿真和先前的經驗米選擇模型。
3嵌入式軟件開發的方法論
在建立一個完整的嵌入式軟件或是產品時，大部分系統都很復雜，不但功能規格很多，還必須考慮例如價格、性能等其他因素，否則很容易做出一個失敗的系統或是產品。因此，在進行系統開發之前，必須先了解一些系統設計技術，使得在開發過程中更為順利。一般來說，產品設計的過程會經歷幾個步驟，為了確保這些步驟的合理性，我們需要一個設計方法論來面對整個設計過程。采用方法論有以下三個重要理由。
確認所做的每一件事情都是必須要做的，不做無謂的工作，也不漏掉關鍵性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能測試。
根據設計方法論可以發展出計算機輔助工具或是設計經驗累積，汲取每一次產品開發的經驗。再經過量化之后，可以發展出一套工具或是方法，讓往后的產品設計步入自動化。
開發團隊遵循同一套方法論，可以讓團隊成員更容易彼此溝通。每個人都能在短時間內了解整體過程中將經歷哪些過程，需要何種支持與接收到何種結果。此外，也容易通過一套已經定義好的方法論，彼此相互合作協調。設計過程的目標是做出有一定用途且具有創新點的產品。產品的典型規格包含功能性、制造成本、性能表現、省電考慮和其他特性。
4結束語
關鍵詞：安全處理器；防入侵；安全性；嵌入式系統
新聞總是樂于報道安全系統遭到攻擊的事件：操作系統漏洞、非法入侵政府網絡、筆記本電腦的信用卡帳戶信息被竊等等。安全性不僅僅涉及到筆記本電腦和服務器，嵌入式領域也越來越關注安全性問題，例如交通燈、家庭安全系統、煙霧探測器、ATM、收銀機等，由此看來，風險無處不在。
嵌入式系統需要安全保護的原因有多種，某些應用中，政府部門需要對敏感數據進行保護，例如：病歷、信用卡信息等。有時還會對銷售流程進行安全保護，例如，公司可能以低于成本價出售打印機，通過打印機耗材的高利潤進行補償。利用安全技術可以鑒別耗材的真偽，避免使用第三方的假冒產品。某些情況下，安全技術被用來保護知識產權，嵌入式設備中可能包含極具創新的算法，制成成品后，為了保護來之不易的產品設計，需要增加安全性，以防止盜版。
安全性設計是一個折中的過程－理想的安全產品設計將耗資無限，而不具備安全保護的設計則不需要任何安全功能的花費。每種特定應用都必須確定所要求的安全等級，具體了解安全系統需要保護什么?
加密安全嗎?
選擇合適的加密工具對于通訊架構來說至關重要，應選擇公共算法，應用較為普遍的算法包括：DES、RSA或DSA。許多人認為選擇一個模糊的私有算法會更安全，實際情況并非如此，公開算法已經經過學術界、政府機構和業內專家的評估。私有算法看起來安全，而且也經過一位收取一定費用的專家的評審，但是，如何保證事物背后的安全性，如何保證評審人員的可信度?另外，私有算法還可能需要支付許可權費用、版權費用等，限制今后的選擇權。
盡管加密技術對于嵌入式系統的安全性來說至關重要，但這只是一個方面。假設現實世界場景中，兩個人通過相互傳遞編碼信息進行交流。攻擊者可能竊取此信息，如果信息編碼所采用的加密技術可靠，這種攻擊將是無效的。有膽量的攻擊者可能會直接對人進行攻擊。與破解加密信息相比，強迫參與者泄漏通訊密碼會更加容易。
這個例子對于嵌入式應用非常形象，例如ATM與銀行之間的加密通信。試圖破譯傳輸線上的加密PIN數據幾乎是不可能的，有些攻擊者可能認為攻擊ATM機更有效。攻擊者可能會在夜深人靜時打開ATM。在一系列攻擊后獲取ATM與銀行通信的密鑰。然后，攻擊者將ATM恢復原位后離開。這種情況下，對傳輸線的監測使攻擊人員獲取了密鑰，可以解密所有帳號和PIN數據。
值得慶幸的是，目前的ATM具備強大的物理層和邏輯安全技術的保護。當然，上述例子也提出了以下幾個安全性問題：
?加密技術只提供一層保護，不能完全阻止攻擊者的行為。
?貯存在ATM機中最有價值的東西是密鑰，而非賬號、PIN數據或現金。
?一個安全的嵌入式設備必須在遭受攻擊時有所反應，擦除有價值的密鑰。
對嵌入式系統的攻擊
攻擊者通過什么途徑得到ATM的密鑰呢?
