摘要：单片机是目前各类电器产品制造中不可缺少的部分，尤其是在家用电器、智能仪器仪表、工业自动化、生产过程中的运用更为普遍。单片机的应用越来越广泛，而单片机嵌入式系统的开发也就变得越来越重要。嵌入式系统是随着计算机技术的发展而出现的一种专用系统，能够实现强大的远端传输以及控制等功能。本文探讨了单片机嵌入式系统的开发设计，希望为提高单片机的性能提供一定借鉴。
关键词：单片机；嵌入式系统；开发；研究
引言
嵌入式单片机的稳定性与电力系统的可靠性密切相关，技术应用不当就会造成错误增加，并且系统可能出现故障，从而导致重大损失。确保单片机系统的稳定运行。单片机的嵌入式系统基于计算机技术，其核心部分是应用，可分为硬件和软件。它可以严格控制功耗，体积和成本，是一个专用的计算机系统，可以应用于应用系统。嵌入式系统也可以理解为用户不能直接观察到的计算机系统，但是用于植入微控制器内部。
1嵌入式系统在单片机中的开发应用程序
1.1 应用程序开发的过程
在设计单片机上的应用程序过程中，需要从以下几方面考虑：
（1）目标机和宿主机的开发。宿主机的开发功能主要是对定址、链接以及编码进行执行。而目标机的功能主要是运行承载嵌入式系统的软件。对于目标机来说，其运行过程中，需要经过定址、链接、编译等三个步骤将程序变换成为二维码代码。其中编译过程主要是由在一台计算机上运行，同时为利用在另一台计算机上产生相应编码的编码器来完成。对于链接过车它功能来说，主要是对编译过程编写的各种文件进行整合，并将其链接为同一目标文件。对于定址过程来说，主要是在每个目标文件中，指定相应的存储器地址。
（2）对目标机上应用程序进行调试。
开发系统时，对应用程序进行调试这一环节是必不可少的。一般情况下，主要是利用交叉调试器来调试目标机和宿主机。在调试时，要把宿主机上的操作系统和应用程序下载下来，并将其存入目标机的部件中。随后进行源码级、汇编级、任务级交叉调试。另外，在调试过程中，需要利用目标监视器控制应用程序，使之与调试器能够相互配合，从而完成运行、调试、下载等任务。
（3）设计嵌入式系统。
单片机中应用程序需要由嵌入式系统提供操作支持。在设计系统软件时，主要涵盖IEC、CAD、PCD等三个软件，其设计任务主要是流程设计、编码调试、模块划分以及资源配置等。这些任务贯穿于整个设计过程，同时在设计时既要考虑系统的工作可靠性和能耗性，又要考虑应用编码的灵活性。
1.2 开发应用程序的硬件设计
对单片机上的应用程序硬件进行设计过程中，包括以下几个模块设计：
（1）电源管理模块。
在使用单片机时，其内部系统应用程序的电源管理是非常重要的。这是因为元器件不同，其工作电压也是不同的。例如：MC9X128单片机，其工作电压是5V，图形观感器为3.0V，芯片是7.2V，编码器是5V。为了能够满足供电需求，使各个元器件之间没有干扰现象出现。在设计过程中，需要对其进行单独供电。利用蓄电池对芯片进行直接供电，然后对芯片进行降压处理，压力稳定之后，对其他需电模块进行供电。同时在芯片电源处和引脚处连续接入几个降压二极管，以此实现电源为单片机持续供电。
（2）识别路径模块。
对于这一模块来说，需要用到传感器。如CMOS图像触感器、光电和电磁传感器等。利用传感器对路径信息进行收集，在传感器内部集成视频分离单元和模数转换单元，这样视频信号和AD转换便可在芯片里完成，可以最大限度降低单片机负担。同时，当传感器将点的信息扫描到之后，会自动转化此点的灰度值，使其变成0-255的数字量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在此过程中，其户捕捉上升跳变，当捕捉到之后，会出现中断现象，在中断期间，对数据量进行合理的计算，从而获得相应的路径信息。
