嵌入式开发环境和硬件平台调研报告.docx
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嵌入式开发环境和硬件平台调研报告
嵌入式开发环境和硬件平台调研报告
嵌入式开发环境和硬件平台调研报告
调研的主要目标：
软件：
●找到一款适合今后发展的嵌入式软件开发平台，此平台适合大多数嵌入式硬件开发；
●满足主流应用开发（例如物联网应用，手持机开发，各类接口，通讯协议，常见器件等）。
●开发周期短。
IDC预计，到，ARM在嵌入式处理器市场的份额将提升至68%，高于的60%。
由此看出未来嵌入式将进入ARM的时代。
考虑到了未来发展，硬件上采用的是32位arm核心的MCU处理器。
这样就围绕着arm来确定开发的软件环境。
首先说说arduino，紧接着是MBED，其次是Keil和IAR，再是coocex，最后是各个厂家自己的arm开发环境。
硬件：
●选择需要满足今后若干年（10~20年）不会落后，具有先进的前瞻性技术。
●产品性能稳定可靠，功耗要低。
●应用前景广泛，各类硬件接口丰富。
●开发周期短。
●技术支持力度强。
主流厂商，销量大，技术支持好（案例多）产品生态链全。
为适应未来发展，选择了arm核的32位嵌入式MCU，核心是基于精简指令集（RSIC）的ARM系列，现在主要是ARM的cortex-M系列芯片。
软硬件环境相互关联，首先是硬件决定软件，软件开发的难易程度，技术支持度又反过来决定具体的硬件。
当然本次选型中主要集中在了arm系列的软硬件环境，这是由于现在最多的嵌入式开发都集中在ARM上。
我们人手一部的手机，工业控制mcu短短几年也被arm占去很大一块市场。
知名的半导体厂商NXP也提出今后其全面转向arm市场。
一、下面先介绍软件开发环境：
开发环境调研找了很多，有arduino，mbed，cocoon，keil，air，各半导体厂商自己的IDE，各家都有优点。
最终确定以mbed和STM32cubemx两个环境交互使用（两个环境代码基本通用），当需要跑仿真和分析时用KEIL。
这样确保了无论在何种情况下都能够将工程不停顿的进行下去。
下面将选型中几个很有特色的开发环境一一列出，除了arduino，它们有个共同特点，都支持大多数半导体厂商的ARMcortex-M系列芯片。
还有个小强，叫：
arduino，无硬件基础的人能够快速上手。
1、Arduino：
Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（ArduinoIDE）。
Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（ArduinoIDE）。
硬件部分是能够用来做电路连接的Arduino电路板，MCU是爱特梅尔公司的8位51单片机（近些年也出了3款arm核的开发板）；另外一个则是ArduinoIDE。
编程语言：
C/C++。
中文官网：
平台特点：
可在Windows、MacintoshOSX、Linux三大主流操作系统上运行。
简单清晰：
ArduinoIDE基于processingIDE开发。
对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。
Arduino语言不需要太多的单片机基础、编程基础。
开放性：
Arduino的硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，在开源协议范围内里能够任意修改原始设计及相应代码。
发展迅速：
Arduino不但仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。
Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。
仅仅凭借十几款8位51核的mcu和开源的软硬件环境在短短十年，从无到有风靡全球，最大的优势在于庞大的库资源，能够减少大量在硬件上花费的精力，使其开发周期能够很短，开发难度很低。
近些年arduino已经开始应用到无人机，3D打印机，可穿戴设备。
可是其选型中对功耗的考虑较少，导致可穿戴设备只能测试，不能用于实际工程。
内存不足，导致很多高端应用无法展开。
其高端mcu（ARM核）arduinoDUE的板子上市晚（底上市），支持力度不足。
使其在高端开发上受阻。
2、Mbed：
arduino的成功很大的刺激了各大半导体厂商，这其中就有ARM公司。
她自己也做了一个公用开发平台，在上线了MBED。
其基本上完全效仿了arduino的开发形式，即简短精炼的开发语句，最少的涉及硬件，mbed还把很多与硬件相关的程序使用中间件进行封装，这使得操作硬件不必再特意关心底层驱动，开发者只需要调用友好接口就能够。
开发资源首先由厂商提供，扩充由开发者共享到网上。
在web平台上建立论坛讨论。
所有软硬件资源开源。
现在已经有近20家半导体厂商提供了自己的mbed开发板。