攻擊著可能從最簡單的操作開始，假如密鑰存儲在外部存儲器，攻擊者只需簡單地訪問地址和數據總線竊取密鑰。即使密鑰沒有連續存放在存儲器內，攻擊者仍然可以破解外部代碼，確定哪個存儲器包含有密碼。引導裝入、調試和測量狀態下都是遭受簡單攻擊的薄弱環節。這些工作狀態通常允許對微處理器內存和寄存器讀/寫操作。即使這些狀態的文件不公開，對于有著廣泛社交經驗的工程師來說，通過微處理器廠商的雇員來獲取這些信息也是輕而易舉的事情。
嘗試了簡單的攻擊手段后，如果沒有達到目的的話，攻擊者還會采取更為詭異的手段。從簡單的時序和功率分析中觀察加密操作的時序和功率消耗。對于設計不理想的加密過程可能會在處理密鑰1時比處理O時消耗更多的時間和功率，這為攻擊者提供了足夠的信息，使其推算出密鑰。如果這種簡單的分析手段不起作用，攻擊者便會使用差分能量分析(DPA)技術。差分能量分析是一種統計攻擊方法，通過采集上千次運行時的能量損耗數據，最終，從功率脈沖信號中獲取密碼。雖然這種方法耗時，但可以自動操作。此外，攻擊者還可能采用故障注入攻擊，使微處理器運行在工作范圍以外的條件下，從而產生故障信息，導致密碼泄漏。攻擊者也可能試圖拆除微處理器的塑料封裝，用微探針分析密碼數據。內存具有規則的結構，很容易在硅片中識別出來，利用微探針設備可以很容易地對此操作。
面對上述種種攻擊，工程師必須采取適當的措施為嵌入式系統提供有效防護。
防攻擊措施
在高安全性應用中需要具有唯一的質詢，單一品牌的處理器。安全微處理器，例如Dallas Semiconductor的DS5250，能夠滿足最高安全級別的設計需求。
優秀的安全處理器非常注重密鑰保護，使用非易失電池備份SRAM儲存敏感信息。這種SRAM應該采用定制的可歸零或瞬間擦除的存儲器，一旦檢測到篡改操作時即刻擦除存儲器內容。利用連續工作的傳感器或有電池供電的時鐘檢測篡改事件(例如溫度攻擊、電壓攻擊或微探針攻擊)。這種安全監測可以確保攻擊者利用外部時鐘控制時無法阻止清零過程。使用片上存儲器，攻擊者無法竊取器件內部傳輸的密鑰。另外，假如對器件實施物理攻擊，密鑰會被立刻擦除。
為了確保攻擊者無法控制內存總線、插入可能竊取密鑰的指令，安全處理器對外部存儲器總線進行加密，并對程序存儲器提供完整性監測，密鑰隨機產生，每個器件不同，這種加密方法確保攻擊者無法復制或竊取產品設計，提供有效的知識產權保護。假如攻擊者試圖插入隨機指令，完整性檢查就會報告檢測錯誤，認為偵測到篡改事件。
安全處理器同樣配備了硬件加密加速器，可以在納秒級(而不是毫秒級)時間內執行三DES算法。另外，硬件加速器設計運行在固定數量的時鐘周期，不管密鑰內容如何，都會消耗同樣的能量。隨機數生成器也能夠把一系列虛假的執行周期添加到加密算法的頭部和尾部，禁止功率時序分析。
北京科銀京成技術有限公司技術總監
北京科銀京成技術有限公司技術總監，副教授，計算機應用博士，研究方向為：普適計算，實時、嵌入式操作系統及其應用，嵌入式應用設計方法。
嵌入式軟件是嵌入式產品的核心，如果說PC機的發展帶動了整個桌面軟件的發展，那么嵌入式產品的廣泛普及必將為嵌入式軟件產業的蓬勃發展提供無窮的推動力。
