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1、* *Part IVPart IV嵌入式系统开发嵌入式系统开发 流程及案例流程及案例（1 1）高级进阶）高级进阶* *主要内容主要内容嵌入式系统开发流程1软硬件协同设计基本概念2一个简单案例31. 1. 嵌入式系统开发流程简介嵌入式系统开发流程简介 嵌入式系统的软硬件框架嵌入式系统的软硬件框架串口、并口、 USB、以太网等LED、LCD、触摸 屏、键盘等Linux、uCLinux、 uC/OS-II、WinCE 等单线程 应用程序开发嵌入式系统的开发流程嵌入式系统的开发流程q系统需求分析确定设计任务和目标，并提炼出设计规格说明书，作为 正式设计指导和验收的标准。系统的需求一般分功能性需求 和非
2、功能性需求两方面。功能性需求是系统的基本功能，如输入输出信号、操作 方式、完成的算法等；非功能需求包括：u系统性能、成本、功耗、体积、重量；u良好的界面（HMI）？用户对设备（产品）的使用方式？u产品外观设计的考虑u扩展性要求？形成完整的规格说明书，说明具体的性能指 标说明等，形成完整的文档，备案！如果对方对需求不 是很清晰时，一定 要认真沟通，把握 其真实的想法！n n主要考虑的问题有：主要考虑的问题有： 系统架构的确定（功能划分）系统架构的确定（功能划分） 选择主处理器选择主处理器 根据处理任务的需求，确定是否采用根据处理任务的需求，确定是否采用RTOSRTOS？ 确定编程语言（用什么语言
3、开发？）确定编程语言（用什么语言开发？） 开发环境的选择开发环境的选择 相关的测试设备、辅助工具的确定相关的测试设备、辅助工具的确定q体系结构设计描述系统如何实现所述的功能和非功能需求，包括对硬 件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选型 等。一个好的体系结构是设计成功与否的关键。* *规划与方案选择规划与方案选择项目组长要考虑的 问题！基于整体规划，具 体的系统设计要考 虑的问题！q硬件/软件协同设计基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详细设计。为 了缩短产品开发周期，设计往往是并行的。q系统集成把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起，进行调试 ，发现并改进单元设计过程中的错误。q
4、系统测试对设计好的系统进行测试，看其是否满足规格说明书中 给定的功能要求嵌入式系统是一个迭代优化的设计过程嵌入式系统是一个迭代优化的设计过程嵌入式系统的设计： 只有更好，没有最好！Time to Market2. The conception of SW/HW 2. The conception of SW/HW concurrent designconcurrent designn n软硬件协同设计定义软硬件协同设计定义 The meeting of system-level objectives by The meeting of system-level objectives by ex
5、ploiting the trade-offs between hardware and exploiting the trade-offs between hardware and software in a system through their concurrent software in a system through their concurrent designdesignn n主要概念主要概念 ConcurrentConcurrent（并发）（并发）: hardware and software : hardware and software developed at the
6、 same time on parallel pathsdeveloped at the same time on parallel paths IntegratedIntegrated（交互）（交互）: interaction between hardware : interaction between hardware and software developments to produce designs that and software developments to produce designs that meet performance criteria and functio
7、nal meet performance criteria and functional specificationsspecifications传统的嵌入式系统设计模型传统的嵌入式系统设计模型n n传统软硬件设计过程的基本特征传统软硬件设计过程的基本特征: : 系统在一开始就被划分为软件和硬件两大部分系统在一开始就被划分为软件和硬件两大部分 软件和硬件独立进行开发设计软件和硬件独立进行开发设计 “Hardware first”approach often adopted“Hardware first”approach often adoptedn n隐含的一些问题隐含的一些问题: : 软硬件
8、之间的交互受到很大限制软硬件之间的交互受到很大限制 软硬件之间的相互性能影响很难评估软硬件之间的相互性能影响很难评估 系统集成相对滞后系统集成相对滞后n n导致导致: : Poor quality designsPoor quality designs（设计质量差）（设计质量差） Costly modificationsCostly modifications（设计修改难）（设计修改难） Schedule slippagesSchedule slippages（研制周期不能有效保障）（研制周期不能有效保障）n n传统设计过程中的尖锐矛盾传统设计过程中的尖锐矛盾 随着设计复杂程度的提高，软硬件设