下面是arm公司的mbed网站自己对mbed的定义：
使用mbed能够开发什么？
首先，您能够非常快速地设计项目原型。
mbed操作系统可为您处理与硬件通信的繁琐工作，而且不特定于板。
这就意味着，您在mbed操作系统上编写的代码可在任何板上运行，因此您能够试用不同的板而无需重新编写代码。
为进一步帮助您进行原型设计和测试，mbed不但提供了操作系统，还提供了与云进行交互的方式、编程环境、调试接口和测试工具。
其次，您无需切换mbed工具即可将原型转化为产品。
mbed工具包括设备端安全，云连接（包括负载平衡、服务器安全和多种通信协议），以及其它开发人员服务。
mbed是一个面向ARM处理器的原型开发平台，它具体包括免费的软件库（SDK），硬件参考设计（HDK）和在线工具（Web）三部分内容，各个部分的具体介绍如下：
SDK：
mbed设计了一个硬件抽象层，从而屏蔽了不同mcu厂商提供了微处理之间的差异，对于用户来说，她只需要和这个硬件抽象层打交道即可，也就是说，用户基于mbed开发的应用能够很方便地更换使用不同厂商的arm微处理器，从而留给用户更多的选择。
HDK：
HDK是mbed提供的硬件参考设计，它是面向用户开发设计的，因此HDK提供了统一了程序上载接口，单步调试接口，串口调试接口，用户无需购买其它硬件就能够开始软件开发工作。
WEB：
为了省去用户开发环境安装的麻烦，mbed提供了一个完备的基于浏览器的微处理器软件开发环境，包括代码编写，程序编译，版本控制等功能，用户只要上网就能够开发，编译结果只要下载保存到mbed开发板上即可工作，非常方便。
3、Keil软件：
1、Keil公司原来由两家私人公司联合运营，分别是德国慕尼黑的KeilElektronikGmbH和美国德克萨斯的KeilSoftwareInc。
Keil公司在被ARM公司收购。
ARM现在有针正确开发环境MDK-ARM软件，为基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9处理器设备提供了一个完整的开发环境。
MDK-ARM专为微控制器应用而设计，不但易学易用，而且功能强大，能够满足大多数苛刻的嵌入式应用。
是各类MCU开发最基础最常见的开发环境，基本上所有MCU都能够在此环境中进行开发，在朝库调用的方式精简开发。
KeilMDK功能特点
∙完美支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列器件。
∙行业领先的ARMC/C++编译工具链
∙确定的KeilRTX，小封装实时操作系统（带源码）
∙μVision4IDE集成开发环境，调试器和仿真环境
∙TCP/IP网络套件提供多种的协议和各种应用
∙提供带标准驱动类的USB设备和USB主机栈
∙为带图形用户接口的嵌入式系统提供了完善的GUI库支持
∙ULINKpro可实时分析运行中的应用程序，且能记录Cortex-M指令的每一次执行
∙关于程序运行的完整代码覆盖率信息
∙执行分析工具和性能分析器可使程序得到最优化
∙大量的项目例程帮助你快速熟悉MDK-ARM强大的内置特征
∙符合CMSIS（Cortex微控制器软件接口标准）
缺点：
就是要收费（单机6~10万），开发方式还是一开始的命令行方式和寄存器操作方式。
4、IAR
systemsIAREmbeddedWorkbench是瑞典IARSystems公司为微处理器开发的一个集成开发环境（下面简称IAREW）,支持ARM，AVR，MSP430等芯片内核平台。
EWARM中包含一个全软件的模拟程序（simulator）。
用户不需要任何硬件支持就能够模拟各种ARM内核、外部设备甚至中断的软件运行环境。
从中能够了解和评估IAREWARM的功能和使用方法。
其比较好的是其编译器比较高效。
其它基本上与keil类似。
IAREWARM的主要特点如下[3]：
1、高度优化的IARARMC/C++Compiler
2、IARARMAssembler
3、一个通用的IARXLINKLinker
4、IARXAR和XLIB建库程序和IARDLIBC/C++运行库
5、功能强大的编辑器
6、项目管理器
7、命令行实用程序
8、IARC-SPY调试器（先进的高级语言调试器）
5、Coocex：
CooCox品牌名称的含义是CooperateonCortex。
自成立之日起，CooCox团队就一直致力于为用户提供免费和开源的ARM开发工具，专注于ARMCortexM系列的开发。
当前CooCox工具已支持大部分主流CortexM4，M3，M0和M0+芯片。
CooCox包含一套完整的开发工具：
CooCox工具链
CoIDE——基于Eclipse和GCC的全功能集成开发环境（IDE），傻瓜组态式编程软件|免费；
CoFlash——独立的Flash编程软件|免费；
CoSmart——图形化智能管脚配置和代码生成工具|免费；
CoAssistant——寄存器助手，有在线版本和CoIDE集成版本|免费；
