嵌入式系统设计的一般方法ppt课件

1、1第四讲第四讲 嵌入式系统设计的普通方法嵌入式系统设计的普通方法2关于设计方法论关于设计方法论l方法论：世界观主要处理世界方法论：世界观主要处理世界“是什么的问题，方法是什么的问题，方法论主要处理论主要处理“怎样办的问题。怎样办的问题。 l确保一切要做的事情都是必需的。确保一切要做的事情都是必需的。l阅历的累积与量化。阅历的累积与量化。l同一团队遵照同一方法，有助于沟通，彼此协调任务。同一团队遵照同一方法，有助于沟通，彼此协调任务。3关于关于SPCSPCl六西格玛六西格玛Six SigmaSix Sigma 又称：又称：6 6 l 以以4 4西格玛而言，相当于每一百万个时机里，有西格玛而言，相

2、当于每一百万个时机里，有62106210次误差。假设企业不断追求质量改良，到达次误差。假设企业不断追求质量改良，到达6 6西格西格玛的程度，绩效就几近于完美地达成顾客要求，在一百玛的程度，绩效就几近于完美地达成顾客要求，在一百万个时机里，只找得出万个时机里，只找得出3.43.4个瑕疪。个瑕疪。 4嵌入式系统的设计方法嵌入式系统的设计方法l1 嵌入式系统的总体构造嵌入式系统的总体构造l2 嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程l3 嵌入式系统设计步骤嵌入式系统设计步骤l4 嵌入式系统的的硬件软件协同设计技术嵌入式系统的的硬件软件协同设计技术l5 嵌入式开发工具与开发环境嵌入式开发工具与开发环境

3、51 嵌入式系统的总体构造嵌入式系统的总体构造机械安装机械安装嵌入式嵌入式微处置微处置器器SDRAMROMI/OA/DD/A人机交互接口人机交互接口通用接口通用接口实时操作系统实时操作系统( ( RTOSRTOS ) )图形用户图形用户接口接口BSPBSP / / HAL HAL 板极支持包板极支持包 / /硬件笼统层硬件笼统层义务管理义务管理文件系统文件系统运用程序运用程序嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统传感器传感器 1传感器传感器 2传感器传感器 N.驱动器驱动器 1驱动器驱动器 2驱动器驱动器 N.硬件层硬件层软件层软件层中间层中间层功能层功能层被控对象被控对象62 嵌入式系统的设计流程

4、嵌入式系统的设计流程 嵌入式系统设计普通有嵌入式系统设计普通有5个阶段构成：需求分析、个阶段构成：需求分析、体系构造设计、硬件体系构造设计、硬件/软件设计、系统集成和系统测试软件设计、系统集成和系统测试73 3 嵌入式系统设计步骤嵌入式系统设计步骤l系统需求分析：确定设计义务和设计目的，并提炼出设系统需求分析：确定设计义务和设计目的，并提炼出设计规格阐明书，作为正式设计指点和验收的规范。系统计规格阐明书，作为正式设计指点和验收的规范。系统的需求普通分功能性需求和非功能性需求两方面。的需求普通分功能性需求和非功能性需求两方面。l体系构造设计：描画系统如何实现所述的功能和非功能体系构造设计：描画系

5、统如何实现所述的功能和非功能需求，包括对硬件、软件和执行安装的功能划分以及系需求，包括对硬件、软件和执行安装的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。一个好的体系构造是设计胜利统的软件、硬件选型等。一个好的体系构造是设计胜利与否的关键。与否的关键。l硬件硬件/ /软件协同设计：基于体系构造，对系统的软件、软件协同设计：基于体系构造，对系统的软件、硬件进展详细设计。为了缩短产品开发周期，设计往往硬件进展详细设计。为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的。应该说，嵌入式系统设计的任务大部分都集是并行的。应该说，嵌入式系统设计的任务大部分都集中在软件设计上，采用面向对象技术、软件组件技术、中在软件设计上，

