嵌入式系统设计——设计方法PPT学习教案

1、会计学1 嵌入式系统设计嵌入式系统设计设计方法设计方法 第1页/共84页 第2页/共84页 第3页/共84页 第4页/共84页 第5页/共84页 第6页/共84页 第7页/共84页 第8页/共84页 第9页/共84页 第10页/共84页 第11页/共84页 问题问题： 功 能 、 性 能 要 求 、 价 格 、 开 发 周 期 等 约束 设计：设计： 选择 折衷 分析比较 计算 评价 产品产品 方法方法 工具工具 第12页/共84页 自底向 上设计 自顶向 下设计 需求 规格说明 体系结构 构件设计 系统集成 第13页/共84页 第14页/共84页 第15页/共84页 第16页/共84页 第1

2、7页/共84页 第18页/共84页 第19页/共84页 第20页/共84页 第21页/共84页 名称GPS地图 目的为开车者提供用户级移动地图 输入一个电源按钮，两个控制按钮 输出背光LCD，显示分辨率400600 功能 使用5种接收器的GPS系统；三种用户可选的分辨率，总是 显示当前的经纬度 性能0.25秒内即可更新一次屏幕 生产成本800元 功耗100mW 物理尺寸 及重量 不大于10cm20cm，350g 第22页/共84页 合不合理？ 能不能做？ 第23页/共84页 矛盾1 矛盾2 矛盾3 第24页/共84页 第25页/共84页 第26页/共84页 状态 输入 输出 任务 决策 存储

3、听到蜂音听到蜂音 拨打电话拨打电话 接通接通 拨号码拨号码 按拨按拨 号键号键 接听电话接听电话 按取按取 消键消键 放弃通话放弃通话 结束通话结束通话 第27页/共84页 第28页/共84页 第29页/共84页 第30页/共84页 第31页/共84页 4510B（ARM7） 地址空间 nM模块I/O地址空间：64bytes nMA模块增加了16Mbytes Memory地址空间 第32页/共84页 第33页/共84页 第34页/共84页 第35页/共84页 第36页/共84页 第37页/共84页 第38页/共84页 引入错误数目 修改错误开销 开发周期系统结 构设计 软硬件 详细设计 软硬件

4、 实现 第39页/共84页 第40页/共84页 第41页/共84页 n用例图分角色和用例两部分。 n角色是与系统交互的人或物，而用例是系统提供的功能块。 n使用用例观察系统能够将系统实现与系统目标分开，有助 于开发人员了解最重要的部分，满足用户需求，而不会沉 浸于实现细节 第42页/共84页 n规格说明比需求分析更详细，通 过UML设计可以使规格说明更直 观、更清晰。 n首先，使用类图描述系统处理的 数据结构。例如在车载GPS终端 的规格说明设计时可以使用类图 描述需要接收的GPS卫星数据。 第43页/共84页 n在规格说明阶段 ，还需要 识别出系统的对象。首先 以功能块划分，广泛地找 出系统

5、的主要对象；然后 使用合作图描述它们之间 的关系。 n图中描述了车载GPS终端 的主要对象，根据框图可 以进行进一步的细化 第44页/共84页 最后，在规格说明阶段进 行系统的业务描述。即规 范系统完成一定功能的主 要流程。这可以利用活动 图进行。图中显示了GPS 数据到达时，车载GPS终 端系统所进行的处理流程。 第45页/共84页 n规格说明完成后，需要对系统的各 个模块及模块之间的关系仔细地分 析，从而确定哪些部分使用硬件完 成，哪些部分使用软件实现。在本 例中，需要硬件实现的模块有GPS 接收模块、电源模块、用户控制模 块、LCD显示模块和GSM通讯模 块。所有的控制逻辑和数据计算全

6、部由主控制器的软件实现。 n系统设计分为两个分支：硬件设计 及软件设计。使用的合作图和构件 图对系统的硬、软件分别进行系统 设计。图中用构件图描述了车载 GPS终端系统的软件系统架构 第46页/共84页 n接下来对每一个系统构件进行详细的设计。对于某些大型工程，甚至需要把 每一个构件作为一个项目，重新以需求分析、规格说明开始展开构件设计循 环。在构件设计中，除了可以使用已经介绍过的各种UML图外，通常还需 要使用状态图和顺序图图描述具体的系统流程细节。 n在本例中GSM模块共有四个状态：待命、有问题、通话中、短消息通讯中 。使用状态图描述它们之间的转换关系，如图所示。 第47页/共84页 顺序

7、图显示了一个 特定对象进行特定 操作时所遇到的流 程。 图中显示了车载终 端用户甲在遇到危 险按下报警按钮后 系统的处理过程。 第48页/共84页 第49页/共84页 第50页/共84页 第51页/共84页 第52页/共84页 SystemSystem ConceptsConcepts Sys/HWSys/HW Require.Require. AnalysisAnalysis Sys/SWSys/SW Require.Require. AnalysisAnalysis Operation.Operation. Testing and Testing and Eval.Eval. Softwa

