第四章 嵌入式系统设计软硬件分开设计 ppt课件

1、制造者制造者 程丽程丽嵌入式系统概论嵌入式系统概论第四章第四章 嵌入式系统设计嵌入式系统设计-软硬件分开设计软硬件分开设计本章接下来引见本章接下来引见v软硬件功能划分软硬件功能划分v软硬件分开设计软硬件分开设计v软硬件协同设计软硬件协同设计v实时多义务设计实时多义务设计接下来引见接下来引见v软硬件分开独立设计软硬件分开独立设计v先硬件后软件先硬件后软件v先软件后硬件先软件后硬件软硬件分开设计软硬件分开设计v软硬件分开设计是传统的嵌入式系统设计软硬件分开设计是传统的嵌入式系统设计方法。方法。v设计思想是设计思想是v系统分析员根据需求分析得出的系统根本系统分析员根据需求分析得出的系统根本功能要求，

2、根据任务阅历，粗略地把功能功能要求，根据任务阅历，粗略地把功能分配到硬件和软件中分配到硬件和软件中v分别设计、实现硬件和软件分别设计、实现硬件和软件v再将软硬件集成。再将软硬件集成。软硬件分开设计软硬件分开设计开场开场需求规约需求规约软硬件划分软硬件划分硬件设计硬件设计软件设计软件设计软硬件集成测试软硬件集成测试终了终了软硬件分开设计软硬件分开设计v按照软件、硬件设计的先后顺序，分为：按照软件、硬件设计的先后顺序，分为：v先硬件后软件设计先硬件后软件设计v先软件后硬件设计先软件后硬件设计v上述设计方法中，以先硬件，后软件为主上述设计方法中，以先硬件，后软件为主要设计方式。其缘由是：要设计方式。

3、其缘由是：v1. 以为硬件设计是重心以为硬件设计是重心v2. 以为软件是硬件的有益补充和完善；以为软件是硬件的有益补充和完善；v3. 沿袭早期嵌入式系统的设计方法。沿袭早期嵌入式系统的设计方法。接下来引见接下来引见v软硬件分开设计软硬件分开设计v先硬件后软件先硬件后软件v先软件后硬件先软件后硬件先硬件后软件先硬件后软件v先硬件后软件的设计过程先硬件后软件的设计过程v设计硬件子系统设计硬件子系统v定义硬件接口定义硬件接口v设计软件子系统设计软件子系统v定义软件接口定义软件接口v软硬件集成测试软硬件集成测试开场开场终了终了硬件设计硬件设计硬件实现硬件实现软件设计软件设计软件实现软件实现软硬件集成测

4、试软硬件集成测试到达设计目的？到达设计目的？是是否否先硬件后软件先硬件后软件v设计硬件子系统应先了解硬件组件的来源设计硬件子系统应先了解硬件组件的来源v硬件组件的来源有三种渠道硬件组件的来源有三种渠道v1. 选用成形的硬件组件；选用成形的硬件组件；v2. 对成形的硬件组件进展适当修正；对成形的硬件组件进展适当修正；v3. 本人设计硬件组件。本人设计硬件组件。v本课程围绕本人设计硬件组件讨论硬件子本课程围绕本人设计硬件组件讨论硬件子系统的设计系统的设计先硬件后软件先硬件后软件v硬件子系统的设计方法硬件子系统的设计方法v采用自顶向下的方法采用自顶向下的方法v先将硬件分成各部分或模块；先将硬件分成各

5、部分或模块；v画出一张或多张硬件部件的框图，一个框画出一张或多张硬件部件的框图，一个框图表示一个单独的电路板或电路板的一部图表示一个单独的电路板或电路板的一部分如：处置子系统、存储子系统、外设分如：处置子系统、存储子系统、外设等模块等模块先硬件后软件先硬件后软件v硬件功能的实现主要有硬件功能的实现主要有5个关键步骤：个关键步骤：v1. 功能定义；功能定义；v2. 原理图设计；原理图设计；v3. PCB设计；设计；v4. 制版组装；制版组装；v5. 硬件调试。硬件调试。先硬件后软件先硬件后软件v1. 功能定义功能定义v根据系统需求确定产品功能。根据系统需求确定产品功能。先硬件后软件先硬件后软件v

6、2. 原理图设计原理图设计v是硬件设计的中心环节；是硬件设计的中心环节；v设计之前，要熟习本系统的特点，清楚当设计之前，要熟习本系统的特点，清楚当今电子行业的开展，用最优化的方法处理今电子行业的开展，用最优化的方法处理每个问题；每个问题；v原理图要做到规范化、通用化、模块化、原理图要做到规范化、通用化、模块化、具有可扩展性；具有可扩展性；v原理图设计包括：电源设计、复位电路设原理图设计包括：电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、接口电路设计计、时钟电路设计、接口电路设计Flash接口、接口、JTAG接口、接口、USB接口、接口、键盘输入接口、键盘输入接口、LCD接口、接口、GPS接口等接口等先

7、硬件后软件先硬件后软件v3. PCB设计设计vPCBPrinted Circuit Board即印即印制电路板制电路板v是置有集成电路和其他电子组件的薄板。是置有集成电路和其他电子组件的薄板。先硬件后软件先硬件后软件v3. PCB设计续设计续v根据电路层数分类，根据电路层数分类，PCB分为分为v单面板单面板v双面板双面板v多层板。常见的多层板普通为多层板。常见的多层板普通为4层板或层板或6层层板，复杂的多层板可达十几层。板，复杂的多层板可达十几层。 v根据软硬进展分类，根据软硬进展分类，PCB分为：分为：v普通电路板普通电路板v柔性电路板软板。柔性电路板软板。先硬件后软件先硬件后软件v3. P

