嵌入式系统基本知识资料.pptVIP

2.4.1 嵌入式系统的设计流程 嵌入式系统设计一般有5个阶段构成：需求分析、体系结构设计、硬件/软件设计、系统集成和系统测试 嵌入式系统设计步骤 系统需求分析：确定设计任务和设计目标，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功能性需求两方面。 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。 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。应该说，嵌入式系统设计的工作大部分都集中在软件设计上，采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。 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。 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。 单片机系统的开发流程 通常在单片机系统的开发和应用中，是按照如图下图所示的流程进行的。 嵌入式系统的开发过程 在嵌入式系统的应用开发中，整个系统的开发过程将改变为如下图所示的过程。 2.4.3 嵌入式系统的的硬件／软件协同设计技术 从理论上来说，每一个应用系统，都存在一个适合于该系统的硬件、软件功能的最佳组合，如何从应用系统需求出发，依据一定的指导原则和分配算法对硬件/软件功能进行分析及合理的划分，从而使系统的整体性能、运行时间、能量耗损、存储能量达到最佳状态，己成为硬件/软件协同设计的重要研究内容之一 传统的设计技术 传统的嵌入式系统的设计技术将硬件和软件分为两个独立的部分。 传统的嵌入式系统开发过程 传统的嵌入式系统开发采用的是软件开发与硬件开发分离的方式，其过程可描述如下 (1)需求分析； (2)软硬件分别设计、开发、调试、测试； (3)系统集成：软硬件集成； (4)集成测试； (5)若系统正确，则结束，否则继续进行； (6)若出现错误，需要对软、硬件分别验证和修改； (7)返回3，继续进行集成测试。 软硬件协同设计过程 嵌入式系统的硬件／软件协同设计技术 需求说明书 硬件设计 软/硬件划分 接口定义 软件设计 编译调试 程序库 硬件制作 硬件测试 软件仿真 软硬件联调 产品发布 产品认证 离线调试 ICE调试器 软硬件协同设计过程 软硬件协同设计过程可归纳为 (1)需求分析； (2)软、硬件协同设计； (3)软硬件实现： (4)软硬件协同测试和验证。 这种方法的特点在协同设计(Co-design)、协同测试(Co-test)和协同验证(Co-verification)上，充分考虑了软硬件的关系，并在设计的每个层次上给以测试验证，使得尽早发现和解决问题，避免灾难性错误的出现。 2.4.3 嵌入式系统的可重构设计技术 1．可重构定义 所谓可重构是指：在软件或硬件系统中，如果可以利用可重用的资源，经过重构或重组使之实现不同功能的系统，以适应不同应用的要求，则称这种系统是可重构的。 重构与重组是可重构系统改变其功能的两种方式。 可重构的目的有两点：(1)为了扩展系统的功能，使之能适应不同应用的要求；(2)为了节省软硬件的开发费用，尽可能使用已有的资源来构造新的系统。 可重构可以按解决不同问题的层次分成4类：电路级可重构、指令级可重构、结构级可重构和软件级可重构。 如果按重构发生的时间划分，可重构技术又可分为静态可重构(Static Reconfiguration)和动态系统重构(Dynamic Reconfiguration)。 如果重构发生在系统运行前，则称为静态可重构，如图2-25（a）所示。如果在系统运行时可以重构，即系统本身可以根据不同条件改变自身功能，则称为动态可重构，如图2-25（b）所示。 参数配置 资源重组或重构 执行 对象 参数配置 资源重组或重构 执行 对象 （a）静态重构 （b）动态重构 图2-25 系统重构过程 就动态重构实现范围的不同，又可以分为全局重构和局部重构。 (1)全局重构。所谓全局重构是指对重构器件或系统进行全部的重新配置。在配置过程中，计算的中间结果必须取出存放在额外的存储区，直到新的配置功能全部下载完为止，重构前后电路相互独立，没有关联。 (2)局部重构。对重构器件或系统的局部重新配置，与此同时，其余局部的工作状态不受影响。局部重构对减小重构的范围和单元数目，大大缩短重构时间，占有相当的优势。 2．可重构技术的发展 可重构性真正向灵活流畅迈出的第一步是嵌入式数字计算机的出现。 在基于SRAM的大型FPGA出现以后，才第一次对目前大多数人所谈论的可重构计算展开研