0.导言
嵌入式技能被广泛运用于信息家器、消费电子、交流机以及机器人等产品中，与通用计算机技能不同，嵌入式体系上钩算机被置于运用环境内部特征不明显。体系对功用、体积、以及时刻等有较高的要求。杂乱的嵌入式体系面向特定运用环境，有必要支撑硬、软件削减，习惯体系对功用、本钱以及功耗等要求。
0.1 嵌入式体系与协同性
从信息传递的电特性进程剖析，嵌入式体系特征体现为，计算机技能与电子技能严密结合，难以辨明特定的物理外观和功用，处理器与外设、存储器等之间的信息交流首要以电平信号的方法在IC 间直接进行。
从嵌入深度ED来看，信息交流在IC 间越直接、越多，嵌入深度就越大。
在规划试验体系模型（图1）时，充沛考虑到软硬协同性，使其成为一个试验与研讨齐备渠道。软硬件协同性问题触及到协同性区分技能和协同性规划技能。协同性中心问题之一将触及发动加载软件Bootloader、体系板级支撑包BSP 以及嵌入式OS 之间交融和移植。协同性规划技能与体系功用、功用以及开发人员等要素相关，其中心内容为软硬件的协同描绘、验证和归纳供给一种集成环境。
嵌入式体系结构模型
图 1. 嵌入式体系结构模型
0.2 没有操作体系OS 的嵌入式体系
0.2.1 体系特色
因为体系的性质、使命、本钱等原因，没有操作体系支撑的嵌入式体系将持续很多存在。这样的体系运用专用开发工具（如：仿真在线调试器ICE 等）。经过串口或并口在ＰＣ机上联机调试程序，具有源代码调试功用。
0.2.2 局限性剖析
没有OS 的体系依照“指令次序履行+中止”的形式运转。在作者参加的前期程控交流机体系规划中，需求对不同端口量级（从10 到1000 等）的分机进行实时处理。经过树立交流体系中心硬件层（存储体、第一层I/O 等）以及用户口地址等程序；然后树立守时和非守时事情、进程以及使命中止链和使命表，运用中止对使命以及进程调度。规划人员要完结相当于部分操作体系功用的编写，导致软件结构杂乱、作业量大尤其是重复劳动。
0.3 具有OS 的嵌入式体系
图1 的2 嵌入式体系便是具有嵌入式OS 的一种结构模型。引进嵌入式OS 能够面临多种嵌入式处理器环境（如：MPU、DSP、SOC 等）供给类同的API 接口，使根据OS 上的程序具有较好的移植性。从协同区分与规划技能动身，经过嵌入式软件的函数化、产品化能够促进分工专业化，削减重复劳动。
1. Bootloader/BSP 特性
Bootloader 与BSP 合作，经过初始化硬件设备、树立内存空间映射，“屏敝”硬件环境，为调用操作体系内核和运用程序运转作好预备。
1.1 Bootloader 特性与结构剖析
Bootloader 是体系加电后首要运转的程序，首要依赖于硬件，树立一个通用版别简直不可能。即便同一CPU，硬件稍作改变，Bootloader 也有必要修正。树立杰出的BootLoader 结构，为体系二次开发以及减轻BSP的开发难度、可移植供给有利协助；一起，也是维护硬件渠道规划知识产权的重要措施。
发动进程分单阶段（Single STage）和多阶段（Multi-Stage）。从协同性区分技能视点，设备初始化程序等一般放在stage 中，stage2 设置内核参数和调用，应具有可读性和可移植性。从固态存储设备上发动的Bootloader 大多都是两阶段的发动进程。Bootloader 的存贮体和分区：Flash/RAM/固态存贮器（图2）；Flash 存储分区有接连和非接连两种方法。当体系需求多媒体等功用，用DOC（Disk ON Chip）技能处理大容量嵌入式OS 的存贮。
空间分配结构示意图
图2. 空间分配结构示意图
1.2 BSP 特性
作为板级支撑软件包BSP 处在一个软硬件接壤的中心方位，结构与功用随体系运用规模体现较大的差异。不同的硬件环境和操作体系，BSP 具有不同的内容与结构。从协同性视点，在体系规划初始阶段，就有必要考虑BSP 可移植性、生成组件性以及快速性。如，BSP 的编程大多数是在成型的模板上进行，坚持与上层OS 正确的接口。
2. Bootloader/BSP 协同性与规划
