嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟件硬件可裁剪,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和具體應(yīng)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(jì)的文章，希望對(duì)你有所幫助。
1 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)
與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比,嵌入式系統(tǒng)有其自身的特點(diǎn):
(1)嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)以及電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物,這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)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(yīng)用的。
(3)嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用相結(jié)合,其升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行的。因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng),就具有較長(zhǎng)的生命周期。
2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
消費(fèi)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(chǎng)前景,也對(duì)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(jì)方法的進(jìn)步,使得嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢(shì):
(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(duì)處理的響應(yīng)時(shí)問也要求更嚴(yán)格,嵌入式處理器的主頻會(huì)越來越高,甚至采用多核的方式來應(yīng)付日益增長(zhǎng)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(chǎng)合的廣泛應(yīng)用,要求嵌入式系統(tǒng)具有遠(yuǎn)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(yīng)用,手持設(shè)備的特點(diǎn)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(jì)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(jī)/目標(biāo)板”開發(fā)模式,即利用宿主機(jī)(PC機(jī))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(biāo)板上的軟件,然后通過交叉編譯環(huán)境生成目標(biāo)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(biāo)板上,利用交叉調(diào)試器在監(jiān)控程序運(yùn)行,實(shí)時(shí)分析,最后,將程序下載固化到目標(biāo)機(jī)上,完成整個(gè)開發(fā)過程。當(dāng)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(diǎn),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(yán)格規(guī)范的技術(shù)要求)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測(cè)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(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)目標(biāo),并提煉出設(shè)計(jì)規(guī)格說明書,作為正式設(shè)計(jì)指導(dǎo)和驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。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(hào)、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(jì):描述系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)所述的功能和非功能需求,包括對(duì)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(gè)好的體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。
(3)硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì):基于體系結(jié)構(gòu),對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,設(shè)計(jì)往往是并行的。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作大部分都集中在軟件設(shè)計(jì)上,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)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(jìn)行調(diào)試,發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)單元設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤。
(5)系統(tǒng)測(cè)試:對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)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(jì)面臨的挑戰(zhàn)
要求更高的應(yīng)用需求推動(dòng)嵌入式設(shè)計(jì)從8/16位轉(zhuǎn)向功能更強(qiáng)大的32位MCU。這種升級(jí)給工程師帶來了嚴(yán)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(yīng)用不再是過去單一的單片機(jī)應(yīng)用模式,而是越來越多樣化,嵌入式系統(tǒng)實(shí)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(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)到片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其中間的一系列的變化,從底層大包大攬的設(shè)計(jì)到利用FPGA和IP模塊進(jìn)行功能組合PSoC/SOPC設(shè)計(jì)。
(2)技術(shù)門檻提高,需要學(xué)習(xí)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(jí)到32位的一個(gè)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(fù)雜得多,使用的技術(shù)門檻要高得多,同時(shí)其投資也要高得多。
(4)熟悉硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)和驗(yàn)證技術(shù)、設(shè)計(jì)管理技術(shù)。軟/硬件并行設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。在設(shè)計(jì)過程中的主要問題,是軟硬件設(shè)計(jì)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(xì)節(jié)不斷增加,需要消耗大量的時(shí)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(jì)。目標(biāo)是提供一種統(tǒng)一的軟硬件開發(fā)方法。它支持設(shè)計(jì)空間探索,并使系統(tǒng)功能可以跨越硬件和軟件平臺(tái)復(fù)用。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的最大問題就是設(shè)計(jì)管理問題。
(5)SoC設(shè)計(jì)所面臨的巨大的挑戰(zhàn)。SoC已經(jīng)開始成為新一代應(yīng)用電子技術(shù)的核心,這已成為電子技術(shù)的革命標(biāo)志。過去應(yīng)用工程師面對(duì)的是各種ASIC電路,而現(xiàn)在越來越多所面對(duì)的是巨大的IP模塊庫(kù),所有設(shè)計(jì)工作都是以IP模塊為基礎(chǔ)。SoC設(shè)計(jì)技術(shù)使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師變成了一個(gè)面向應(yīng)用的電子器件設(shè)計(jì)工程師。隨著SoC應(yīng)用的日益普及,在測(cè)試程序生成、工程開發(fā)、硅片查錯(cuò)、量產(chǎn)等領(lǐng)域?qū)oC測(cè)試技術(shù)提出了越來越高的要求。
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