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嵌入式系统及软件
2026/10/10 9:00:39 网站建设 项目流程

一、板级支持包BSP

BSP是介于主板硬件和操作系统驱动层之间的一层,一般任务属于操作系统的一部分
主要为操作系统提供底层硬件支持,并为上层驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包

BSP的两个重要特点

特点含义
硬件相关性BSP 必须针对具体硬件提供操作和控制方法
操作系统相关性不同操作系统有不同的软件层次结构,BSP 需要按特定操作系统的接口形式实现

主要功能

  • 单板硬件初始化,尤其是CPU、内存、时钟、中断等
  • 提供设备驱动程序和系统中断服务程序
  • 定制操作系统功能,提供实时多任务运行环境
  • 初始化操作系统,为内核运行做好准备

BSP通常包括Bootloader和设备驱动程序

二、嵌入式软件分层架构

从下到上:

层次主要职责
硬件层CPU、存储器、I/O 接口、传感器等物理部件
抽象层硬件抽象层 HAL、板级支持包 BSP,屏蔽硬件差异
操作系统层任务调度、存储管理、通信管理、时间管理等
中间件层提供文件系统、网络协议栈、数据库、图形界面等通用服务
应用层实现具体业务功能

其中,抽象层的核心价值是实现可移植性的:上层软件不直接依赖具体硬件

安全攸关软件与DO-178B等级

IEEE将安全攸关软件定义为:用于一个系统中,可能导致不可接受分险的软件
DO-178B/DO-178C 中软件安全等级通常分为 A~E 五级

等级失效状态说明
A 级灾难性可能导致飞机失控、人员死亡或无法安全飞行着陆
B 级危害性/危险级严重削弱飞行或控制能力,造成重大伤害
C 级严重/重大显著降低运行能力或增加机组工作负荷
D 级不严重/轻微对安全影响较小,仅造成轻微不便
E 级无影响失效不影响飞机运行能力或机组工作负荷

软件综合过程:软件验证过程、软件配置管理过程、软件质量保证过程、审定联络过程

四、嵌入式系统关键特性

  • 可裁剪性:根据系统功能需求增减模块,删除不需要的软件,使系统更紧凑
  • 高确定性:行为可预先规划、不随时间、状态变化而不可预测
  • 核心性能指标:功耗、响应时间、吞吐量
  • 可靠性指标:MTBF(平均无故障时间),在工业控制、汽车电子等场景中非常重要

五、强实时系统与实时系统

强实时系统

强实时系统必须在规定的截止时间前完成响应;一旦超时,无论超出多少,都视为系统彻底失败。其核心要求是最坏情况响应时间

实时系统的一般特性

  • 时间约束性
  • 可预测性
  • 高可靠性
  • 与外部环境交互
  • 多任务类型
  • 约束复杂
  • 可能具有短暂超载特性

六、嵌入式实时操作系统 RTOS

采用嵌入式实时操作系统的主要理由:

  • 操作系统提供的任务调度机制能有效管理多周期任务
  • 事件、信号、消息等通信机制能解决资源共享中的互斥问题
  • 使用商品化RTOS可提高可靠性,降低开发成本,提高开发效率

选择 RTOS 时应重点考虑:

  • 任务上下文切换时间短
  • 中断响应速度快
  • 内核占用空间小
  • 服务接口丰富、开放性好
  • 可靠性保障能力强
  • 支撑环境完善,可配置、可裁剪能力强

七、嵌入式实时系统时间性能评估

主要考虑:

  1. 操作系统时间开销,一般不大于整个控制系统运行时间总开销的20%
  2. 所有任务必须在规定时间期限内完成,或进行可调度性分析
  3. 任务上下文中断时间和响应时间

八、BMTS 消息通信

BMTS 用于从一个计算组件向一个或多个接受组件传输消息,具有高可靠、低延迟、微小抖动等特点

消息类型触发方式时延特性
事件触发消息事件发生时产生延迟不确定,可能丢失
速率约束消息偶发产生,但受最大速率限制承诺不超过最大传输时延
时间触发消息按精确时间片周期发送接收在指定时间片和确定抖动下传输

具有事件触发消息能的总线包括:TTE 总线、FC 总线、AFDX 总线

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