嵌入式系統(tǒng)及其軟件理論與實踐：基于超系統(tǒng)論

第1章　嵌入式系統(tǒng)及其軟件與嵌入技術(shù)……………………………………………………… 1
1．1　嵌入式系統(tǒng)概述………………………………………………………………………… 1
1．1．1　一般性描述………………………………………………………………………… 1
1．1．2　國際電氣與電子工程協(xié)會(IEEE)定義…………………………………………… 1
1．1．3　?ARTEMIS?報告定義…………………………………………………………… 1
1．1．4　從應(yīng)用的角度看…………………………………………………………………… 2
1．1．5　從與信息技術(shù)相關(guān)性的角度看…………………………………………………… 2
1．2　嵌入式系統(tǒng)、嵌入式軟件發(fā)展前景展望………………………………………………… 3
1．3　新的視角………………………………………………………………………………… 3
1．3．1　一部曲嵌入技術(shù)的前世今生……………………………………………………… 4
1．3．2　二部曲軍閥混戰(zhàn)…………………………………………………………………… 5
1．3．3　三部曲中國人的登場……………………………………………………………… 7
1．4　各國競相發(fā)展嵌入技術(shù)………………………………………………………………… 7
1．4．1　中國核高基………………………………………………………………………… 7
1．4．2　歐美也啟動了嵌入式技術(shù)的國家和多國合作專項開發(fā)項目…………………… 8
1．4．3　工業(yè)4．0和中國制造2025 ……………………………………………………… 16
1．5　從最新技術(shù)發(fā)展看嵌入技術(shù)…………………………………………………………… 17
1．5．1　從應(yīng)用來看………………………………………………………………………… 17
1．5．2　從技術(shù)上看………………………………………………………………………… 25
第2章　軟件和嵌入式軟件的開發(fā)技術(shù)和測試……………………………………………… 27
2．1　軟件的概念……………………………………………………………………………… 27
2．1．1　一般軟件的定義…………………………………………………………………… 27
2．1．2　軟件的特性………………………………………………………………………… 27
2．1．3　軟件擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧?28
2．1．4　軟件的分類………………………………………………………………………… 28
2．2　嵌入式應(yīng)用……………………………………………………………………………… 29
2．3　嵌入式軟件……………………………………………………………………………… 29
2．3．1　嵌入式軟件的復(fù)雜度在增高……………………………………………………… 30
2．3．2　嵌入式系統(tǒng)軟硬件緊密耦合……………………………………………………… 30
2．3．3　嵌入式系統(tǒng)及其軟件的其他特點………………………………………………… 31
2．4　嵌入式開發(fā)技術(shù)………………………………………………………………………… 32
2．4．1　嵌入式調(diào)試………………………………………………………………………… 33
2．4．2　嵌入式軟件調(diào)試器的實現(xiàn)技術(shù)…………………………………………………… 33
2．4．3　片上調(diào)試(OnChipDebugging,OCD) ………………………………………… 34
2．4．4　嵌入式軟件調(diào)試工具……………………………………………………………… 34
2．4．5　參考資料…………………………………………………………………………… 35
2．4．6　ROM 監(jiān)控器(ROM monitor)…………………………………………………… 37
2．5　從嵌入式軟件測試開始新基本認(rèn)知…………………………………………………… 37
2．5．1　對嵌入式軟件測試的基本認(rèn)識…………………………………………………… 37
2．5．2　嵌入式軟件的測試………………………………………………………………… 38
2．6　嵌入式軟件測試的通用策略和一般流程……………………………………………… 39
2．6．1　嵌入式軟件測試各個階段的通用策略…………………………………………… 39
2．6．2　嵌入式軟件測試一般流程………………………………………………………… 42
第3章　嵌入式系統(tǒng)及其軟件的新理論體系………………………………………………… 43
3．1　嵌入式系統(tǒng)及其軟件的基本理論和原則概述………………………………………… 43
3．1．1　從嵌入式軟件測試說起…………………………………………………………… 43
3．1．2　嵌入式技術(shù)的基礎(chǔ)理論…………………………………………………………… 43
3．1．3　嵌入技術(shù)仿真平臺建立及嵌入式系統(tǒng)工程的理論與方法論…………………… 45
3．1．4　仿真平臺及嵌入式系統(tǒng)工程理論與方法論的國學(xué)方法論……………………… 45
3．2　實現(xiàn)的原則(原理)……………………………………………………………………… 46
第4章　全數(shù)字虛擬化方法…………………………………………………………………… 62
4．1　單機(jī)系統(tǒng)的全數(shù)字仿真技術(shù)…………………………………………………………… 62
4．1．1　嵌入式系統(tǒng)及其軟件開發(fā)環(huán)境的仿真方式……………………………………… 62
4．1．2　傳統(tǒng)“白盒”測試工具的局限性…………………………………………………… 62
4．1．3　傳統(tǒng)“黑盒”測試工具的局限性…………………………………………………… 63
4．2　全數(shù)字虛擬化軟硬件的分離需要考慮的方面………………………………………… 64
4．3　全數(shù)字仿真用于嵌入式系統(tǒng)及其軟件的解決方案…………………………………… 65
4．3．1　全數(shù)字仿真概念…………………………………………………………………… 65
4．3．2　全數(shù)字仿真工作方式……………………………………………………………… 66
