嵌入式开发之嵌入式系统架构如何搭建？

嵌入式系统架构的搭建的好坏决定了整个嵌入式底层设计的可靠性，稳定性以及需求契合性，是非常重要的一环，马虎不得，轻心不得。一般嵌入式系统的架构搭建涉及硬件和软件两个方面，以下是详细介绍：

硬件架构搭建

• 选择微处理器 / 微控制器：根据项目的性能、功耗、成本等要求选择合适的芯片。如对于简单的控制任务，可选择低功耗、低成本的单片机；对于处理复杂图像、视频等数据的任务，可能需要高性能的 ARM 处理器或 DSP。
• 配置存储设备：包括易失性存储器（如 RAM）和非易失性存储器（如闪存、EEPROM）。RAM 用于运行程序和存储临时数据，非易失性存储器用于存储程序代码、配置信息和重要数据。
• 设计输入 / 输出接口：根据连接的外部设备选择合适的接口，如 GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC 等1。例如，连接温度传感器可能用到 ADC 接口，连接蓝牙模块可能用到 UART 接口。
• 连接外部设备：根据应用场景连接各类外部设备，如传感器（用于采集环境数据）、执行器（用于控制外部设备动作）、显示器（用于显示信息）、键盘、触摸屏（用于用户输入）等。

软件架构搭建

• 确定软件架构模式
  • 超级循环架构：适用于资源紧张、功能简单、对实时性要求不高的场合，是一个顺序执行模型，主要是一个大循环，依次执行各个任务9。
  • 前后台系统：在超级循环架构基础上引入中断机制，形成 “前台（中断）+ 后台（主循环）” 架构，适用于资源有限但任务多样、既有实时性要求又有常规处理流程的系统9。
  • 事件驱动架构：将系统分解为 “事件生产者” 和 “事件消费者”，通过事件队列解耦系统组件，常用于对异步响应要求高、用户交互多的系统9。
  • 分层架构：将系统划分为多个功能层次，如应用层、中间件层、操作系统层、硬件抽象层 / 板级支持包层、硬件层，每层只能调用下层的接口，提高了代码的模块化程度和可维护性9。
• 编写底层驱动程序：针对硬件设备编写驱动程序，实现对硬件的初始化、读写操作等功能。驱动程序封装了硬件的细节，为上层软件提供统一的接口。
• 开发中间件（可选）：根据项目需求添加中间件，如实时操作系统（RTOS）、文件系统、网络协议栈、图形库等4。RTOS 可以实现任务的调度和管理，提高系统的实时性和可靠性；文件系统用于管理存储设备上的文件；网络协议栈用于实现网络通信功能；图形库用于实现图形界面。
• 设计应用程序逻辑：根据系统的功能需求，在应用层编写代码，实现具体的业务功能，如数据采集、处理、分析，设备控制，用户界面交互等。

以下是一个简单的嵌入式系统分层架构框架图9：

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|     应用层          |
| （用户业务逻辑、   |
|   用户界面等）     |
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|     中间件层        |
| （网络协议栈、     |
|   文件系统等）      |
+---------------------+
|     操作系统层      |
|  （RTOS内核等）     |
+---------------------+
| 硬件抽象层/板级    |
|   支持包层          |
| （硬件操作接口、   |
|   启动代码等）      |
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|        硬件层       |
| （微控制器、        |
|   存储器、外设等）  |
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