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1、NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 200611第第 6 6 章章 嵌入式系嵌入式系统设计技技术 本章主要内容：嵌入式系统设计的特点 嵌入式系统的组成嵌入式系统的设计流程1NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 200622 嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点 嵌入式系统通常是面向特定运用的系统；嵌入式系统的硬件和软件都必需高效地设计，量体裁衣、去除冗余；嵌入式系统设计需求交叉开发环境； 嵌入式
2、系统的程序需求固化； 嵌入式系统的软件开发难度较大 ；嵌入式系统还需求提供强大的硬件开发工具和软件包的支持，需求设计者从速度、功能和本钱综合思索。对稳定性、可靠性、功耗、抗干扰性、分量体积等方面的性能要求都比通用系统的要求更为严厉和苛刻。2NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 200633 “ “宿主机宿主机/ /目的机方式目的机方式 嵌入式系统的开发通常采用“宿主机/目的机方式。宿主机Host是一台通用的计算机，普通是PC机。它经过串口或网络衔接与目的机进展通讯。 目的机Target常用在嵌入式
3、系统的开发过程期间。目的机可以是嵌入式系统的实践运转环境，也可以是能替代实践环境的仿真系统。3NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 200644 “ “宿主机宿主机/ /目的机方式目的机方式首先，利用宿主机上丰富的设备资源以及良好的开发环境来开发和仿真调试目的机上的软件。然后，经过UART接口或Ethernet接口将交叉编译生成的目的代码传输并下载到目的机上，并用交叉调试器在实时内核/操作系统或监控程序的支持下进展实时分析和调试。最后，目的机在特定的环境下运转。4NEUSOFT Institute
4、 of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 200655 嵌入式系统的组成5NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 200666 硬件层硬件层 硬件层是由嵌入式微处置器、存储器系统、通用设备接口和I/O接口A/D 、D/A、I/O等组成。在一片嵌入式微处置器根底上添加电源电路、时钟电路和存储器电路ROM 和SDRAM等，就构成了一个嵌入式中心控制模块。其中操作系统和运用程序都可以固化在ROM中。 MP3随声听的硬件组成 6NEUSOFT In
5、stitute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 200677 中间层中间层中间层也称为硬件笼统层Hardware Abstract Layer,HAL或板极支持包Board Support Package，BSP，它把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。BSP具有以下两个特点：1)操作系统相关性 2)硬件相关性 设计一个完好的BSP需求完成两部分任务：嵌入式系统的初始化:片级初始化、板级初始化和系统级初始化 设计硬件相关的设备驱动。 7NEUSOFT Institute of Informatio
6、n Technology, ChengDuDate: 5. March. 200688 软件层软件层软件层由实时多义务操作系统RTOS、文件系统、图形用户接口GUI、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式运用软件的根底和开发平台。RTOS实践上是一段嵌入式目的代码中的程序，系统复位后首先执行，相当于用户的主程序，用户的其他运用程序都建立在RTOS之上。RTOS是一个规范的内核，它将CPU时钟、中断、I/O、定时器等资源都封装起来，留给用户的是一个规范的API函数接口。 8NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5
7、. March. 200699 功能层与执行安装功能层与执行安装功能层：由基于RTOS开发的运用程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。功能层是面向被控对象和用户的，为方便用户操作，往往需求提供一个友好的人机界面。执行安装：是指那些可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或义务的设备和安装。在不同的运用领域中，嵌入式系统的执行安装普通是不同的，应该根据详细的运用场所和系统所要务虚现的功能选择不同的设备和执行安装。9NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20061010 嵌入式系统的
8、设计流程嵌入式系统的设计流程 10NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20061111 需求分析阶段需求分析阶段 嵌入式系统的特点决议了系统在开发设计初期的需求分析过程中就要搞清需求完成的义务。功能性需求：是系统的根本功能，如输入输出信号、操作方式等；非功能性需求：包括系统性能、本钱、功耗、体积、分量等要素。运用需求表格将系统的功能性需求和非功能性需求综合起来。11NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March