中國有世界上最大的家用電子產品消費市場和移動通信市場，移動終端、彩電、VCD等擁有量都居世界第一。隨著移動網絡的發展，多媒體、娛樂、通信等多功能、多用途的移動終端將成為今后個人數據通信、事務處理和娛樂的最佳選擇。隨著消費結構的改變，人們對家電的靈活性和可控性提出了更高的要求，這些只能通過家電的數字化和網絡化來實現。這些需求都將加快嵌入式軟件技術的發展和產業化的進程。嵌入式軟件已經成為嵌入式產品設計、創新和軟件增值的關鍵因素，是未來市場競爭力的重要體現。由于嵌入式產品具備硬件平臺多樣性和應用個性化的特點，因此嵌入式軟件呈現出一種高度細分的市場格局，國外產品進入也很難壟斷整個市場，這為我國的軟件產業提供了一個難得的發展機遇。
標準塑造未來
從軟件種類來看，嵌入式軟件可以分為嵌入式操作系統、嵌入式開發平臺、嵌入式行業應用平臺及嵌入式應用軟件。由于不同的行業對嵌入式軟件的要求不一，因此不會形成像PC一樣一支獨大的局面，但會吸取PC的成功經驗，形成不同行業的標準。統一行業標準具有設計技術共享、軟硬件重用、構件兼容、維護方便和合作生產的特點，能夠極大地增強行業的產品競爭力。
近幾年，一些地區和國家的若干行業協會紛紛制定嵌入式軟件行業標準，如歐共體汽車產業聯盟規定以OSEK標準作為開發汽車嵌入式系統的公用平臺和應用編程接口；在航空電子方面，航空電子工程協會（AEEC）制定了面向航空電子的嵌入式實時操作系統應用編程接口ARINC653。我國各相關產業聯盟也在制定本行業的開放式軟件標準，提高中國數字產品的競爭能力。走行業開放系統道路、建立行業性的嵌入式軟件平臺是加快嵌入式軟件技術發展的捷徑之一。根據應用的不同要求，今后不同行業會定義其嵌入式操作系統、嵌入式開發平臺、應用平臺等行業標準。
市場決定一切
從國際市場上看，據VDC預測，嵌入式軟件其GAGR的增長率為13.5%，到2006年將達到21億美元的規模。其在各領域的市場份額為：消費電子占26.8%，通訊和通信占20.2%，軍事/航空占18.6%，汽車電子占12.9%，工業控制占9.6%，醫療電子占3.1%，辦公自動化占2.2%，零售自動化占1.0%，信息自動化、建筑/家庭自動化占0.4%，其他占4.6%。
在國內，消費電子、通信、汽車電子、軍事、航空、工業控制也將是嵌入式軟件的主要市場，其中操作系統、開發平臺、行業應用平臺和特色應用軟件都將成為獨立軟件開發商的發展方向。與產業鏈互動既可形成符合國際/國內標準的產品，又具有中國的特色，從而確立同國外同類產品的競爭優勢。
國產軟件 大步前行
北京科銀京成技術有限公司（科銀京成）以嵌入式操作系統和開發平臺為基礎，形成了嵌入式系統基礎軟件平臺、行業軟件平臺和嵌入式軟硬件解決方案等三個產品方向。
嵌入式系統基礎軟件平臺包括嵌入式實時操作系統DeltaOS、開發工具Lambda TOOL、測試工具Gamma RAY和性能分析工具Gamma PROFILLER等內容，工具既支持嵌入式實時操作系統Delta OS，也可支持第三方的嵌入式操作系統（如嵌入式Linux等），為嵌入式應用提供基礎性的系統軟件平臺；嵌入式系統行業軟件平臺密切同行業結合，為具有強大產業背景的行業提供符合行業產品特點需要的軟件平臺。
目前，科銀京成已先后面向航空電子、飛行控制計算機、艦載計算機和稅控POS等行業形成了基于嵌入式系統的軟件平臺，對行業的進一步發展起到了極大的推動作用;嵌入式軟硬件解決方案則以完整產品為目標，形成包括軟硬件內容在內的產品級解決方案，可由行業內相關廠商直接進行產品生產。科銀京成已擁有嵌入式稅控POS、MP3、M2M和面向教育應用的軟硬件全面可靠的解決方案。
