第2章01：嵌入式系统基本设计方法资料

嵌入式系统的设计技术主要包括 :
– 硬件设计技术 – 软件设计技术
3
2.1.1 嵌入式系统设计的内容
1. 硬件设计的技术包括:芯片级设计技术和电 路板级设计技术
– 芯片级设计技术：核心是编译/综合、库/IP、测试/ 验证。
编译/综合技术使设计者用抽象的方式描述所需的功能， 并自动分析和插入实现细节。
➢ 随着微电子工艺技术的发展，各种通用的可编程半 定制逻辑器件应运而生。
➢ 硬件设计人员从过去选择和使用标准通用集成电路 器件，逐步转向自己设计和制作部分专用的集成电 路器件，而这些技术是由各种EDA工具软件提供支 持的 。
23
EDA工具软件
➢ 设计人员可以利用各种EDA工具和标准的复杂可编程 逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA等，设计和 自制用户专用的大规模集成电路。
21
具体设计
➢ 具体设计: 包括硬件设计和软件设计。 ➢硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能 模块所需要使用的元器件进行选择和组合。 ➢软件设计主要包括任务分析、资源分配、模 块划分、流程设计和细化、编码调试等。
22
2.1.3 嵌入式系统设计方法的分类
嵌入式系统设计分为三个不同的发展层次 ➢ 2. 以EDA工具软件和EOS为开发平台的设计方法
第二章 嵌入式系统基本设计方法
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章 嵌入式系统基本设计方法
本章的主要内容
➢ 2.1 嵌入式系统设计概述 ➢ 2.2 嵌入式系统软硬件协同设计概述 ➢ 2.3 需求分析和概要设计 ➢ 2.4 详细设计 ➢ 2.5 实现阶段 ➢ 2.6 测试阶段
2
2.1.1 嵌入式系统设计的内容
嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计， 量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积 上实现更高的性能。
– 软件语言经历了从低级语言（机器语言、汇编语言） 到高级语言（如结构化设计语言、面向对象设计语 言）的发展历程，推动其发展的是汇编技术、分析 技术、编译/解释技术等诸多相关技术。
10
2.1.2 嵌入式系统设计的技术背景
IT技术的发展推动嵌入式系统设计方法 的演变，这些技术包括：
– 1. 微电子技术：
17
2.1.3 嵌入式系统设计方法的分类
嵌入式系统设计分为三个不同的发展层次
➢ 1. 以CAD软件和ICE（In Circuit Emulator） 为主要工具的设计方法
➢ 这是过去直至现在我国单片机应用系统设计人员一 直沿用的方法，其步骤是先抽象后具体。
18
PS:
在线仿真器 (In-Circuit Emulator, ICE) 是用来调试嵌 入式系统软件的硬件设备。嵌入式系统开发者要面对 一般软件开发者所没有的特殊问题， 因为嵌入式系统 往往不像商业计算机那样具有键盘、显示屏、磁盘机 和其他各种有效的用户界面和存储设备。
➢ 然后再通过自下而上的设计方法，把用半定制器件设 计自制的集成电路、可编程外围器件、所选择的ASIC 与嵌入式微处理器或微控制器在印制板上布局、布线 构成系统。
24
2.1.3 嵌入式系统设计方法的分类
嵌入式系统设计分为三个不同的发展层次 ➢ 3. 以IP内核库为设计基础，采用软硬件协同设
计技术的设计方法 ➢ 20世纪90年代后，进一步开始了从“集成电
路”级设计不断转向“集成系统”级设计。 目前已进入片上系统SOC（System on a Chip） 设计阶段。
25
SOC
➢ 单片系统设计要从整个系统性能要求出发，把微 处理器、模型算法、芯片结构、外围器件各层次 电路直至器件的设计紧密结合起来，并通过建立 在全新理念上的系统软件和硬件的协同设计，在 单个芯片上完成整个系统的功能。
11
2.1.2 嵌入式系统设计的技术背景
– 2. 高性能的EDA（电子设计自动化） 综合开发工具：
高性能的EDA综合开发工具为复杂的嵌 入式系统设计提供了易于学习和方便使 用的集成开发环境
12
2.1.2 嵌入式系统设计的技术背景
– 3. 硬件描述语言HDL (Hardware Description Language )
库/IP技术将预先设计好的低抽象级实现用于高级。 测试/验证技术确保每级功能正确，减少各级之间反复设
计的成本。
➢ 电路板级设计技术：完成电路板的规划，电路设 计，在印制板上布局，布线，最终构成系统。
4
5
电路原理图
6
电路原理图
7
8
9
2.1.1 嵌入式系统设计的内容
2. 软件设计技术：软件语言
硬件描述语言的发展为复杂电子系统设计 提供了建立各种硬件模型的工作语言。
13
硬件描述语言HDL ( 案例）
14
硬件描述语言HDL ( 案例）
15
– 4. EOS技术：
软件技术的进步，特别是嵌入式操作系 统EOS (Embedded Operation System) 的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软 件提供了底层支持和高效率开发平台。
当仿真器被插入到待开发芯片的某个部分的时候，在
线仿真也被称作硬件仿真。 这样的在线仿真器， 可
以在系统运行实时数据的情况下， 提供相对很好的调
试能力。
19
仿真器设备
20
抽象设计
➢ 主要是根据嵌入式应用系统要实现的 功能要求，对系统功能细化，分成若 干功能模块，画出系统功能框图，再 对功能模块进行硬件和软件功能实现 的划分。
大规模集成电路：微电子技术的发展，带来大规 模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，生产 出了大批量的低成本、高可靠性和高精度的微电 子结构模块
器件可编程：在此基础上发展起来的器件可编程 思想和微处理（器）技术可以用软件来改变和实 现硬件的功能，实现了微处理器和各种可编程大 规模集成专用电路、半定制器件的大量应用。
16
2.1.2 嵌入式系统设计的技术背景
名词解释： – IP（Intellectual Property Core，知识产权 核）
是一种预先设计好的甚至已经过验证的具有某种 确定功能的集成电路、器件或部件。
该模块有行为（behavior）、结构（structure） 和物理（physical）3级不同程度的设计，对应有 主要描述功能行为的“软IP内核(soft IP core)”、 完成结构描述的“固IP内核(firm IP core)”和基于 物理描述并经过工艺验证的“硬IP内核(hard IP core)”3个层次。