(3)软硬件协同设计技术资料
无线传感器网络节点芯片的软／硬件协同低功耗设计技术
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆｔ ｅ ｓ ｆｗａ ｅ ａ ｄ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｄ ｓ ｎ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｒ ｏ Ｓ ｎ ｄ ＯＣ ，ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｓ ｒｃ ｓ ｄ ｏ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｏ ｔ ｒ ｎ ａ ｄ ｒ ｅ ｉ ｒ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ ｆ ｒ Ｗ Ｎ ｏ ｅ Ｓ ｇ ｈ ｓ ａ ｅ
ｏ ｐ ｗ ｅ ｏ ｓ ａ ｅ ｍ ｐｌｍ ｅｎ ｅ ｆ ｅｄ ｉ ｎｎｅ ｅ ｓ ｙ ｐｏ ｅ ｏｎｓ ｍ ｐｔｏｎ ｃ ｏ ｄ ｎｇ ｔ ｎａ ｉ ｒｍ ｄｅ ｒ ｉ ｅ ｔ ｄ ｏｒ ｒ ｕｃｎｇ ｕ ｃ ｓａｒ ｗ ｒ ｃ ｕ ｉ ａ ｃ ｒ ｉ ｏ ｄｙ ｍ ｃ ｐｏｗｅ ｍ ａ ａｇ ｍ ｅ ． ｒ ｎ ｅ ｎｔ
网络并根据不同电路模块选择不同的时钟频率 。这些研究 ， 将对后续的传感器节点芯片设计工作 ， 具有重要的意义。
关键 词 无 线 传感 器 网络
ＴＮ ７ ４
软 硬件 协 同设 计
动 态功 率 管 理
中 图分 类 号
Ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｎｏ ｏ －ｏ ｒＳ Ｈ ｏＤｅｉｎ ｆ ｒＷ Ｓ ｄ ＯＣ ｍｐｅ ｎ ａｉ ｆＬ ｗ－ ｗｅ ／ Ｃ － ｓｇ ｏ Ｎ Ｎｏ ｅＳ ｏ Ｐ
总第 ２０期 ３
计 算 机 与 数 字 工 程
Ｃｏ ｕｅ ｍｐ ｔｒ＆ Ｄｉｉ ｌ ｇｎ ｅｉｇ ｇｔ ｉｅｒｎ ａ Ｅｎ
Ｖｏ ｜ ６ Ｎｏ １ ｌ３ ． ２
１ ６５
软硬件集成与应用系统设计
软硬件集成与应用系统设计一、软硬件集成1.概念：软硬件集成是指将软件和硬件结合在一起，形成一个协同工作的系统。
它涉及到计算机系统、通信系统、嵌入式系统等多个领域。
2.目的：通过软硬件集成，可以使系统具有更好的性能、更高的可靠性、更低的成本、更好的可扩展性等。
a)硬件描述语言（HDL）：如Verilog、VHDL等，用于描述数字电路和系统的结构和行为。
b)软件编程语言：如C、C++、Java等，用于编写计算机程序和应用软件。
c)中间件：如操作系统、数据库管理系统等，用于管理和协调硬件和软件资源。
二、应用系统设计1.概念：应用系统设计是指根据用户需求，设计出一个能够实现特定功能的计算机系统或应用软件。
a)需求分析：了解用户需求，明确系统的功能、性能、可靠性等要求。
b)系统设计：根据需求分析，设计系统的架构、模块、接口等。
c)详细设计：对每个模块进行详细设计，包括算法、数据结构、界面等。
d)编码实现：根据详细设计文档，编写代码实现系统功能。
e)测试与调试：对系统进行测试，发现并修复错误，保证系统正常运行。
f)部署与维护：将系统部署到用户环境中，进行运行维护和升级。
2.注意事项：a)用户需求要清晰明确，以便指导系统设计。
b)系统设计要合理，既要满足当前需求，又要考虑未来扩展。
c)详细设计要详尽，方便编码实现和测试。
d)编码实现要规范，提高代码质量和可维护性。
e)测试要全面，确保系统功能和性能满足要求。
f)部署与维护要到位，确保系统稳定运行。
三、软硬件协同设计1.概念：软硬件协同设计是指在系统设计过程中，软硬件设计人员协同工作，共同优化系统性能和资源利用率。
a)划分硬件和软件任务：根据系统需求，合理划分硬件和软件任务，充分发挥各自优势。
b)协同设计工具：使用协同设计工具，如模型仿真、综合布局等，进行软硬件协同设计。
c)迭代优化：在设计过程中，不断迭代优化软硬件，提高系统性能和资源利用率。
d)提高系统性能：通过软硬件协同设计，可以充分发挥硬件和软件的优势，提高系统性能。