在建构嵌入式体系的进程中，应从体系结构和协同性视点，重视底层软件的规划。bootloaer 和BSP构成底层软件规划的中心内容，与硬件、进程、功用区分结合严密。
2.1 Bootloader 与BSP 协同性剖析流程
首要用对使命所触及的功用和进程进行体系级区分，确认将功用区分给软件仍是硬件，对履行确认相关的“推迟”特性。构成模型创立、装备、*估等协同流程，战胜传统孤立的规划形式。在面临体系低层软件Bootloader 与BSP 规划时，在前面剖析体系结构以及特性基础上，给出如下体系性流程图。
体系底层软件结构模型
图 3. 体系底层软件结构模型
2.2 根据ARM-μCLinux 体系bootloader 规划
在体系结构模型以及规划流程的基础上，下面经过实例阐明bootloader 的首要规划进程。
根据ARM-μCLinux 嵌入式体系的发动引导进程：经过串口更新体系软件渠道，完结发动、初始化、操作体系内核的固化和引导等。硬件渠道由内嵌ARM10 的处理器、存储器2MBFlash 和16MBSDRAM、串口以及以太网口组成。软件渠道组成：体系引导程序、嵌入式操作体系内核、文件体系。选用Flash 存储bootloader、内核等，直接拜访内核地点地址区间的首地址。
2.3 μCLinux 内核的加载
体系选用μCLinux 自带的引导程序加载内核，用自举形式和内核发动形式彼此切换；一起，切换到内核发动形式，主动安全地发动体系。针对ARM7TDMI 的无MMU 特性，选用修正后的μCLinux 内核引导程序加载操作体系和初始化环境，处理内核加载的地址重映射问题和操作体系的内存办理问题。
2.4 WinCE 体系下BootLoader
完结定制WinCE 的加载首要作业是编写发动加载程序bootloader 和板级支撑包BSP。Bootloader 触及到根本的硬件操作，如CPU 的结构、指令等，一起触及以太网下载协议TFTP 和映像文件格局。Bootloader支撑指令输入的方法，不必人工干预加载WinCE，其主控部分经过串口来接收用户的指令。
2.5 体系板级支撑包BSP
因为硬件环境、Bootloader 映射规模以及二次开发等原因，体系发动加载程序Bootloader 不能把经过裁剪的OS 直接引导进入硬件环境，需求树立BSP 文件，如VxWorks 的BSP 和Linux 的BSP 相关于某一CPU 来说虽然完成的功用相同，写法和接口界说能够彻底不同。BSP 的结构与内容差异性较大，根据不同的体系和运用环境，应规划树立合理、安稳的BSP 内核。
2.6 穿插交融
在剖析进程、使命区分以及体系协同性的基础上，对体系底层软件规划应考虑Bootloader、BSP、接口以及运用程序穿插与交融。运用 BSP 组成灵活性，规划充沛考虑软硬件协同。接口驱动程序，如网络驱动、串口驱动和体系下载调试、部分运用程序可添加到BSP 中，从体系结构的视点是，简化软件层次和硬件尤其是存贮体系结构，当操作体系运转于硬件相对固定的体系，BSP 也相对固定，不需求做任何改动，树立独立的运用程序包。假如BSP 中的运用程序不断晋级，将对体系安稳性形成影响。
图 4 表征了嵌入式体系三个软件环节的结构改变，Bootloader、BSP、接口驱动程序以及部分运用程序将发生交融与穿插。关于一次开发功用强大的嵌入式体系，应充沛利用嵌入式处理器供货商供给的Bootloader，使树立BSP 的进程变得相对简单。
软件穿插与交融示意图
图 4. 软件穿插与交融示意图
3.结束语
经过对嵌入式体系结构与协同性讨论，剖析了嵌入式体系的特色和协同性。运用结构协同思路与流程，树立一个结构杰出与嵌入式中心硬件层密切相关的 Bootloader 和BSP，对顺畅植入裁剪杰出的OS、简化软件结构以及维护硬件渠道知识产权都有重要意义。嵌入式处理器品种多，体系结构不尽相同，Bootloader 和BSP 的内容随之会发生差异，应充沛考虑体系协同问题，防止传统的屡次规划、重复试验的方法，为实践运用供给有利协助。
