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嵌入式系統設計
嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術(shù)為基礎,軟件硬件可裁剪,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。嵌入式系統是將先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)、電子技術(shù)和具體應用相結合的產(chǎn)物。 yjbys小編下面為你整理了關(guān)于嵌入式系統設計的文章，希望對你有所幫助。
1 嵌入式系統的特點(diǎn)
與通用計算機系統相比,嵌入式系統有其自身的特點(diǎn):
(1)嵌入式系統是將先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)以及電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應用相結合的產(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 )新的知識集成系統。
(2)嵌入式系統通常是面向用戶(hù)、面向產(chǎn)品、面向特定應用的。
(3)嵌入式系統和具體應用相結合,其升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行的。因此嵌入式系統產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng),就具有較長(cháng)的生命周期。
2 嵌入式系統的發(fā)展趨勢
消費家電的智能化,為嵌入式系統的發(fā)展展現出美好的市場(chǎng)前景,也對嵌入式系統提出新的發(fā)展要求;微電子技術(shù)和系統設計方法的進(jìn)步,使得嵌入式系統的發(fā)展呈現出以下趨勢:
(1)隨著(zhù)嵌入式系統功能的增加,嵌入式系統處理的信息和數據量越來(lái)越大,系統對處理的響應時(shí)問(wèn)也要求更嚴格,嵌入式處理器的主頻會(huì )越來(lái)越高,甚至采用多核的方式來(lái)應付日益增長(cháng)的性能要求。
(2)嵌入式系統在工業(yè)領(lǐng)域和某些特殊場(chǎng)合的廣泛應用,要求嵌入式系統具有遠程控制軟件更新和故障診斷的能力。
(3)隨著(zhù)嵌入式系統在手持設備上的大量應用,手持設備的特點(diǎn)要求嵌入式系統功耗、體積更小,重量更輕。
(4)嵌入式系統將具有更加高速的通信接口,如USB2.0、千兆以太網(wǎng)等。
3 嵌入式系統設計流程
嵌入式系統開(kāi)發(fā)分為軟件開(kāi)發(fā)部分和硬件開(kāi)發(fā)部分。嵌入式系統開(kāi)發(fā)過(guò)程一般都采用“宿主機/目標板”開(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境和調試工具來(lái)開(kāi)發(fā)目標板上的軟件,然后通過(guò)交叉編譯環(huán)境生成目標代碼和可執行文件,通過(guò)串口FUSB/以太網(wǎng)等方式下載到目標板上,利用交叉調試器在監控程序運行,實(shí)時(shí)分析,最后,將程序下載固化到目標機上,完成整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。當前,嵌入式開(kāi)發(fā)已經(jīng)逐步規范化,在遵循一般工程開(kāi)發(fā)流程的基礎上,嵌入式開(kāi)發(fā)有其自身的一些特點(diǎn),圖1所示為嵌入式系統開(kāi)發(fā)的一般流程。流程主要包括系統需求分析佞求有嚴格規范的技術(shù)要求)、體系結構設計、軟硬件及機械系統設計、系統集成、系統測試、最終產(chǎn)品。具體情況如下:
(1)系統需求分析:確定設計任務(wù)和設計目標,并提煉出設計規格說(shuō)明書(shū),作為正式設計指導和驗收的標準。系統的需求一般分功能性需求和非專(zhuān)題與綜述功能性需求兩方面。功能性需求是系統的基本功能,如輸入輸出信號、操作方式等;非功能需求包括系統性能、成本、功耗、體積、重量等因素。
(2)體系結構設計:描述系統如何實(shí)現所述的功能和非功能需求,包括對硬件、軟件和執行裝置的功能劃分,以及系統的軟件、硬件選型等。一個(gè)好的體系結構是設計成功與否的關(guān)鍵。
(3)硬件/軟件協(xié)同設計:基于體系結構,對系統的軟件、硬件進(jìn)行詳細設計。為了縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,設計往往是并行的。嵌入式系統設計的工作大部分都集中在軟件設計上,采用面向對象技術(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設計是現代軟件工程經(jīng)常采用的方法。
(4)系統集成:
把系統的軟件、硬件和執行裝置集成在一起,進(jìn)行調試,發(fā)現并改進(jìn)單元設計過(guò)程中的錯誤。
(5)系統測試:對設計好的系統進(jìn)行測試,看其是否滿(mǎn)足規格說(shuō)明書(shū)中給定的功能要求。
4 嵌入式系統設計面臨的挑戰
要求更高的應用需求推動(dòng)嵌入式設計從8/16位轉向功能更強大的32位MCU。這種升級給工程師帶來(lái)了嚴峻的挑戰,提出了一系列前所未有的全新問(wèn)題。
(1)轉變觀(guān)念,需要熟悉新的開(kāi)發(fā)模式。嵌入式系統應用不再是過(guò)去單一的單片機應用模式,而是越來(lái)越多樣化,嵌入式系統實(shí)現的最高形式是片上系統SoC,而SoC的核心技術(shù)是重用和組合IP核構件。從單片機應用設計到片上系統設計及其中間的一系列的變化,從底層大包大攬的設計到利用FPGA和IP模塊進(jìn)行功能組合PSoC/SOPC設計。
(2)技術(shù)門(mén)檻提高,需要學(xué)習全新的RTOS技術(shù)。
(3)選擇合適的開(kāi)發(fā)工具,熟悉新的開(kāi)發(fā)環(huán)境。目前從8位升級到32位的一個(gè)最大障礙就是開(kāi)發(fā)工具的投入。32位開(kāi)發(fā)工具要比8位開(kāi)發(fā)工具復雜得多,使用的技術(shù)門(mén)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)同設計和驗證技術(shù)、設計管理技術(shù)。軟/硬件并行設計是嵌入式系統設計的一項關(guān)鍵任務(wù)。在設計過(guò)程中的主要問(wèn)題,是軟硬件設計的同步與集成。這要求控制一致性與正確性,但隨著(zhù)技術(shù)細節不斷增加,需要消耗大量的時(shí)間。目前,業(yè)界已經(jīng)開(kāi)發(fā)Polis、Cosyma及Chinook等多種方法和工具來(lái)支持集成式軟硬件的協(xié)同設計。目標是提供一種統一的軟硬件開(kāi)發(fā)方法。它支持設計空間探索,并使系統功能可以跨越硬件和軟件平臺復用。團隊開(kāi)發(fā)的最大問(wèn)題就是設計管理問(wèn)題。
(5)SoC設計所面臨的巨大的挑戰。SoC已經(jīng)開(kāi)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(guò)去應用工程師面對的是各種ASIC電路,而現在越來(lái)越多所面對的是巨大的IP模塊庫,所有設計工作都是以IP模塊為基礎。SoC設計技術(shù)使嵌入式系統設計工程師變成了一個(gè)面向應用的電子器件設計工程師。隨著(zhù)SoC應用的日益普及,在測試程序生成、工程開(kāi)發(fā)、硅片查錯、量產(chǎn)等領(lǐng)域對SoC測試技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。
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