1.3 μC/OS-Ⅱ的移植
（1）由于μC/OS-Ⅱ能够在同一时间内执行多个任务，并使之统一运行，因此，其内部的同一个函数可能会被多次调用。基于此，在对其进行移植过程中，需要利用系统处理器内部C语言编辑器对其重入代码进行编译，使之能够及时生成重入代码。在此过程中，系统处理器要定时中断，为重入代码生成提供保障。
（2）在移植过程中，需要工作人员利用C语言对程序进行编写，通过对相关内容进行编程，以程序代码有效控制系统，并使其具备关闭、中断、打开等功能。以这些功能特点为基础，利用系统处理器的储存数据功能，对大量数据硬件进行堆栈，以此来满足单片机执行多任务需求。同时利用系统处理器中的堆栈指针对16位或者是32位CPU进行指令清除、存储以及读取等。
（3）在移植过程中，要注重对μC/OS-Ⅱ中的OS CPU.H文件进行修改，修改内容包含CPU属性、基本定义等。在此过程中，利用C语言对该文件进行进一步的编写。这样可以构建一个以任务堆栈、任务代码编写、任务创建、系统初始化以及任务启动为流程的应用程序。
1.4 移植测试
在移植成功之后，需要对其进行测试。在测试过程中，需要对其内核、函数调用以及通信与同步进行测试。其中内核测试主要是指在没有任何应用程序支持下，在OS_CFG.H文件中可以使用所有功能。函数调用测试主要是指在开发环境中对源代码进行实操测试，并将应用程序下载到单片机开发板上，在此过程中，对开发板上LED灯的灭或者是亮进行控制，观察其结果与预期是否一致。对于通信与同步测试来说，主要是指上述测试完成之后，为了保证系统应用程序能够在单片机上稳定、正常运行，需要对其进行通信与同步测试。
2单片机嵌入式系统的微内核
2.1 微内核结构
单片机嵌入式系统的微内核主要由以下两个部分构成：资源管理调度系统与硬件映射系统。前者主要用于各种资源的存储管理，并实现单片机与计算机之间的通信传输。后者主要用于将硬件结构映射在相应的平台上，实现系统方面的功能。微内核结构的应用，有效的减轻了单片机运行过程中的负担，对其集成性能有着显著的提高，并且还能改善其移植能力和拓展能力。一般来说，微内核没有shell 以及图形用户接口，因此它的某些功能是可以去除的；再就是操作系统与应用程序不是非常明确，或者说前者也属于后者中的一部分；内存容量不大，所需存储功能并不复杂，多数情况下都是直接采用的物理地址，构成相对比较简单。而且，微内核在任务划分上也比较简洁，具有一定的可预见性。
2.2 微内核结构对单片机性能的影响
微内核结构的应用，尽管可以有效的改善嵌入系统的移植能力和拓展能力，但是随着系统功能要求的不断提高，微内核也变得越来越复杂，进而影响到系统的整体性能，尤其是嵌入式系统在单片机中的通用性。人们在运用单片机时，都是通过远程设备来进行控制的，在这一过程中，微内核都会参与其中，对数据进行频繁的复制，大大增加了系统运行的负担，同时微内核还会受到传统操作流程的限制，对操作系统的功能造成不利影响，因此就要对微内核进行不断的优化，从而在整体上提升系统的运行效率。
结束语
随着单片机的应用越来越广泛，单片机嵌入式系统的开发设计成为相关领域的热门研究课题。本文通过对嵌入式系统的分析，对基于单片机的嵌入式系统开发及其内核结构进行了研究，希望可以有效的提高单片机的运行性能、通用性能，最终实现单片机的集成化发展。
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论文作者:高阳1,于雅慧2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
标签：单片机论文; 系统论文; 嵌入式系统论文; 内核论文; 过程中论文; 应用程序论文; 对其论文; 《基层建设》2019年第21期论文;