基于事务级的SOC软硬件协同验证系统的设计与实现
先 申明一个 Ｓ Ｅ ＭＩａａ ｔｒ Ｃ — Ｐ ｒｍｅｅ 对象 ， 该
Ｓ Ｅ Ｍ Ｉ 几 个 类 之 间 的 关 系 如 图 对 象 从 Ｐ ｒｍｅｅ ｉ Ｃ— 的 ａａ ｔｒＦｌ ｅ文 件 中 读 取 与
一
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电 子 世 界 ／０ １ ７ ２ １． ／ ０
务， 通过 Ｓ Ｅ ＭＩ Ｃ — 通道传送到软件侧。在 事务器 的设计 中，有一个位宽为 ６ ４的消 息输入端 Ｄ和一个位宽 为 ３ ２的消息输 出 端 口， 与一个时钟控 制端 口。消息输入端 口的高 ３ ２位 为地址 位 ，低 ３ ２位 为数据 位 ， 过事务器拆 分 ， 通 将具体 的配置信 息 传输 给 Ｄ Ｔ和测试环境 中的模块。消息 Ｕ 输 出端 口 负 责 将 Ｄ Ｔ 的 Ｆ Ｅ Ｅ — Ｕ Ｒ ＱＵ Ｎ
Ｃｌ ｓ Ｓ ａｓ ＣＥ—Ｍ Ｉ ｅ ｓ ｇ Ｄａ ａ Ｍ ｓ ａ ｅ ｔ
，用 于 将 用 户 的 设 计 与 Ｃｌｓ Ｓ —Ｍ ｌ ｅ ｓ ｇ ｌＰ ｒＰｒｘ ａ ｓ ＣＥ Ｍ ｓ ａ ｅｎ ｏｔ ｏ ｙ 而被提出的 ，并越 来越 受到业界 的关注。 层 的 软 件 侧 ） Ｃ — 接 并实现无 时序模 Ｃｌｓ Ｓ —Ｍ Ｉ ｓ ａ ｅ ｔ ＯｒＰＯ ｙ ａ ｓ ＣＥ Ｍｅ ｓ ｇ Ｏｕ Ｐ ｔ ｒｘ 基于事务级的 Ｓ ＯＣ软硬件协同验证系统 Ｓ Ｅ Ｍｌ 口连接起来 ， 块和有 时序模块 之间的连接。 设计层是 图 由于 Ｓ Ｅ ＭＩ 一 个标准 接 口， Ｃ— 是 软
件加速器 ， 并且在 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ与计算机之间建 Ｓ Ｅ ＭＩ Ｃ — 在系统中作 为一个标准接 口， 它 设计 对象和测试激励 ， 即图 １中的用户 Ｃ 立了软硬件 同步的基础上 ， 实现 了一种基 与 系统的连 接关系如 图 １ 示 ， 所 系统可以 测试代码和被测对象。
协同设计
同步协同设计 同步协同设计是一种紧密结合的协同工作，多个协作者在相同的时间 内，通过共享工作空间进行设计活动，并且任何一个协作者都可以迅 速地从其他协作者处得到反馈信息!
1 二维协同绘图与三维协同标注。
研究的三个方面
Kim 等人开发了一个基于的三维协同标注系统 CyberView ，该系统 采用浏览器 /服务器结构， CyberView 使多个用户能够通过 Web 对服务 器端的三维模型进行浏览和标注，从而间接地支持三维协同设计。 2 同步协同的三维建模。 同步协同的三维建模支持多个设计人员在共享工作空间中对产品的 三维模型进行设计、修改和观察，它是提高产品三维建模速度和质量的 新途径 3 三维CAD模型的网上快速传输。 在同步协同设计，特别是集中式同步协同建模中，三维CAD模型能 否通过网络快速传递给协作者对协同设计的同步效果起着决定性作用在 网格模型的快速传输方面人们己经开展了大量研究工作，提出了面片模 型的压缩传输、累进传输、流式传输等诸多方法
设计协同是pdm发展的必然趋势
制造业企业面临的竞争压力越来越大，个性化、多元化的消费需求使 得市场快速多变、不可捉摸。以前，一流产品的优势平均可以保持几 年，而现在普遍的情况是只能维持几个月甚至几周。由于业务本身的 发展速度比以前快得多，企业必须通过重新定义它们的产品开发流程， 才可能长期更快地生产出更优秀的产品，并保持其竞争优势。 另外，随着internet的普及和全球化程度的提高，企业之间的竞争 已经成为产品整个价值链的竞争。任何一个企业都不可能在所有业务 上成为最杰出者，必须联合行业中其他上下游企业，建立一条经济利 益相连、业务关系紧密的行业供应链实现优势互补，共同增强市场实 力。
INTRALINK 的主要功能
1）本地数据的集中管理； 2）从 INTRALINK 系统与设计环境（如PROE、Word 等等）的本地 连接；
SOC的软硬件协同设计方法和技术
SOC的软硬件协同设计方法和技术软硬件协同设计（Software and Hardware Co-design，SOC）是指在系统设计过程中，将软件和硬件的设计集成在一起，以实现更高效的系统性能和更低的成本。