9、计中的一随着设计复杂程度的提高，软硬件设计中的一 些错误将使开发过程付出昂贵的代价些错误将使开发过程付出昂贵的代价 “Hardware first”approach often “Hardware first”approach often compounds software cost because compounds software cost because software must compensate for hardware software must compensate for hardware inadequaciesinadequacies* *软硬件设计过程发展方向协同
10、设计软硬件设计过程发展方向协同设计* *软硬件协同设计的基本需求软硬件协同设计的基本需求n n统一的软硬件描述方式统一的软硬件描述方式 软硬件支持统一的设计和分析工具（技术）软硬件支持统一的设计和分析工具（技术） 允许在一个集成环境中仿真（评估）系统软硬允许在一个集成环境中仿真（评估）系统软硬 件设计件设计 支持系统任务在软件和硬件设计之间的相互移支持系统任务在软件和硬件设计之间的相互移 植植n n交互式软硬件划分技术交互式软硬件划分技术 允许多个不允许多个不同同的软硬件划分设计进行仿真和比的软硬件划分设计进行仿真和比 较较 辅助最优系统实现方式决策辅助最优系统实现方式决策n n完整的软硬件模
11、型基础完整的软硬件模型基础 Supports evaluation at several stages of Supports evaluation at several stages of the design processthe design process Supports step-wise development and Supports step-wise development and integration of hardware and softwareintegration of hardware and softwaren n正确的验证方法正确的验证方法 确保系统设计达
12、到目标要求确保系统设计达到目标要求* *典型的软硬件协同设计过程典型的软硬件协同设计过程* *软硬件协同设计的优势软硬件协同设计的优势n n在设计初始阶段就可进行软硬件交互设计在设计初始阶段就可进行软硬件交互设计 和调整和调整 Provides continual verification Provides continual verification throughout the design cyclethroughout the design cycle（贯穿整个设（贯穿整个设 计周期）计周期） Separate HW/SW development paths Separate HW/S
13、W development paths can lead to costly modifications and can lead to costly modifications and schedule slippagesschedule slippagesn n关键技术（如可编程逻辑综合技术、器件关键技术（如可编程逻辑综合技术、器件 接口和功能模型描述）的进步使得软硬件接口和功能模型描述）的进步使得软硬件 交互设计变得简单起来交互设计变得简单起来* *3.3.一个简单的例子一个简单的例子n n设计实例设计实例 要求设计一个系统，完成图像颜色空间变换的要求设计一个系统，完成图像颜色空间变换的
14、 实时处理，输入图像大小为实时处理，输入图像大小为VGAVGA分辨率（分辨率（ 640480640480）图像的彩色空间变换公式图像的基本概念图像的基本概念n n数字图像数字图像 其实就是其实就是 一个二维一个二维 矩阵矩阵n n分为彩色分为彩色 图像和灰图像和灰 度图像度图像* *n n（1 1）确定系统的数据处理流程）确定系统的数据处理流程 上述任务的处理流程可分解为三步：上述任务的处理流程可分解为三步：Phase 2Phase 1Phase 3输入接口输出接口处理器算法分析算法分析* *图像的彩色空间变换公式：RGB-HSIn n假定假定：这里的：这里的X X ，Y Y，Z Z就是我们就
15、是我们 需要的转换的结需要的转换的结 果（并不是真实果（并不是真实 的的HSHSI I结果）结果）n n从算法的分析，可以得到如下特点从算法的分析，可以得到如下特点：n n每次每次运算只涉及运算只涉及1 1个像素个像素n n每个像素的运算量是：每个像素的运算量是：9 9次乘法次乘法+6+6次次 加法加法 读入整幅图像数据，然后再进行处理，简读入整幅图像数据，然后再进行处理，简 称称Frame-InFrame-In模式模式 读取一个图像点，就处理一个图像点，简读取一个图像点，就处理一个图像点，简 称称Pixel-InPixel-In模式模式n n根据每次运算只涉及到根据每次运算只涉及到1 1个个
16、pixelpixel，可，可 以采用两种可能的输入方式以采用两种可能的输入方式n n同理可知，数据的同理可知，数据的输出也有方式：输出也有方式： 整幅图像数据处理完成后，一次性的存储到外部缓整幅图像数据处理完成后，一次性的存储到外部缓 存中，简称存中，简称Frame-OutFrame-Out模式模式 逐个像素点的存储。每处理完一个点就输出处理结逐个像素点的存储。每处理完一个点就输出处理结 果，简称果，简称Pixel-OutPixel-Out模式模式输入、输出性能分析输入、输出性能分析n n无论哪种方式（无论哪种方式（pixel/Framepixel/Frame模式），对模式），对 IOIO接口的最低要求是：接口的最低要求是： 每个像素有每个像素有3bytes3bytes的数据输入（