9、. 20061212 规格阐明阶段规格阐明阶段对需求进展提炼，得到系统的规格阐明，这些规格阐明里包含了进展系统体系构造设计所需求的足够信息。规格阐明作为分析结果，它是系统开发、验收和管理的根据。因此，规格阐明必需足够的明晰和明白。经过验证规格阐明检查它能否符合系统需求并且完全满足客户的期望和要求。规格阐明不能有任何歧义，应该让系统的设计者明确地知道他们需求构造的是怎样的一个系统。 规格阐明必需仔细仔细地编写，以便可以准确详尽地反映客户对系统各方面的需求，并且作为设计时必需明确遵照的要求和准那么。 12NEUSOFT Institute of Information Technology, Ch
10、engDuDate: 5. March. 20061313 体系构造设计体系构造设计体系构造是系统整体构造的一个规划和描画，设计完成之后用于构建整个体系构造的构件。 体系构造描画了系统如何实现所述的功能和非功能的需求，包括对硬件、软件和执行安装的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。一个好的体系构造是设计胜利与否的关键。通常硬件和软件的选择包括：处置器、硬件部件、操作系统、编程言语、软件开发工具、硬件调试工具、软件组件等。其中，通常，处置器是最重要的，同时操作系统和编程言语也是非常关键的。处置器的选择往往同时会限制操作系统的选择，操作系统的选择又会限制开发工具的选择。13NEUSOFT Inst
11、itute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20061414 硬件平台的选择硬件平台的选择处置器选择要思索的主要要素有： 处置器的性能 处置器的技术目的。 功耗。 软件支持工具。 处置器能否内置调试工具。 供应商能否提供评价板。 其它要素：消费规模、开发市场的目的、软件对硬件的依赖性。14NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20061515 软件平台的选择软件平台的选择 1.操作系统的选择需求思索到以下几个方面： 操作系统本身所
12、提供的开发工具。 操作系统向硬件接口移植的难度。 操作系统的内存要求。 开发人员能否熟习此操作系统及其提供的系统API。 操作系统能否提供硬件的驱动程序，如网卡驱动程序等。 操作系统的能否具有可剪裁性。 操作系统的实时性能。15NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20061616 软件平台的选择软件平台的选择2.编程言语的选择主要思索以下要素： 通用性。 可移植性程度。 执行效率。 可维护性。16NEUSOFT Institute of Information Technology, Cheng
13、DuDate: 5. March. 20061717 软件平台的选择软件平台的选择3.集成开发环境IDE思索的要素: 系统调试器的功能。 支持库函数。与选择硬件和操作系统的原那么一样：除非必要，尽量采用规范的 glibc。 编译器开发商能否继续晋级编译器。 衔接程序能否支持一切的文件格式和符号格式。17NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20061818 软件平台的选择软件平台的选择4.硬件调试工具的选择: 好的软件调试程序可以有效地发现大多数的错误，但是假设再选择一个好的硬件调试就会到达事半功
14、倍的效果。常用的硬件调试工具有以下几种：实时在线仿真器(ICE，In-Circuit Emulator)。驻留监控软件。ROM仿真器。 JTAG仿真器。是目前运用最广泛的调试手段。18NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20061919 软件组件的选择软件组件的选择授权软件组件的费用普通都很高，但大都经过严厉的测试，可靠性高，调试时间短。反之免费组件。如今也有一些免费的自在软件组件，它们的性能、可靠性也很好。因此开发人员在选择的时候要加以权衡，确定哪种方案更好。19NEUSOFT Institu
15、te of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20062020设计硬件构件和软件构件设计硬件构件和软件构件 构件的设计应与体系构造和规格阐明坚持一致。通常为了缩短产品的开发周期，往往硬件和软件的设计是并行的。总的来说，嵌入式系统设计的任务大部分集中在软件设计上，采用面向对象的技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程当中经常采用的方法。20NEUSOFT Institute of Information Technology, ChengDuDate: 5. March. 20062121 系统集成和测试系统集成和测试在系统的硬件构件和软件构件建立起来后，将硬件构件、软件构件和执行安装集成在一同才干得到一个可以运转的系统。 分阶段架构整个系统并且正确运转事先选择好的测试程序。 嵌入式系统集成过程中运用的调试工具很有限，常用的调试工具在前面曾经引见过。嵌入式系统的软件测试与通用软件的测试类似，分为单元测试和系统的集成测试。常用有黑盒测试和白盒测试两种测试方法。 21