4．4　全數(shù)字仿真嵌入式軟件測試的功能…………………………………………………… 67
4．4．1　外部事件仿真技術(shù)………………………………………………………………… 67
4．4．2　各種白盒測試……………………………………………………………………… 68
4．4．3　匯編語言(目標(biāo)碼、機(jī)器碼)全數(shù)字仿真………………………………………… 69
4．4．4　高級語言全數(shù)字仿真……………………………………………………………… 70
4．4．5　對通用開發(fā)環(huán)境的測試支持與集成……………………………………………… 71
4．4．6　全數(shù)字仿真的實時………………………………………………………………… 71
4．5　詳論全數(shù)字仿真侵入/干預(yù)/插樁方式………………………………………………… 71
4．5．1　非嵌入式打點與嵌入式打點的例子……………………………………………… 72
4．5．2　嵌入式插樁的例子………………………………………………………………… 74
4．6　簡化的自動化單元測試………………………………………………………………… 75
4．6．1　過　程……………………………………………………………………………… 75
4．6．2　環(huán)境構(gòu)造器………………………………………………………………………… 75
4．6．3　測試實例執(zhí)行管理器……………………………………………………………… 76
4．6．4　測試報告生成器…………………………………………………………………… 76
4．6．5　代碼覆蓋率………………………………………………………………………… 76
4．7　超實時、欠實時全數(shù)字仿真…………………………………………………………… 77
4．8　軟硬件協(xié)同驗證全數(shù)字仿真技術(shù)……………………………………………………… 77
4．8．1　EDA 設(shè)計概述…………………………………………………………………… 77
4．8．2　問題的提出………………………………………………………………………… 77
4．8．3　協(xié)同仿真CoSimulation環(huán)境…………………………………………………… 77
4．8．4　軟硬件協(xié)同驗證的模型開發(fā)……………………………………………………… 79
4．8．5　里程與實施………………………………………………………………………… 79
4．8．6　計劃實施的時間與內(nèi)容分配……………………………………………………… 80
4．9　全數(shù)字仿真嵌入式軟件測試應(yīng)用適用性……………………………………………… 80
4．9．1　適用性……………………………………………………………………………… 80
4．9．2　局限性……………………………………………………………………………… 81
第5章　半數(shù)字/半物理固件方法……………………………………………………………… 82
5．1　基于仿真目標(biāo)機(jī)的嵌入式仿真(單機(jī)系統(tǒng))…………………………………………… 82
5．1．1　原　則……………………………………………………………………………… 82
5．1．2　軟硬件分離………………………………………………………………………… 82
5．1．3　構(gòu)　成……………………………………………………………………………… 82
5．1．4　基本概念…………………………………………………………………………… 83
5．1．5　目　的……………………………………………………………………………… 84
5．1．6　仿真實時(SimulatedRealTime)(源自原則(8))……………………………… 85
5．1．7　特點(Features)…………………………………………………………………… 85
5．1．8　開環(huán)測試…………………………………………………………………………… 87
5．1．9　閉環(huán)測試…………………………………………………………………………… 87
5．1．10　故障注入………………………………………………………………………… 88
5．1．11　測　試…………………………………………………………………………… 88
5．1．12　廣義測試(源自原則(7))………………………………………………………… 88
5．1．13　總　結(jié)…………………………………………………………………………… 89
5．2　基于真實目標(biāo)機(jī)的半數(shù)字半物理嵌入式仿真(單機(jī)系統(tǒng))…………………………… 89
5．2．1　原　則……………………………………………………………………………… 89
5．2．2　軟硬件分離………………………………………………………………………… 89
5．2．3　構(gòu)　成……………………………………………………………………………… 90
5．2．4　基本概念…………………………………………………………………………… 90
5．2．5　目　的……………………………………………………………………………… 91
5．2．6　仿真的實時SimulatedRealTime(原則(8))…………………………………… 91
5．2．7　特　點……………………………………………………………………………… 91
5．2．8　開環(huán)測試…………………………………………………………………………… 91
5．2．9　閉環(huán)測試…………………………………………………………………………… 92
5．2．10　故障注入………………………………………………………………………… 92
5．2．11　測　試…………………………………………………………………………… 92
5．2．12　總　結(jié)…………………………………………………………………………… 92
5．3　基于原型目標(biāo)機(jī)半數(shù)字仿真嵌入式仿真(單機(jī)系統(tǒng))………………………………… 93
5．3．1　原　則……………………………………………………………………………… 93
5．3．2　軟硬件分離………………………………………………………………………… 93
5．3．3　構(gòu)　成……………………………………………………………………………… 94
5．3．4　基本概念…………………………………………………………………………… 94