6、采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。83 3 嵌入式系统设计步骤嵌入式系统设计步骤l系统集成：把系统的软件、硬件和执行安装集成在一同系统集成：把系统的软件、硬件和执行安装集成在一同，进展调试，发现并改良单元设计过程中的错误。，进展调试，发现并改良单元设计过程中的错误。l系统测试：对设计好的系统进展测试，看其能否满足规系统测试：对设计好的系统进展测试，看其能否满足规格阐明书中给定的功能要求。格阐明书中给定的功能要求。9单片机系统的开发流程单片机系统的开发流程l通常在单片机系统的开发和运用中，是按照如图以下通常在单片机系统

7、的开发和运用中，是按照如图以下图所示的流程进展的。图所示的流程进展的。10嵌入式系统的开发过程嵌入式系统的开发过程l在嵌入式系统的运用开发中，整个系统的开发过程将在嵌入式系统的运用开发中，整个系统的开发过程将改动为如以下图所示的过程。改动为如以下图所示的过程。114 嵌入式系统的的硬件软件协同设计技术嵌入式系统的的硬件软件协同设计技术 从实际上来说，每一个运用系统，都存在一个适从实际上来说，每一个运用系统，都存在一个适宜于该系统的硬件、软件功能的最正确组合，如何从宜于该系统的硬件、软件功能的最正确组合，如何从运用系统需求出发，根据一定的指点原那么和分配算运用系统需求出发，根据一定的指点原那么和

8、分配算法对硬件法对硬件/软件功能进展分析及合理的划分，从而使系软件功能进展分析及合理的划分，从而使系统的整体性能、运转时间、能量耗损、存储性能到达统的整体性能、运转时间、能量耗损、存储性能到达最正确形状，己成为硬件最正确形状，己成为硬件/软件协同设计的重要研讨内软件协同设计的重要研讨内容之一容之一12传统的设计技术传统的设计技术 传统的嵌入式系统的设计技术将硬件和软件分为传统的嵌入式系统的设计技术将硬件和软件分为两个独立的部分。两个独立的部分。13传统的嵌入式系统开发过程传统的嵌入式系统开发过程l传统的嵌入式系统开发采用的是软件开发与硬件开发传统的嵌入式系统开发采用的是软件开发与硬件开发分别的

9、方式，其过程可描画如下分别的方式，其过程可描画如下l(1)需求分析；需求分析；l(2)软硬件分别设计、开发、调试、测试；软硬件分别设计、开发、调试、测试；l(3)系统集成：软硬件集成；系统集成：软硬件集成；l(4)集成测试；集成测试；l(5)假设系统正确，那么终了，否那么继续进展；假设系统正确，那么终了，否那么继续进展；l(6)假设出现错误，需求对软、硬件分别验证和修正；假设出现错误，需求对软、硬件分别验证和修正；l(7)前往前往3，继续进展集成测试。，继续进展集成测试。14软硬件协同设计过程软硬件协同设计过程嵌入式系统的硬件软件协同设计技术嵌入式系统的硬件软件协同设计技术需求阐明书需求阐明书

10、硬件设计硬件设计软软/硬件划分硬件划分接口定义接口定义软件设计软件设计编译调编译调试试程序库程序库硬件制造硬件制造硬件测试硬件测试软件仿真软件仿真软硬件联调软硬件联调产品发布产品发布产品认证产品认证离线调试离线调试ICE调试器调试器15软硬件协同设计过程软硬件协同设计过程l软硬件协同设计过程可归纳为软硬件协同设计过程可归纳为l(1)需求分析；需求分析；l(2)软、硬件协同设计；软、硬件协同设计；l(3)软硬件实现：软硬件实现：l(4)软硬件协同测试和验证。软硬件协同测试和验证。l 这种方法的特点在协同设计这种方法的特点在协同设计(Co-design)、协同、协同测试测试(Co-test)和协同

11、验证和协同验证(Co-verification)上，充分上，充分思索了软硬件的关系，并在设计的每个层次上给以测思索了软硬件的关系，并在设计的每个层次上给以测实验证，使得尽早发现和处理问题，防止灾难性错误实验证，使得尽早发现和处理问题，防止灾难性错误的出现。的出现。16关于关于 嵌入式系统的可重构设计技术嵌入式系统的可重构设计技术1可重构定义可重构定义所谓可重构是指：在软件或硬件系统中，假设可以利用所谓可重构是指：在软件或硬件系统中，假设可以利用可重用的资源，经过重构或重组使之实现不同功能的可重用的资源，经过重构或重组使之实现不同功能的系统，以顺应不同运用的要求，那么称这种系统是可系统，以顺应不

