嵌入式系統(tǒng)設(shè)計
嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟件硬件可裁剪,適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)、電子技術(shù)和具體應用相結(jié)合的產(chǎn)物。 yjbys小編下面為你整理了關(guān)于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的文章，希望對你有所幫助。
1 嵌入式系統(tǒng)的特點
與通用計算機系統(tǒng)相比,嵌入式系統(tǒng)有其自身的特點:
(1)嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)以及電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應用相結(jié)合的產(chǎn)物,這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。
(2)嵌入式系統(tǒng)通常是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向特定應用的。
(3)嵌入式系統(tǒng)和具體應用相結(jié)合,其升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行的。因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場,就具有較長的生命周期。
2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
消費家電的智能化,為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展展現(xiàn)出美好的市場前景,也對嵌入式系統(tǒng)提出新的發(fā)展要求;微電子技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計方法的進步,使得嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢:
(1)隨著嵌入式系統(tǒng)功能的增加,嵌入式系統(tǒng)處理的信息和數(shù)據(jù)量越來越大,系統(tǒng)對處理的響應時問也要求更嚴格,嵌入式處理器的主頻會越來越高,甚至采用多核的方式來應付日益增長的性能要求。
(2)嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域和某些特殊場合的廣泛應用,要求嵌入式系統(tǒng)具有遠程控制軟件更新和故障診斷的能力。
(3)隨著嵌入式系統(tǒng)在手持設(shè)備上的大量應用,手持設(shè)備的特點要求嵌入式系統(tǒng)功耗、體積更小,重量更輕。
(4)嵌入式系統(tǒng)將具有更加高速的通信接口,如USB2.0、千兆以太網(wǎng)等。
3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計流程
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)分為軟件開發(fā)部分和硬件開發(fā)部分。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程一般都采用“宿主機/目標板”開發(fā)模式,即利用宿主機(PC機)上豐富的軟硬件資源及良好的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具來開發(fā)目標板上的軟件,然后通過交叉編譯環(huán)境生成目標代碼和可執(zhí)行文件,通過串口FUSB/以太網(wǎng)等方式下載到目標板上,利用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序運行,實時分析,最后,將程序下載固化到目標機上,完成整個開發(fā)過程。當前,嵌入式開發(fā)已經(jīng)逐步規(guī)范化,在遵循一般工程開發(fā)流程的基礎(chǔ)上,嵌入式開發(fā)有其自身的一些特點,圖1所示為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般流程。流程主要包括系統(tǒng)需求分析佞求有嚴格規(guī)范的技術(shù)要求)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟硬件及機械系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測試、最終產(chǎn)品。具體情況如下:
(1)系統(tǒng)需求分析:確定設(shè)計任務和設(shè)計目標,并提煉出設(shè)計規(guī)格說明書,作為正式設(shè)計指導和驗收的標準。系統(tǒng)的需求一般分功能性需求和非專題與綜述功能性需求兩方面。功能性需求是系統(tǒng)的基本功能,如輸入輸出信號、操作方式等;非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、體積、重量等因素。
(2)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計:描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)所述的功能和非功能需求,包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分,以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。一個好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。
(3)硬件/軟件協(xié)同設(shè)計:基于體系結(jié)構(gòu),對系統(tǒng)的軟件、硬件進行詳細設(shè)計。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,設(shè)計往往是并行的。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的工作大部分都集中在軟件設(shè)計上,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計是現(xiàn)代軟件工程經(jīng)常采用的方法。
(4)系統(tǒng)集成:
把系統(tǒng)的軟件、硬件和執(zhí)行裝置集成在一起,進行調(diào)試,發(fā)現(xiàn)并改進單元設(shè)計過程中的錯誤。
(5)系統(tǒng)測試:對設(shè)計好的系統(tǒng)進行測試,看其是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求。
4 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)
要求更高的應用需求推動嵌入式設(shè)計從8/16位轉(zhuǎn)向功能更強大的32位MCU。這種升級給工程師帶來了嚴峻的挑戰(zhàn),提出了一系列前所未有的全新問題。
(1)轉(zhuǎn)變觀念,需要熟悉新的開發(fā)模式。嵌入式系統(tǒng)應用不再是過去單一的單片機應用模式,而是越來越多樣化,嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)的最高形式是片上系統(tǒng)SoC,而SoC的核心技術(shù)是重用和組合IP核構(gòu)件。從單片機應用設(shè)計到片上系統(tǒng)設(shè)計及其中間的一系列的變化,從底層大包大攬的設(shè)計到利用FPGA和IP模塊進行功能組合PSoC/SOPC設(shè)計。
(2)技術(shù)門檻提高,需要學習全新的RTOS技術(shù)。
(3)選擇合適的開發(fā)工具,熟悉新的開發(fā)環(huán)境。目前從8位升級到32位的一個最大障礙就是開發(fā)工具的投入。32位開發(fā)工具要比8位開發(fā)工具復雜得多,使用的技術(shù)門檻要高得多,同時其投資也要高得多。
(4)熟悉硬件/軟件協(xié)同設(shè)計和驗證技術(shù)、設(shè)計管理技術(shù)。軟/硬件并行設(shè)計是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的一項關(guān)鍵任務。在設(shè)計過程中的主要問題,是軟硬件設(shè)計的同步與集成。這要求控制一致性與正確性,但隨著技術(shù)細節(jié)不斷增加,需要消耗大量的時間。目前,業(yè)界已經(jīng)開發(fā)Polis、Cosyma及Chinook等多種方法和工具來支持集成式軟硬件的協(xié)同設(shè)計。目標是提供一種統(tǒng)一的軟硬件開發(fā)方法。它支持設(shè)計空間探索,并使系統(tǒng)功能可以跨越硬件和軟件平臺復用。團隊開發(fā)的最大問題就是設(shè)計管理問題。
(5)SoC設(shè)計所面臨的巨大的挑戰(zhàn)。SoC已經(jīng)開始成為新一代應用電子技術(shù)的核心,這已成為電子技術(shù)的革命標志。過去應用工程師面對的是各種ASIC電路,而現(xiàn)在越來越多所面對的是巨大的IP模塊庫,所有設(shè)計工作都是以IP模塊為基礎(chǔ)。SoC設(shè)計技術(shù)使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計工程師變成了一個面向應用的電子器件設(shè)計工程師。隨著SoC應用的日益普及,在測試程序生成、工程開發(fā)、硅片查錯、量產(chǎn)等領(lǐng)域?qū)oC測試技術(shù)提出了越來越高的要求。
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