5．3．5　目　的……………………………………………………………………………… 95
5．3．6　仿真的實時(SimulatedRealTime)(原則(8))………………………………… 95
5．3．7　特　點……………………………………………………………………………… 95
5．3．8　開環(huán)測試…………………………………………………………………………… 95
5．3．9　閉環(huán)測試…………………………………………………………………………… 96
5．3．10　故障注入………………………………………………………………………… 96
5．3．11　測　試…………………………………………………………………………… 96
5．3．12　總　結(jié)…………………………………………………………………………… 96
5．4　對通用開發(fā)環(huán)境的測試支持與集成…………………………………………………… 97
5．4．1　測發(fā)一體化原則的應(yīng)用…………………………………………………………… 97
5．4．2　GPS原則的應(yīng)用………………………………………………………………… 97
5．5　半物理仿真侵入/干預(yù)/插樁方式……………………………………………………… 97
5．5．1　侵入(干預(yù),插樁)的基本思想…………………………………………………… 97
5．5．2　侵入/干預(yù)/插樁方式的功能……………………………………………………… 97
5．6　半物理半數(shù)字仿真嵌入式軟件測試應(yīng)用適用性……………………………………… 98
5．6．1　適用性……………………………………………………………………………… 98
5．6．2　局限性……………………………………………………………………………… 98
第6章　嵌入式在環(huán)的全物理方法…………………………………………………………… 99
6．1　對真實目標(biāo)機(jī)進(jìn)行實時白盒開發(fā)/測試(硬件輔助實時在線)……………………… 99
6．1．1　問題的提出………………………………………………………………………… 99
6．1．2　方案比較和基本方法……………………………………………………………… 99
6．1．3　軟件系統(tǒng)的“邏輯分析儀”……………………………………………………… 102
6．2　實時仿真技術(shù)概述…………………………………………………………………… 104
6．2．1　概　述…………………………………………………………………………… 104
6．2．2　實時仿真的概念/構(gòu)成實例……………………………………………………… 108
6．3　嵌入式快速原型目標(biāo)機(jī)……………………………………………………………… 111
6．3．1　一般仿真原型機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建……………………………………………………… 111
6．3．2　嵌入式快速原型目標(biāo)機(jī)………………………………………………………… 113
6．4　全物理仿真…………………………………………………………………………… 113
6．4．1　全物理仿真黑盒開發(fā)/仿真/測試原理………………………………………… 114
6．4．2　全物理仿真黑盒開發(fā)/仿真/測試拓?fù)洹?114
6．4．3　全物理仿真黑盒開發(fā)/仿真/測試功能………………………………………… 114
6．4．4　實時操作系統(tǒng)簡介……………………………………………………………… 116
6．4．5　系統(tǒng)測試………………………………………………………………………… 116
6．4．6　嵌入式仿真測試環(huán)境…………………………………………………………… 117
6．5　虛擬儀器技術(shù)………………………………………………………………………… 117
6．5．1　概　念…………………………………………………………………………… 117
6．5．2　思想的形成……………………………………………………………………… 118
6．5．3　虛擬儀器系統(tǒng)…………………………………………………………………… 118
6．5．4　虛擬儀器的組成………………………………………………………………… 118
6．5．5　虛擬儀器的功能………………………………………………………………… 118
6．5．6　虛擬儀器的特點………………………………………………………………… 118
6．5．7　虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集(DAQ)方式……………………………………………… 119
6．5．8　虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展…………………………………………………………… 119
6．6　全物理黑、白盒結(jié)合(灰盒)的測試…………………………………………………… 120
6．6．1　如何結(jié)合………………………………………………………………………… 120
6．6．2　黑、白盒結(jié)合的結(jié)構(gòu)……………………………………………………………… 120
6．7　全物理仿真應(yīng)用適用性……………………………………………………………… 121
6．7．1　適用性…………………………………………………………………………… 121
6．7．2　局限性…………………………………………………………………………… 121
第7章　基于嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)………………………………………………………… 122
第8章　新一代系統(tǒng)論及其基礎(chǔ)上的人/機(jī)/物工程管理…………………………………… 148
第9章　理論結(jié)合實踐———工具平臺及其實施……………………………………………… 177
附錄1　TCL腳本語言教程…………………………………………………………………… 211
附錄2　衛(wèi)星導(dǎo)航定位與位置服務(wù)產(chǎn)品及軟件測評………………………………………… 233
附錄3　衛(wèi)星導(dǎo)航定位與位置服務(wù)公共云服務(wù)平臺………………………………………… 265
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………… 292