12、同运用的要求，那么称这种系统是可重构的。重构的。重构与重组是可重构系统改动其功能的两种方式。重构与重组是可重构系统改动其功能的两种方式。可重构的目的有两点：可重构的目的有两点：(1)为了扩展系统的功能，使之为了扩展系统的功能，使之能顺应不同运用的要求；能顺应不同运用的要求；(2)为了节省软硬件的开发费为了节省软硬件的开发费用，尽能够运用已有的资源来构造新的系统。用，尽能够运用已有的资源来构造新的系统。可重构可以按处理不同问题的层次分成可重构可以按处理不同问题的层次分成4类：电路级可类：电路级可重构、指令级可重构、构造级可重构和软件级可重构重构、指令级可重构、构造级可重构和软件级可重构。17l假

13、设按重构发生的时间划分，可重构技术又可分为静态可重构假设按重构发生的时间划分，可重构技术又可分为静态可重构(Static Reconfiguration)和动态系统重构和动态系统重构(Dynamic Reconfiguration)。l假设重构发生在系统运转前，那么称为静态可重构，如图假设重构发生在系统运转前，那么称为静态可重构，如图2-25a所示。假设在系统运转时可以重构，即系统本身可以根所示。假设在系统运转时可以重构，即系统本身可以根据不同条件改动本身功能，那么称为动态可重构，如图据不同条件改动本身功能，那么称为动态可重构，如图2-25b所示。所示。 参数配置参数配置资源重组或重构资源重组

14、或重构执行执行对象对象参数配置参数配置资源重组或重构资源重组或重构执行执行对象对象a静态重构静态重构b动态重构动态重构图图2-25 系统重构过程系统重构过程18 就动态重构实现范围的不同，又可以分为全局重构就动态重构实现范围的不同，又可以分为全局重构和部分重构。和部分重构。(1)全局重构。所谓全局重构是指对系统进展全部的重全局重构。所谓全局重构是指对系统进展全部的重新配置。重构前后系统相互独立，没有关联。新配置。重构前后系统相互独立，没有关联。(2)部分重构。对系统的部分重新配置，与此同时，其部分重构。对系统的部分重新配置，与此同时，其他部分的任务形状不受影响。部分重构对减小重构的范他部分的任

15、务形状不受影响。部分重构对减小重构的范围和单元数目，大大缩短重构时间，占有相当的优势。围和单元数目，大大缩短重构时间，占有相当的优势。192可重构技术的开展可重构技术的开展可重构性真正向灵敏流畅迈出的第一步是嵌入式数字计可重构性真正向灵敏流畅迈出的第一步是嵌入式数字计算机的出现。算机的出现。在基于在基于SRAM的大型的大型FPGA出现以后，才第一次对目前出现以后，才第一次对目前大多数人所议论的可重构计算展开研讨。大多数人所议论的可重构计算展开研讨。近年来，可重构技术在嵌入式运用领域开展迅速，主要近年来，可重构技术在嵌入式运用领域开展迅速，主要集中在现场可编程门阵列集中在现场可编程门阵列(FPGA)的运用上，使实时的运用上，使实时电路重构成为研讨热点。电路重构成为研讨热点。为了获取市场竞争优势，减少产品开发周期，提高嵌入为了获取市场竞争优势，减少产品开发周期，提高嵌入式系统的可移植性和互用性，加强竞争的中心才干，式系统的可移植性和互用性，加强竞争的中心才干，未来的嵌入式系统领域将采用可重构技术来设计软硬未来的嵌入式系统领域将采用可重构技术来设计软硬件系统。件系统。 203可重构设计的优点可重构设计的优点可根据运用需求动态地配置或重组相应软硬件资源实现特定的功可根据运用需求动态地配置或重组相应软硬件资源实现特定的功能；能；提高系统的扩展性和系统灵敏性，拓宽了系统运用范围；