作為長期從事嵌入式系統軟件相關技術研究與產品發展的公司，科銀京成提供的嵌入式軟件產品內容完備，能適應產品開發生命周期的需要，為最終產品開發提供全過程支持。針對操作系統領域，科銀京成的產品既支持日益被消費電子領域所廣泛接受的嵌入式Linux等操作系統，也提供具有強實時、高可靠特性的嵌入式操作系統，使產品具有比較廣泛的適應性。在嵌入式開發工具領域，科銀京成提供了內容豐富、且高度集成、能有效提高軟件質量和開發效率的開發工具，解決了嵌入式系統中普遍存在的軟件開發比較困難的問題。另外，科銀京成提供的嵌入式產品還具有成熟、可靠的特點，擁有強大的本地化服務和支持能力。科銀京成的產品已成功應用于數十種國防和民用電子產品，并且在多年嵌入式系統軟件開發和產品應用過程中，積累了豐富的服務與多行業按需定制經驗。同時，科銀京成非常重視嵌入式領域相關標準的制定工作，先后參與制定了《航空電子應用軟件接口要求》（GJB-5357-2005）、《手持電子產品嵌入式軟件API標準》、《稅控收款機標準》等標準內容，為推進相關行業的持續發展奠定了基礎。
三年以上工作經驗|男|25歲（1991年2月8日）
居住地：廣州
電 話：158******（手機）
E-mail：
最近工作[1年8個月]
公 司：XX計算機有限公司
行 業：計算機軟件
職 位：嵌入式軟件開發
最高學歷
學 歷：本科
專 業：軟件工程
學 校：上海工程技術大學
自我評價
本人多年嵌入式軟件領域開發經驗，英語流利。很強的軟件架構設計能力、嚴密的邏輯思維能力、快速分析解決問題的能力。熟悉多種軟件技術和業務，有項目管理經驗，有強的分析問題和解決問題的能力，勇于面對壓力和挑戰，并善于溝通。自信而樂觀，敢于迎接挑戰，具有團隊精神。
求職意向
到崗時間：一個月之內
工作性質：全職
希望行業：計算機軟件
目標地點：廣州
期望月薪：面議/月
目標職能：嵌入式軟件開發
工作經驗
2013/7—至今：XX計算機有限公司[1年8個月]
所屬行業： 計算機軟件
開發部 嵌入式軟件開發
1、 負責基于嵌入式Linux 系統的網絡安防產品的開發和管理;
2、 負責項目初期開發計劃的制定，風險管理和開發人員的分配;
3、 負責根據開發式樣編寫代碼，修正QA提出的問題點;
4、 負責項目后期開發完成報告總結;
5、 負責量產用程序變更履歷管理，生產和市場問題分析和解決。
2012/6—2013/6：XX網絡有限公司[1年]
所屬行業： 通信/電信/網絡設備
開發部 嵌入式軟件開發
1、 負責無線通訊產品嵌入式軟件開發工作;
2、 負責產品測試性能需求分析和產品定義;
3、 負責分析產品設計文檔和各種硬體接口文檔;
4、 負責模塊接口定義和接口應用文檔編寫;
5、 負責代碼編寫和單元測試，使用頻譜進行指標測試;
6、 負責代碼集成測試和代碼除錯;
7、 負責代碼管理和代碼。
教育經歷
2008/9—2012/6 上海工程技術大學 軟件工程本科
證書
2010/6 大學英語六級
2009/12 大學英語四級
關鍵詞 嵌入式系統 嵌入式CPU 嵌入式操作系統 消費類電子產品
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A
