嵌入式系統(tǒng)及其軟件理論與實(shí)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(huì)(IEEE)定義…………………………………………… 1
1．1．3　?ARTEMIS?報(bào)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(dòng)了嵌入式技術(shù)的國家和多國合作專項(xiàng)開發(fā)項(xiàng)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(cè)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(diǎn)………………………………………………… 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(shí)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(cè)試開始新基本認(rèn)知…………………………………………………… 37
2．5．1　對(duì)嵌入式軟件測(cè)試的基本認(rèn)識(shí)…………………………………………………… 37
2．5．2　嵌入式軟件的測(cè)試………………………………………………………………… 38
2．6　嵌入式軟件測(cè)試的通用策略和一般流程……………………………………………… 39
2．6．1　嵌入式軟件測(cè)試各個(gè)階段的通用策略…………………………………………… 39
2．6．2　嵌入式軟件測(cè)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(cè)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(tái)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(tái)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(shí)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(cè)試工具的局限性…………………………………………………… 62
4．1．3　傳統(tǒng)“黑盒”測(cè)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(cè)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(cè)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(jí)語言全數(shù)字仿真……………………………………………………………… 70
4．4．5　對(duì)通用開發(fā)環(huán)境的測(cè)試支持與集成……………………………………………… 71
4．4．6　全數(shù)字仿真的實(shí)時(shí)………………………………………………………………… 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(diǎn)與嵌入式打點(diǎn)的例子……………………………………………… 72
4．5．2　嵌入式插樁的例子………………………………………………………………… 74
4．6　簡化的自動(dòng)化單元測(cè)試………………………………………………………………… 75
4．6．1　過　程……………………………………………………………………………… 75
4．6．2　環(huán)境構(gòu)造器………………………………………………………………………… 75
4．6．3　測(cè)試實(shí)例執(zhí)行管理器……………………………………………………………… 76
4．6．4　測(cè)試報(bào)告生成器…………………………………………………………………… 76
4．6．5　代碼覆蓋率………………………………………………………………………… 76
4．7　超實(shí)時(shí)、欠實(shí)時(shí)全數(shù)字仿真…………………………………………………………… 77
4．8　軟硬件協(xié)同驗(yàn)證全數(shù)字仿真技術(shù)……………………………………………………… 77
4．8．1　EDA 設(shè)計(jì)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(yàn)證的模型開發(fā)……………………………………………………… 79
4．8．5　里程與實(shí)施………………………………………………………………………… 79
4．8．6　計(jì)劃實(shí)施的時(shí)間與內(nèi)容分配……………………………………………………… 80
4．9　全數(shù)字仿真嵌入式軟件測(cè)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(shí)時(shí)(SimulatedRealTime)(源自原則(8))……………………………… 85
5．1．7　特點(diǎn)(Features)…………………………………………………………………… 85
5．1．8　開環(huán)測(cè)試…………………………………………………………………………… 87
5．1．9　閉環(huán)測(cè)試…………………………………………………………………………… 87
5．1．10　故障注入………………………………………………………………………… 88
5．1．11　測(cè)　試…………………………………………………………………………… 88
5．1．12　廣義測(cè)試(源自原則(7))………………………………………………………… 88
5．1．13　總　結(jié)…………………………………………………………………………… 89
5．2　基于真實(shí)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(shí)時(shí)SimulatedRealTime(原則(8))…………………………………… 91
5．2．7　特　點(diǎn)……………………………………………………………………………… 91
5．2．8　開環(huán)測(cè)試…………………………………………………………………………… 91
5．2．9　閉環(huán)測(cè)試…………………………………………………………………………… 92
5．2．10　故障注入………………………………………………………………………… 92
5．2．11　測(cè)　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(shí)時(shí)(SimulatedRealTime)(原則(8))………………………………… 95
5．3．7　特　點(diǎn)……………………………………………………………………………… 95
5．3．8　開環(huán)測(cè)試…………………………………………………………………………… 95
5．3．9　閉環(huán)測(cè)試…………………………………………………………………………… 96
5．3．10　故障注入………………………………………………………………………… 96
5．3．11　測(cè)　試…………………………………………………………………………… 96
5．3．12　總　結(jié)…………………………………………………………………………… 96
5．4　對(duì)通用開發(fā)環(huán)境的測(cè)試支持與集成…………………………………………………… 97
5．4．1　測(cè)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(cè)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(duì)真實(shí)目標(biāo)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)白盒開發(fā)/測(cè)試(硬件輔助實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)仿真技術(shù)概述…………………………………………………………………… 104
6．2．1　概　述…………………………………………………………………………… 104
6．2．2　實(shí)時(shí)仿真的概念/構(gòu)成實(shí)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(cè)試原理………………………………………… 114
6．4．2　全物理仿真黑盒開發(fā)/仿真/測(cè)試拓?fù)洹?114
6．4．3　全物理仿真黑盒開發(fā)/仿真/測(cè)試功能………………………………………… 114
6．4．4　實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡介……………………………………………………………… 116
6．4．5　系統(tǒng)測(cè)試………………………………………………………………………… 116
6．4．6　嵌入式仿真測(cè)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(diǎn)………………………………………………………………… 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(cè)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(shí)踐———工具平臺(tái)及其實(shí)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(cè)評(píng)………………………………………… 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(tái)………………………………………… 265
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………… 292