10、嵌入式程序设计与分析

嵌入式程序设计与分析

1. 引言

嵌入式程序的创建是嵌入式系统设计的核心。与编写典型的工作站或 PC 程序相比，设计和实现嵌入式程序更具挑战性。嵌入式代码不仅要提供丰富的功能，还需以所需的速率运行以满足系统期限，适应允许的内存量，并满足功耗要求。

在讨论中，我们主要关注高级编程语言，特别是 C 语言。如今，高级语言程序在嵌入式系统中已很常见。不过，若编译器的结果不够理想，程序的某些部分可能仍需用汇编语言编写。本章研究的许多分析和优化技术同样适用于汇编语言编写的程序。

接下来将介绍嵌入式软件中常用的一些软件组件，引入控制/数据流图作为高级语言程序的模型，回顾汇编和链接过程，介绍编译技术、程序性能分析方法，以及针对嵌入式计算的优化技术，讨论确保程序正确性和安全性的技术，最后给出两个设计示例。

2. 嵌入式程序的组件

嵌入式软件中常用的三种结构或组件的代码，分别是状态机、循环缓冲区和队列。状态机适用于用户界面等反应式系统，循环缓冲区和队列在数字信号处理中很有用。

2.1 状态机

2.1.1 状态机风格

当输入间歇性出现而非周期性采样时，将系统视为对这些输入做出反应是很方便的。大多数系统的反应可以根据接收到的输入和系统的当前状态来描述，这自然引出了用有限状态机风格来描述反应式系统的行为。而且，以这种方式指定行为后，用状态机风格编写实现该行为的程序是很自然的，这种编程风格也是此类计算的高效实现方式。

2.1.2 编程示例：C 语言中的状态机

以简单的安全带控制器为例，该控制器的任务是，如果有人坐在座位上且在规定时间内未系好安全带，则打开