微处理器系统结构与嵌入式系统设计chap8.pptVIP

第八章 嵌入式系统设计 8.1 嵌入式系统简介 嵌入式系统：嵌入到各种控制应用系统、各类电子系统和电子产品中，实现嵌入式应用的计算机系统 嵌入式系统是以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统 Embedded system is devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants－－－－IEEE 嵌入式系统的主要特征 面向控制对象，对多种不同的控制对象能灵活地进行实时控制 嵌入到应用系统中 在工业现场环境中可靠地运行 嵌入式系统的主要特点 软件硬件协同并行开发 多种多样的微处理器 实时操作系统的多样性 (RTOS) 与台式机相比，可利用系统资源有限 应用支持很少 要求特殊的开发工具 代码固化运行 调试手段有限 软件硬件的鲁棒性（健壮性，Robust） 嵌入式系统的体积和功耗 8.2 设计方法及设计流程 嵌入式系统要解决的主要问题 需要用什么样的系统结构来实现？ 如何满足时限要求，如何处理多项功能在时间上的协调一致关系？ 如何保证系统可靠地工作？ 如何满足系统接口要求，嵌入式应用直接和系统接口输入输出信息？ 如何降低系统的功耗？ 如何使系统可升级？ 设计流程—自顶向下或自底向上设计 单片机系统的开发流程 嵌入式系统开发流程 需求分析 作用 使用户和设计者有效交流、沟通，明确设计目标 设计者 － 设计什么？有哪些要求？ 用户 － 将得到的系统是什么样的？ 目标 形成需求文档 内容 功能性需求 做什么？ 输入,输出,功能，…… 非功能性需求 其他属性 可靠性，速度，功耗，…… 成本,大小,重量,设计时间， …… 评价标准 正确性 无二义性 完整性 可检验性 一致性 可修改性 可追踪性 例：GPS移动地图的需求 设计规格说明 规格说明与需求的比较 需求的提炼，需求的精确描述 是可用来创建体系结构的关于系统的更详尽、更精确、更一致的描述 目标 形成规格说明书 内容 包含系统体系结构设计的足够信息 统一描述系统的硬件和软件 例：GPS系统的规格说明 从GPS卫星接收到的数据。 地图数据。 用户界面。 必须执行的满足客户需求的操作。 保持系统运行所需的后备动作，如操纵GPS接收机。 系统结构设计 作用 实现系统的蓝图，系统整体结构的一个计划 目标 形成结构设计文档 内容 系统分析 系统软硬件整体结构的设计 软硬件划分 标准构件和自行设计构件的确定 系统结构设计 系统如何实现设计说明书描述的功能 基于组件的系统结构 软件/硬件划分 嵌入式系统中软件和硬件协同完成系统的功能 软件硬件划分通常由速度、灵活性以及开销来决策 嵌入式系统硬件组成 例：GPS系统的硬件体系结构 嵌入式系统软件的特征 操作系统功能 任务调度 资源管理 设备驱动 协议栈 TCP／IP 应用软件框架 软件要求固态化存储 软件代码高质量、高可靠性 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础 例：GPS系统的软、硬件 标准构件和自行设计构件 构件的实现 选择标准 自行设计 标准构件 ＝ ？现成构件 已经产品化 形成规模生产 标准构件 ＋ 自行设计构件 ＝ 用户系统 构件包括了硬件构件和软件构件 构件本身可以是层次性的，可以由子构件组成 构件 标准硬构件 标准 IC CPU, DSP, …… RAM, ROM, 接口控制器，…… ASIC,…… 标准 IP CPU核，…… 标准模块 GPRS模块,GSM模块,蓝牙模块, …… 显示模块，…… 标准计算平台 基于PC104的嵌入式计算机 基于Compact PCI的嵌入式计算机 SOC,…… 构件 标准软构件 OS / RTOS 协议栈 TCP/IP 路由协议 H.323 …… 图形开发包 VxWorks的ZINK …… 驱动程序 构件 自研硬构件 内容 逻辑电路，专用加速器，…… 实现方式 PCB： IC：PLD FPGA ASIC,…… EDA设计工具 板级： 原理图设计工具 PCB设计工具 IC 硬件描述语言: VHDL,Verilog 原理图描述工具 综合仿真工具 布线器, ………… 8.3 嵌入式处理器 嵌入式处理器种类 嵌入式微处理器（MPU）：由通用计算机中的CPU演变而来 intel x86、IBM PowerPC、motorola 68K/coldfire、MIPS、ARM、Hitachi SuperH等系列 嵌入式微控制器（MCU）：即单片机，芯片内部集成ROM/EPROM，总线，总线逻