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、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術、電子技術和具體應用相結合的產物。 yjbys小編下面為你整理了關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
與通用計算機系統相比,嵌入式系統有其自身的特點:
(1)嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術以及電子技術與各個行業的具體應用相結合的產物,這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。
(2)嵌入式系統通常是面向用戶、面向產品、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品同步進行的。因此嵌入式系統產品一旦進入市場,就具有較長的生命周期。
2 嵌入式系統的發展趨勢
消費家電的智能化,為嵌入式系統的發展展現出美好的市場前景,也對嵌入式系統提出新的發展要求;微電子技術和系統設計方法的進步,使得嵌入式系統的發展呈現出以下趨勢:
(1)隨著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越大,系統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)嵌入式系統在工業領域和某些特殊場合的廣泛應用,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)隨著嵌入式系統在手持設備上的大量應用,手持設備的特點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、千兆以太網等。
3 嵌入式系統設計流程
嵌入式系統開發分為軟件開發部分和硬件開發部分。嵌入式系統開發過程一般都采用“宿主機/目標板”開發模式,即利用宿主機(PC機)上豐富的軟硬件資源及良好的開發環境和調試工具來開發目標板上的軟件,然后通過交叉編譯環境生成目標代碼和可執行文件,通過串口FUSB/以太網等方式下載到目標板上,利用交叉調試器在監控程序運行,實時分析,最后,將程序下載固化到目標機上,完成整個開發過程。當前,嵌入式開發已經逐步規范化,在遵循一般工程開發流程的基礎上,嵌入式開發有其自身的一些特點,圖1所示為嵌入式系統開發的一般流程。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、最終產品。具體情況如下:
(1)系統需求分析:確定設計任務和設計目標,并提煉出設計規格說明書,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。一個好的體系結構是設計成功與否的關鍵。
(3)硬件/軟件協同設計:基于體系結構,對系統的軟件、硬件進行詳細設計。為了縮短產品開發周期,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、軟件組件技術、模塊化設計是現代軟件工程經常采用的方法。
(4)系統集成:
把系統的軟件、硬件和執行裝置集成在一起,進行調試,發現并改進單元設計過程中的錯誤。
(5)系統測試:對設計好的系統進行測試,看其是否滿足規格說明書中給定的功能要求。
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了嚴峻的挑戰,提出了一系列前所未有的全新問題。
(1)轉變觀念,需要熟悉新的開發模式。嵌入式系統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,嵌入式系統實現的最高形式是片上系統SoC,而SoC的核心技術是重用和組合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模塊進行功能組合PSoC/SOPC設計。
(2)技術門檻提高,需要學習全新的RTOS技術。
(3)選擇合適的開發工具,熟悉新的開發環境。目前從8位升級到32位的一個最大障礙就是開發工具的投入。32位開發工具要比8位開發工具復雜得多,使用的技術門檻要高得多,同時其投資也要高得多。
(4)熟悉硬件/軟件協同設計和驗證技術、設計管理技術。軟/硬件并行設計是嵌入式系統設計的一項關鍵任務。在設計過程中的主要問題,是軟硬件設計的同步與集成。這要求控制一致性與正確性,但隨著技術細節不斷增加,需要消耗大量的時間。目前,業界已經開發Polis、Cosyma及Chinook等多種方法和工具來支持集成式軟硬件的協同設計。目標是提供一種統一的軟硬件開發方法。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。團隊開發的最大問題就是設計管理問題。
(5)SoC設計所面臨的巨大的挑戰。SoC已經開始成為新一代應用電子技術的核心,這已成為電子技術的革命標志。過去應用工程師面對的是各種ASIC電路,而現在越來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設計技術使嵌入式系統設計工程師變成了一個面向應用的電子器件設計工程師。隨著SoC應用的日益普及,在測試程序生成、工程開發、硅片查錯、量產等領域對SoC測試技術提出了越來越高的要求。
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