8、CB设计续设计续v单面板单面板v在最根本的在最根本的PCB上，零件集中在其中一面，上，零件集中在其中一面，导线那么集中在另一面上；导线那么集中在另一面上；v由于导线只出如今其中一面，所以这种由于导线只出如今其中一面，所以这种PCB叫作单面板；叫作单面板；v单面板在设计线路上有许多严厉的限制单面板在设计线路上有许多严厉的限制由于只需一面，布线间不能交叉而必需由于只需一面，布线间不能交叉而必需绕单独的途径，所以只需早期的电路才绕单独的途径，所以只需早期的电路才运用这类的板子。运用这类的板子。先硬件后软件先硬件后软件v3. PCB设计续设计续v双面板双面板v电路板的两面都有布线；电路板的两面都有布线

9、；v两面间有适当的电路衔接。这种电路间的两面间有适当的电路衔接。这种电路间的“桥梁叫做导孔；桥梁叫做导孔；v导孔是在导孔是在PCB上，充溢或涂上金属的小洞，上，充溢或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相衔接；它可以与两面的导线相衔接；v双面板的面积比单面板大一倍；双面板的面积比单面板大一倍；v布线可相互交错可绕到另一面；布线可相互交错可绕到另一面；v适宜用于比单面板复杂的电路。适宜用于比单面板复杂的电路。先硬件后软件先硬件后软件v3. PCB设计续设计续v多面板多面板v用一块双面作内层、二块单面作外层或二块用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层；双面作内层、二块单面作

10、外层；v经过定位系统及绝缘粘结资料交替在一同且经过定位系统及绝缘粘结资料交替在一同且导电图形按设计要求进展互连的印刷线路板导电图形按设计要求进展互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板，也称多层印就成为四层、六层印刷电路板，也称多层印刷线路板；刷线路板；v板子的层数代表有几层独立的布线层，通常板子的层数代表有几层独立的布线层，通常层数都是偶数。层数都是偶数。 先硬件后软件先硬件后软件v3. PCB设计续设计续v电子产品功能越复杂、回路间隔越长、接点电子产品功能越复杂、回路间隔越长、接点脚数越多，脚数越多，PCB所需层数亦越多，如高级所需层数亦越多，如高级消费性电子、信息及通讯产品等；消费性电

11、子、信息及通讯产品等；v软板主要运用于需求弯绕的产品中：如笔记软板主要运用于需求弯绕的产品中：如笔记型计算机、照相机、汽车仪表等。型计算机、照相机、汽车仪表等。 先硬件后软件先硬件后软件v3. PCB设计续设计续vPCB设计主要指幅员设计；设计主要指幅员设计；v需求思索外部衔接的规划、内部电子元件需求思索外部衔接的规划、内部电子元件的优化规划、金属连线和通孔的优化规划、的优化规划、金属连线和通孔的优化规划、电磁维护、热耗散等各种要素。电磁维护、热耗散等各种要素。先硬件后软件先硬件后软件v3. PCB设计续设计续v当今的当今的PCB板制造技术向高密度、高精度、板制造技术向高密度、高精度、细孔径、

12、细导线、细间距、高可靠、多层细孔径、细导线、细间距、高可靠、多层化、高速传输、轻量、薄型方向开展；化、高速传输、轻量、薄型方向开展；v留意合理规划，系统电源入口做高低频滤留意合理规划，系统电源入口做高低频滤波处置，时钟电路尽量接近芯片，高速总波处置，时钟电路尽量接近芯片，高速总线走线尽量等长，差分信号线要平行等长，线走线尽量等长，差分信号线要平行等长，走线要规范。走线要规范。先硬件后软件先硬件后软件v4.制版组装制版组装v普通交给专业公司完成；普通交给专业公司完成；v元器件的焊接等能够要本人完成；元器件的焊接等能够要本人完成；v在研发阶段，焊接组装由硬件设计人员完在研发阶段，焊接组装由硬件设计

13、人员完成，在消费阶段，焊接组装由专门的人员成，在消费阶段，焊接组装由专门的人员完成。完成。先硬件后软件先硬件后软件v5. 硬件调试硬件调试v硬件调试包括：硬件调试包括：v电源调试电源调试v各模块调试各模块调试v对比调试对比调试v时钟调试时钟调试v复位调试；复位调试；v硬件调试需求阅历和严谨的任务态度，否硬件调试需求阅历和严谨的任务态度，否那么很难设计出胜利的产品。那么很难设计出胜利的产品。先硬件后软件先硬件后软件v软件子系统的设计软件子系统的设计v长期以来，受硬件组件本身处置速度和处长期以来，受硬件组件本身处置速度和处置才干的限制，系统软件不能处置复杂的、置才干的限制，系统软件不能处置复杂的、

14、大量的程序，只能根据硬件组件提供的环大量的程序，只能根据硬件组件提供的环境进展软件设计。境进展软件设计。先硬件后软件先硬件后软件v在此环境下的软件子系统的设计内容包括：在此环境下的软件子系统的设计内容包括：v1. 定义软件接口；定义软件接口；v2. 规定系统启动和封锁过程；规定系统启动和封锁过程；v3. 规定出错处置方案；规定出错处置方案；v4. 监视计时器。监视计时器。先硬件后软件先硬件后软件v先硬件后软件设计存在的问题先硬件后软件设计存在的问题v1. 过多地依赖系统分析员的阅历；过多地依赖系统分析员的阅历；v2. 假设出现问题，需求前往重新设计；假设出现问题，需求前往重新设计；v3. 只能用于系统规模比较小的嵌入式系统只能用于系统规模比较小的嵌入式系统开发。开发。接下来引见接下来引见v软硬件分开设计软硬件