嵌入式計算系統在一般情況下不運用在通用計算機，我們通常所說的固件就是在運行中固化的軟件，用戶最終是很難或者根本不可能改變固件，操作系統和應用軟件集成到計算機的硬件系統中，形成系統的應用軟件和系統硬件集成。嵌入式系統軟件具有代碼少，高度自動化，響應快等特點，特別是適合于實時和多任務處理的情況下。相比與通用計算機系統，嵌入式系統的低功耗，高可靠性，功能強大，性能價格比高，實時，多任務處理，占用空間小，效率高，應用程序特定，可靈活定制就非常占據優勢。
1 嵌入式系統中的應用現狀
就目前而言，中國嵌入式系統市場進入快速增長期。在過去幾年和未來幾年，為幾乎所有的電子設備的嵌入式系統的發展注入了新的活力，由速發展的互聯網趨勢和微處理器以廉價的形式出現使嵌入式系統在我們日常的生活中形成一個更大的應用領域。中國嵌入式系統的主要客戶集中在消費電子，通信，醫療，安防等行業。中國目前的嵌入式系統市場，幾大熱點應用領域包括：汽車和電力系統的電源管理，高清晰度數字電視和數字機頂盒，智能手機與智能工業設備，終端和聯網能力。嵌入式工業設備將融入更多的智能功能，如通信和網絡，并在汽車電子市場，醫療電子市場，機械和電子產品市場，視頻電子市場和數碼電子產品市場已越來越廣泛的應用。
1.1 消費類電子產品
環球資源2004年聯合研究，這項報告顯示，在亞太地區的嵌入式系統最迫切的需求行業是消費電子行業。近年來FPGA技術的飛速發展和廣泛的應用程序和嵌入式消費類電子產品。全球數字和高清晰度廣播和電視傳輸標準，游戲和多媒體娛樂系統，液晶和等離子顯示技術，家庭DVR和DVD-W技術，汽車駕駛室娛樂系統和GPS導航系統，信息，通信和安全系統及其他持續上升的需求和應用，標志著前者在消費類電子產品是普遍深入人們的生活。
1.2 汽車和動力系統，智能電源管理技術
隨著搭載CPU的汽車電子設備要求電源電壓變得更加多樣化，需要更低的電壓和更強大的功能，電源管理也變得越來越重要，電源管理的要求也在不斷變化。汽車電子設備變得更大，屏幕分辨率變高，但在同一時間，其規模要小得多。所有這些新的應用程序將需要高集成度，高性能，高效率的電源管理。車載電源延長便攜式設備的電池壽命，它也需要設法消除自動開關電源敏感電路的干擾。電力系統，變電站點多面廣，以及減員增效適應現代管理要求的，有很大一部分的無人值守變電站，同時也為基于嵌入式Web服務器的配置管理技術的設備提供了良好的條件。可以大大減少勞動力，設備運行，設備管理，及時了解變電站運行信息，設備故障的處理也更迅速和有效。隨著國家電網的發展，基于嵌入式Web服務器設備的維護比基于傳統的撥號遠程維護方法更有利。
1.3 工業控制嵌入式設備
全球各行業各領域迅速發展時，在中國工業控制領域，醫療電子市場，與國民生產總值，機械和電子產品市場，視頻和數碼電子產品市場的電子產品市場，航空航天，運輸相關的嵌入式應用程序也快速增長起來。近年來，嵌入式網絡解決方案，已經發生了重大的變化：首先是小設備，如手持式掃描儀；其次是具有更高的網絡傳輸速度和便攜無線功能要求；需求再度降低功耗；最后需要進行數據安全和加密。
2 嵌入式系統的發展趨勢
