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嵌入式应用系统开发分为硬件开发和软件开发。应用系统的开发一般都采用“宿主机/目标板”的开发模式，即利用宿主机（PC）上丰富的软硬件资源、良好的集成开发环境和调试工具来调试硬件与目标板上的程序，然后通过交叉编译环境生成目标代码和可执行文件，通过联合测试行动小组（Joint Test Action Group，JTAG）接口/串行接口/USB接口/网络接口等下载到目标板上，利用交叉调试器监控程序运行，根据调试器来观察运行的状态，实时分析、处理软硬件出现的问题。调试完成后，将目标程序下载到目标板上，完成整个开发过程。
当前嵌入式系统开发已经逐步规范化，开发过程主要包括用户系统需求、体系结构设计、系统软硬件设计、外围控制装置电路设计、抗干扰设计、系统集成、硬件调试、软件调试、系统联合调试、系统最终测试，最后形成产品。具体描述如下。
1）用户系统需求分析。根据用户的需求，确定设计任务与设计目标，提炼出系统设计说明书文本，作为设计依据和验收标准。系统的需求一般分为功能性需求和非功能性需求，功能性需求是系统的基本功能，如输入的开关量个数、输出的开关量个数、模拟量的输入/输出路数、操作方式、与外部设备的连接与通信方式等；非功能性需求包括系统的稳定性、成本、功耗、体积和重量等。
2）系统结构设计。描述系统如何实现所述的功能性需求和非功能性需求，包括对硬件、软件和执行装置的功能划分，以及系统软件、硬件的选取等。有些功能既可以用硬件实现，也可以用软件实现。用硬件实现的特点是元器件费用的投入大，但系统的运行速度快；用软件实现，系统开发的人工投入大，器件开销小，系统运行的速度较慢。一个好的结构设计是设计成功与否的关键所在。
3）系统软硬件设计。为了加快产品的开发速度，软硬件的设计往往是同步进行的。对于嵌入式系统的开发，硬件的开发难度大，涉及的知识面较宽，但是它占用总开发时间为10%~20%；软件的开发难度小一些，但占用了开发的大部分时间。如果要求系统具有较高的程序运行效率且复杂度不高，可以采用裸机开发，但是它的开发周期相对长一些；如果要求系统开发周期短且系统的复杂度高，可以在移植操作系统后进行软件开发，但是系统程序的运行效率相对低一些。
4）系统软硬件联合调试。一般先进行硬件、控制装置的调试，必要时也需要控制程序的配合；然后进行软件的调试，可以先在宿主机上进行软件的仿真调试，这里主要调试一些算法或数据处理程序的结果，最后把硬件、软件和控制装置集成在一起调试。实际上集成调试时并没有严格的层次，发现哪有问题就及时解决，不断地完善系统设计存在的不足之处。
5）系统实验室测试和现场测试。对设计调试好的系统按照系统确定的任务和目标进行逐一测试，看是否满足系统的功能要求。最后客户进行现场测试，检查能否在实际的工况环境下可靠运行，如果不能可靠运行则还要进行硬件和软件的修改。