CoX——基于ARMCortexMCU的统一外设接口|免费和开源（Github开源项目）；
Colink——JTAG调试器|硬件开源；
CoLinkEx——SW/JTAG调试器|硬件开源；
CoMDKPlugin——支持各类调试器的MDK插件|免费；
CoOS——嵌入式实时操作系统（RTOS）|免费和开源
除免费的开发工具外，CooCox经过论坛或邮件，还提供在线的技术支持。
，用户可方便地向CooCox提出问题和建议。
CooCox把所有的启动代码、外围库、驱动、OS等抽象为一个个组件（components），再搭配相应的例程（examples）。
事实上，从广义上讲，包括例程在内的所有可复用的源代码均可称为组件。
这样一来就大大简化和加速了开发，让嵌入式开发如同“搭积木”一般简单。
CooCox正在打造一个汇聚全球行业专家、业余爱好者、半导体厂商的平台。
平台不但可供自由交流分享，还要集中丰富的可复用源码及文档资源。
6、stm32cubemx
类似于arduino和mbed的初始化开发环境stm32cubemx，
编译还是到stm32自己的TrueSTUDIO或者keil、IAR中编译、下载到芯片中。
据意法自己网站宣传，将会把stm32cube应用到所有的stm32项目中去。
这个软件只能够对意法自己的芯片操作。
7、赛普拉斯的PSOCCreator3.3：
其能够将大多数的程序用图形化编程完成，用户需要的特有流程需要经过代码或逻辑流程来实现。
功能还是比较强大，可是这个软件只能够对赛普拉斯自己的芯片操作。
以上这些开发环境自成体系，各有优缺点，keil和IAR偏向底层开发，历史悠久，开发比较繁琐，周期相对会长一些，属于收费软件，技术支持会好一些。
cooked、stm32cubemx和赛普拉斯的PSOCCreator3.3属于免费软件，都有像图形化编程发展的趋势，图形化软件开发会大量缩短开发周期，也相对直观很多。
可是由于是免费版的，其技术支持度和版本更新速度不是很快。
有时碰到技术问题可能无法及时解决。
Mbed也是一个相对非常类似于ArduinoIDE的一种开发环境，两者的共同特点是软硬件都免费开源，软件开发形式类似，都是代码编程，有非常简练，清晰直观的指令。
Arduino的IDE环境能够在本地进行，Mbed是来自ARM公司的基于互联网的编译环境。
两个都不能进行在线调试，只有经过其它的办法解决，mbed能够导入keil或IAR等软件，arduino经过其它软件例如VirtualBreadboard（VBB），SimulatorforArduino调试。
二、硬件：
1、首先就是产品生态链全的，例如高中低端的芯片都有，各类接口丰富。
2、ａｒｍ主流的用于嵌入式３２位机ＣＯＲＴＥＸ—M0~M4芯片高低速都有。
3、市场占有率高的，库资源多的，技术支持有力。
这样的厂商主要有飞思卡尔，意法，恩智浦，艾特梅尔，三星，美国国家半导体等等。
在以上软件环境中这些半导体厂商支持或者针对其开发的有：
Mbed（arm）
keil
IAR
coocex（arm）
Arduino
飞思卡尔
7种开发板
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1
意法
25种开发板
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2
恩智浦
22种开发板
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艾特梅尔
4种开发板
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15
三星
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美国国家半导体
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德州仪器
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由此找到了arm核mcu销量最大的（市场占有率45%，10亿颗）半导体厂商意法的stm32系列芯片；其在世界和国内的应用都非常广泛，能够参考的例程也最丰富。
意法针对mbed定制了25款开发板，基本上涵盖了cortex-m0~m7各系列。
其编译和仿真环境能够是keil和air，或者是SW4stm32（意法自己的编译环境）。
这次选择的两款芯片都具有低功耗模式。
特别是stm32l476，采用了意法自己专利低功耗技术，获得极低的功耗表现。
这款芯片属于CORTEX-M4系列，具备DSP数字信号处理能力，和1M的flash。
它能够广泛的用于物联网设备，手持机，无人机飞控，数字信号算法，低功耗设备应用。
这将为今后优化浇灌中温湿度算法，充放电节能功耗优化，在系统中增加微型操作系统，给后期开发带来的开发带来很多便利。
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