（1）根據行業和領域不同的發展階段來看，嵌入式應用軟件開發時需要對此進行配套相同能力的開發工具和操作系統支持。隨著互聯網技術的日趨成熟，隨著帶寬的增加，ICP和ASP提供的信息內容在互聯網上越來越豐富，形式多樣的應用項目。在為了滿足應用程序升級功能，設計師不僅需要越發強大的嵌入式處理器，如32，64R工人SC芯片或信號處理器DSP增強處理能力；還需要采用實時多任務編程技術和交叉開發工具技術來控制嵌入式系統功能的復雜性，從而達到簡化設計應用程序，以此來確保軟件的質量和縮短軟件的開發周期。
（2）網絡發展已經成為一個必然的趨勢，以滿足嵌入式的分布式處理架構和應用程序的訪問，在二十一世紀的需要配備標準要求的嵌入式系統中，一個或多個網絡通信接口。外部網絡的要求，配備必要的通信接口，相應的需要TCP/IP協議套件的軟件支持，還需要提供相應的通信網絡協議軟件和物理層驅動軟件的嵌入式設備。
（3）嵌入式產品設計師在設計時要考慮到嵌入式系統支持小型電子設備體積小，微功耗，成本低等性能，內存容量的限制和復用接口芯片。因此，設計嵌入式產品需要經驗豐富的軟件人才，也需要發展先進的嵌入式軟件技術，如Java，Web和WAP等等。
參考文獻
Nios Ⅱ開發板的實現
SOPC開發板的核心器件是Altera公司生產的Cyclone系列FPGA，其關鍵技術是在Quartus Ⅱ、SOPC Builder及Nios IDE平臺上實現可配置、可剪裁系統的設計。
1 Nios Ⅱ軟核處理器的特點
Nios Ⅱ系列32位RISC嵌入式處理器具有很大的靈活性，可以在多種系統設置組合中進行選擇，達到性能、特性和成本目標。其具有超過200DMIP的性能。
Nios Ⅱ系列嵌入式處理器是一款采用流水線技術、單指令流的RISCCPU，廣泛應用于嵌入式系統。Nios Ⅱ包括三種內核，即快速的Nios Ⅱ/f(最高性能的優化)內核、經濟的NiosⅡ/e(最小邏輯占用的優化)內核以及標準的NiosⅡ/s(平衡于性能和尺寸)內核，每種內核根據不同的性能而優化。
考慮到性能和成本，通常采用Nios Ⅱ標準內核設計。Nios Ⅱ嵌入式CPU支持32位指令集、32位數據線寬度、32個通用寄存器、32個外部中斷源、2GB尋址空間，包含高達256個用戶自定義的CPU定制指令。其可選的片上JTAG調試模塊是基于邊界測試的調試邏輯，支持硬件斷點、數據觸發和片外片內的調試跟蹤。Nios Ⅱ標準內核設計框圖如圖1所示。
2 SOPC技術的實現
SOPC技術是一種靈活、高效的片上系統SOc設計方案，其工作環境是Altera Quarlus Ⅱ中的SOPC Builder。與其他SOC設計相比，其優點在于可編程性，利用FPGA的可編程性進行SOC設計。通過采用SOPC Builder工具，用戶可以很方便地將處理器、存儲器和其他外設連接起來，組成一個完整的嵌入式系統。SOPC從內部的角度，主要包含兩個部分：圖形用戶界面(GUI)和系統生成程序。圖形用戶界面內每個組件也可以提供自己的配置圖形用戶界面，GUI創建系統PTF文件對系統進行描述；生成程序創建針對目標器件的系統HDL描述。利用SOPC Builder創建的GUI如圖2所示。
SOPC開發板設計實例
SOPC開發板選擇Cyclone系列器件EPIC3，該器件基于成本優化的全銅1.5VSRAM工藝，容量為2910個邏輯單元，59904比特嵌入式RAM，支持單端I/O標準，通過LVDS標準可提供104個信道的I/O支持。利用鎖相環(PLL)可設計復雜的時鐘管理電路。
1 開發板的硬件設計
