第二章嵌入式系统设计过程.ppt

第二章 嵌入式系统设计过程 本章内容提要： 2.1 嵌入式系统总体结构及设计基础 2.2 嵌入式设计过程概论 2.1.1 嵌入式系统总体结构 1.硬件层 硬件层由嵌入式微处理器、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。在一片嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路和存储器电路（ROM和RAM等），就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 嵌入式处理器 -〉ASIC 嵌入式硬件模块可重构 :可编程逻辑器件 2．中间层 硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer, HAL )或板级支持包（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，一般应具有相关硬件的初始化、数据的输入／输出操作和硬件设备的配置等功能。 BSP两个特点: 硬件相关性 和操作系统相关性 BSP组成：嵌入式系统初始化和设备驱动 嵌入式系统初始化 片级初始化：主要完成CPU的初始化，包括设置CPU的核心寄存器和控制寄存器，CPU核心工作模式以及CPU的局部总线模式等。 板级初始化：完成CPU以外的其他硬件设备的初始化。 系统级初始化：以软件初始化为主的过程，主要进行操作系统初始化。BSP将对CPU的控制权转交给操作系统。 设备驱动程序 与初始化过程相反，硬件相关的设备驱动程序的初始化和使用通常是一个从高层到底层的过程。操作系统中通用的设备驱动程序关联设备驱动程序，实现对硬件设备的操作。 3．软件层 软件层由实时多任务操作系统（RTOS)、文件系统、图形用户接口（GUI)、网络系统及通用组件模块等组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。 RTOS实际上是一段嵌入式目标代码中的程序，系统复位后首先执行，相当于用户的主程序，用户的其他应用程序都建立在RTOS之上。RTOS是一个标准的内核，它将CPU时钟、中断、I/O、定时器等资源都封装起来，留给用户的是一个标准的API函数接口。 4．功能层 功能层由基于RTOS开发的应用程序组成，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，往往需要提供一个友好的人机界面。 2.1.2 嵌入式系统硬件基础 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 CISC与RISC 影响CPU性能的因素 存储器系统 I/O接口 典型嵌入式系统基本组成－硬件 高速缓存（CACHE） 总线和总线桥 SRAM和DRAM 1）SRAM 2）DRAM 例如USB USB：Universal Serial Bus，通用串行总线 大家生活中常见的与USB有关的东西有： U盘、移动硬盘、无驱型的MP3（U盘） USB接口的键盘、Mouse、打印机、数码相机…… 即插即用，热插拨，系统不需重启便可工作，且易于扩展（127个） USB2.0以低成本实现高达480Mb/s的传输率（USB1.1的全速设备可达12Mb/s） 接口标准统一、端口供电 一个典型的USB通讯系统 2.1.2 嵌入式系统软件基础 操作系统的分类 嵌入式实时操作系统 前台与后台 多任务，任务优先级，调度 非占先式与占先式、可重入型函数 3.1 操作系统的分类 （1）顺序执行系统：系统内只含有一个程序，独占CPU的运行时间，按语句顺序执行该程序，直至执行完毕，另一程序才能启动运行。如DOS操作系统。 （2）分时操作系统：系统内同时可以有多个程序运行，把CPU的时间分按顺序分成若干片，每个时间片内执行不同的程序。如UNIX （3）实时操作系统：系统内有多个程序运行，每个程序有不同的优先级，只有最高优先级的任务才能占有CPU的控制权。 按实时性分类 强实时系统，其系统响应时间在毫秒或微秒级（数控机床）； 一般实时系统，其系统响应时间在毫秒－几秒的数量级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些（电子菜谱的查询）。 弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长（工程机械）。 按软件结构分类 1）循环轮询系统：（Polling Loop）最简单的软件结构是循环轮询，程序依次检查系统的每一个输入条件，一旦条件成立就进行相应的处理。 Initialize() While(true){ if(condition_1) action_1(); if(condition_2) action_2(); …… if(condition_n) aciti