8、reSoftware Require.Require. AnalysisAnalysisPrelim.Prelim. DesignDesign DetailedDetailed DesignDesign Coding,Coding, Unit test.,Unit test., Integ. testInteg. test SW DevelopmentSW Development HWCIHWCI TestingTesting CSCICSCI TestingTesting SystemSystem Integ. and Integ. and testtest HardwareHardware

9、 Require.Require. AnalysisAnalysis Prelim.Prelim. DesignDesign DetailedDetailed DesignDesign Fabric.Fabric. HW DevelopmentHW Development 第53页/共84页 Sys/HWSys/HW Require.Require. AnalysisAnalysis Sys/SWSys/SW Require.Require. AnalysisAnalysis HardwareHardware Require.Require. AnalysisAnalysis Software

10、Software Require.Require. AnalysisAnalysis Operation.Operation. Testing and Testing and EvaluationEvaluation SW DevelopmentSW Development HW DevelopmentHW Development SystemSystem Integ. and Integ. and testtest HWCIHWCI TestingTesting CSCICSCI TestingTesting Integrated Modeling Substrate Integrated

11、Modeling Substrate（一体化建模底层）（一体化建模底层） Prelim.Prelim. DesignDesign Prelim.Prelim. DesignDesign DetailedDetailed DesignDesign DetailedDetailed DesignDesign Fabric.Fabric. Coding,Coding, Unit test.,Unit test., Integ. testInteg. test System Concepts 第54页/共84页 CONTROLLER VLD IDCT PIPE MC PIPE HOST INTERFA

12、CE REG FILE ARITHMETIC UNIT BIT STREAM PRE-PROCESS CHANNEL & PICTURE STORE DISPLAY UNIT decoded pel out bit stream cmd or data Merge&store 在这种设计模式下，设计者将所有的工作交予硬件控制的方式 来完成，这种设计的好处在于所有的设计工作都可按照传统的 设计流程来进行 第55页/共84页 RISC CPU Audio/Video Core Bus Interface Unit MemoryI/O Device 在这种设计方式下，结合了处理器上执行软 件程序以及

13、硬件译码组件来完成。带来的好 处是： 1. 整个产品的设计变得更有可伸缩性，通 过修改软件程序的内容便可增加系统的 功能，甚至在整个硬件规格都已确定后 ，仍可通过软件的更新来做某些程度的 修正。 2. 中央处理器可以用来分担较不耗资源的 运算工作 3. 利用处理器来分配调度，可提高各硬件 的使用率以及减少原需硬件的面积，以 达到降低成本的目的 第56页/共84页 第57页/共84页 第58页/共84页 第59页/共84页 第60页/共84页 第61页/共84页 第62页/共84页 第63页/共84页 第64页/共84页 第65页/共84页 第66页/共84页 第67页/共84页 第68页/共8

14、4页 第69页/共84页 第70页/共84页 第71页/共84页 第72页/共84页 第73页/共84页 第74页/共84页 第75页/共84页 第76页/共84页 第77页/共84页 2021-7-31 第78页/共84页 1.用例图用例图：主要从用户的角度描述系统的功能，通常用于与系 统客户交流，提取用户的需求。 2.静态图静态图(Static diagram)：包括类图类图和对象图对象图。 类图类图描述系统中类的静态结构。在类图中可以体现类的 主要内容和功能、类之间的结构和相互关系。 对象图对象图是类图的实例,几乎使用与类图完全相同的标识 。他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例，而

15、 不是实际的类。一个对象图是类图的一个实例。 3.行为图行为图(Behavior diagram) ，描述系统的动态模型和组成对 象间的交互关系，包括状态图状态图和活动图活动图。 状态图状态图提供了建模对象的各种状态及它们之间的转换关 系。它提供建模系统的动态功能。 活动图活动图着重于显示系统的功能流，显示用例框图中某个 用例的事件流。它定义了工作流从何时开始、哪里开始 、按什么顺序发生、最终在哪结束。 返回 第79页/共84页 4.交互图交互图(Interactive diagram)，描述对象间的交互关系，包 括顺序图顺序图和合作图合作图。 顺序图顺序图描述业务过程的细节。这个框图只显示对

16、象， 不显示类。 也就是说顺序图是针对某个特定情况、 特定对象进行的描述。 合作图合作图不像顺序图那样以时间顺序描述，而是着重显 示对象与角色之间的交互。其目的是让质量保证工程 师和系统建筑师分析对象之间处理过程的分布情况。 如果分布不合理，系统建筑师可能考虑重新分配处理 工作。 5.实现图实现图( Implementation diagram )。包括构件图构件图和配置图配置图 。 构件图构件图描述图显示模型的物理视图，也显示系统中软 、硬件组件及其相互关系。 配置图配置图定义系统中软硬件的物理体系结构。它可以显 示实际的计算机和设备(用节点表示)以及它们之间的 连接关系,也可显示连接的类型及部件之间的依赖性 。 返回 第80页/共84页 从应用的角度看,当采用面向对象技术设计系统时,首先是描 述需求； 其次根据需求建立系统的静态模型，