開發板主要包括以下幾部分：4個七段共陽數碼管、4個LED、2個RS232接口、1個USB接口、1個PS2接口、LCD接口(192×64)、蜂鳴器和25MHz有源晶振，下載電路包括JTAG方式和AS方式，采用EPCSl作為串行配置器件。硬件原理框圖如圖3所示，下載電路如圖4所示。
2 Nios Ⅱ內核設計實例
Nios Ⅱ內核的設計是建立在Quartus Ⅱ、SOPC Builder和Nios IDE等開發環境基礎上的，Nios CPU內核設計流程，生成的Nios CPU內核。
關鍵詞：嵌入式系統；ARM技術；應用領域
中圖分類號：TP393
1嵌入式系統簡介
嵌入式系統可以抽象出一個典型的組成模型，其可劃分為硬件層、軟件層及功能層。
1.1嵌入式系統定義
嵌入式系統最通用的定義是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機[1]。
根據IEEE9（國際電氣和電子工程師協會）的定義，嵌入式系統也可定義為控制監視或輔助設備機器和車間運行裝置。
嵌入式系統的定義很多，統一起來很難。對于其定義有疑問的部分研究人員將嵌入式系統定義為：“嵌入式系統是以嵌入式微處理器為內核，以微電子技術，計算機技術，電子技術、對象技術為基礎，軟硬件可根據對象需要所設置，并且嵌入到對象器件內，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用智能化的控制系統。”[2]
1.2嵌入式系統的特點
嵌入式系統是面向專業應用領域的，從其應用角度分析，具有以下特點：
（1）硬件層，是所有軟件的運行基礎，嵌入式系統至少擁有一個高性能處理器為硬件平臺。如ARM處理器。
（2）軟件層，其能擴充和充分發揮硬件層功能。嵌入式系統需有一個多任務操作系統的軟件平臺，來控制管理計算機硬件和軟件資源以及合理的組織計算機工作流程。如Liunx，UC/OSⅡ等操作系統。
（3）嵌入式系統是先進的技術及資金密集、知識產業化不斷創新的集成系統。其將先進的電子科學技術與各行各業的具體應用相結合。
（4）是面向用戶、產品及特定應用的。
（5）具有較長的生命周期。與實際產品相結合，并與產品升級同步進行。
（6）對程序質量要求較高。一般都將系統中的軟件固化在存儲器中，大部分都具有較高的實時性。
（7）嵌入式系統不具備在其上進行進一步開發的能力。需要借助專門的開發工具和環境來滿足產品設計完成后的程序功能修改工作。
2基于ARM的嵌入式系統技術應用及開發方法
2.1ARM的技術應用特點
ARM（Advanced RISC Machines）是一種嵌入式微處理器，它具有低功耗、低成本、高性能的特點，采用RISC體系結構，大量使用寄存器，具有高效的指令系統，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，來實現嵌入式應用的特殊要求[3]。基于ARM微處理器的嵌入式系統不同于單片機、DSP系統，其高性能的特點，在硬件部分的電路板設計方面是比較困難的，絕大多數的ARM板都要在4層以上。其實ARM最關鍵的是軟件部分的操作系統，系統開發應更側重于軟件方面，包括系統裁減，底層驅動和應用程序等。
2.2ARM嵌入式系統的開發流程
基于ARM的嵌入式系統設計的開發流程如圖1所示。
圖1嵌入式系統設計流程
2.3ARM嵌入式系統的開發方法
（1）建立系統的開發環境
嵌入式系統資源受限制，如果在其硬件平臺上直接編寫軟件，比較困難。因此根據其特點須在特定的開發環境下進行。搭建相應的軟硬件平臺：在宿主機(HOST)也就是PC機上安裝開發工具，并將編寫好的軟件程序進行交叉編譯生成二進制代碼，最后將其移植到目標板的特定位置運行。這種在宿主機(HOST)環境下開發，在目標板(TARGET)上運行的開發模式叫交叉開發模式，交叉開發模型如圖2所示。
圖2交叉開發模型
（2）Boot Loader引導程序開發
Boot loader是在嵌入式操作系統內核運行前運行的一段程序，與我們經常提到的BIOS功能相近，每種體系結構都有與其相匹配的Boot Loader。通過Boot loader程序的運行，可以初始化硬件設備，建立系統的內存空間映射圖，這樣就可以將系統的軟、硬件環境設定在一個合適的狀態，方便于最終調用操作系統內核，并且為運行用戶應用程序準備好正確的環境。
Boot loader程序由匯編和C程序兩部分組成，程序執行過程也分為匯編和C程序代碼部分兩個階段。匯編程序與硬件設備相關，不便移植，第一階段需要完成初始化看門狗、設置中斷異常向量表、堆棧、配置存儲器等，之后再跳轉到第二階段的C語言程序入口處。C程序代碼部分主要完成初始化本階段所需要的外部設備，調用NANDFLASH的API函數，配置SDRAM空間，并將用戶的程序代碼從NANDFLASH存儲器中復制到SDRAM中，最后再跳轉到用戶程序的入口[4]。
3嵌入式技術的應用領域
嵌入式技術無處不在，已經深入到了生活的各個領域，為我們的生活帶來了很大的方便。
（1）無線通訊領域。特別是智能手機，全球95%的手機采用了ARM芯片，隨著手機功能愈像電腦，手機更需要功能強大的嵌入式芯片。現在，全球售出的每一部手機中平均就有2.4塊ARM芯片。
（2）工業控制領域。基于ARM核的32位微控制器芯片逐漸向低端微控制器應用領域擴展，在工業控制領域發揮了很大的作用。
（3）網絡應用。網絡寬帶技術不斷發展，基于ARM技術的ADSL芯片也逐步進入競爭范圍，并取得一定優勢。而且，語音及視頻處理也應用了ARM技術，同時對DSP的應用領域提出了新的挑戰。
（4）儀器儀表方面。有智能儀器、智能儀表、醫療器械、色譜儀、示波器等。
（5）民用方面。如電子玩具、電子字典、游戲機、錄像機、復讀機、投影儀、照相機、空調、冰箱、洗衣機、調制解調器、防盜控制器、激光驅動器、變速控制器、汽車點火控制器、避雷控制、農業節水控制系統、保安控制系統等方面。
（6）導航控制方面。如導彈控制、航天導航系統、電子干擾系統等。
（7）數據處理方面。如圖文圖表終端、復印機、硬盤驅動器等。
（8）農業交通方面。智能公路（汽車導航、流量控制、信息監測與汽車服務）、植物工廠（特種植物工廠、無土栽培技術、智能種子工程）、虛擬顯示VR機器人、信息家電（家用電器的網絡化）等等。
除此以外，眾多領域都用到了基于ARM微處理器的嵌入式技術，在生活的各個領域得到了廣泛的應用。
4結束語
基于嵌入式系統的具體產品應用是計算機工程史上的里程碑。深入到了各行各業，其已成為高科技領域中必不可少的工具。
參考文獻：
[1]魏洪興.嵌入式系統設計師教程[M].北京:清華大學出版社,2006.
[2]何立民.嵌入式相關學科與人才培養[J].北京頂嵌嵌入式培訓錄音,2010,02.