它是一种综合技术，需要在设计的早期阶段就将软件和硬件进行整合，并在系统最终实现之前就对软硬件进行联合调试和验证。
下面将介绍SOC的软硬件协同设计方法和技术。
首先，SOC的软硬件协同设计需要进行系统级建模和分析。
软硬件协同设计的第一步是进行系统级建模，将整个系统的功能和架构进行抽象和描述。
可以使用系统级建模语言（System-Level Modeling Language，SLML）来描述系统的功能、接口、性能需求等。
通过系统级建模，可以将软件和硬件的设计统一在一个模型中，减少设计过程中的错误和复杂性。
其次，SOC的软硬件协同设计需要进行关键路径分析。
关键路径分析是指在设计过程中，找出对系统性能影响最大的软硬件部分，并进行重点优化。
可以使用高级综合工具（High-Level Synthesis，HLS）将软件代码自动转换为硬件电路，通过计算软件和硬件的执行时间和资源占用情况，找出系统的瓶颈部分，并对其进行优化。
此外，SOC的软硬件协同设计需要进行交互式调试和验证。
在软硬件设计集成之后，需要进行联合调试和验证，以确保整个系统功能正确并满足性能需求。
可以使用硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）和仿真工具对硬件电路进行验证，使用软件仿真工具对软件进行验证，并通过联合仿真工具对整个系统进行联合验证。
这样可以发现和解决软硬件集成过程中的错误和问题。
最后，SOC的软硬件协同设计还需要进行系统级优化。
系统级优化是指在整个设计的早期阶段，通过对软硬件的整体架构和算法进行优化，以提高系统的性能和降低成本。
可以使用系统级优化工具来实现对系统架构和算法的优化，比如使用图像、语音和视频算法的库等。
软硬件协同设计
基于底层硬件的软件设计，涉及了设备驱动程序的设计、嵌入式实时操作系统的定制/移植、基于底层硬件的软件体系架构等实用技术。
主要包括两个方面的内容：一是通用计算机在Windows、Linux和VxWorks等常见操作系统下的串/并/网络通信实现和USB、ISA、PCI 设备/板卡的驱动程序设计；二是嵌入式应用体系的直接基本软件架构与基于μC/OS、DSP/BIOS、WinCE/EXP、μCLinux及VxWorks等常见嵌入式实时操作系统下的基本软件架构及各类常见嵌入式软件体系下的UART、SPI、CAN、EMAC、ADC、DAC、存储器件等外设/接口的驱动软件设计。
书中还介绍了如何使用CPLD/FPGA/PAC等器件进行可编程数字/模拟逻辑软件的设计，进而实现所需的特定外设/接口及其连接与FPGASoPC软硬件协同的设计。
请参考《基于底层硬件的软件设计》软硬件协同设计一、软硬件协同设计的定义：软硬件协同设计是指对系统中的软硬件部分使用统一的描述和工具进行集成开发,可完成全系统的设计验证并跨越软硬件界面进行系统优化。
二、软硬件协同设计理论：首先是系统的描述方法。
目前广泛采用的硬件描述语言是否仍然有效？如何来定义一个系统级的软件功能描述或硬件功能描述？迄今为止，尚没有一个大家公认的且可以使用的系统功能描述语言可供设计者使用。
其次是这一全新的设计理论与已有的集成电路设计理论之间的接口。
可以预见，这种全新的设计理论应该是现有集成电路设计理论的完善，是建立在现有理论之上的一个更高层次的设计理论，它与现有理论一起组成了更为完善的理论体系。
在这种假设下，这种设计理论的输出就应该是现有理论的输入。
第三，这种全新的软硬件协同设计理论将如何确定最优性原则。
显然，沿用以往的最优性准则是不够的。
除了芯片设计师们已经熟知的速度、面积等硬件优化指标外，与软件相关的如代码长度、资源利用率、稳定性等指标也必须由设计者认真地加以考虑。
软硬件协同设计概念与思路
6
HW
SW
Codesign Definition and Key Concepts
Codesign
The
meeting of system-level objectives by exploiting the trade-offs between hardware and software in a system through their concurrent design
ATM Virtual Private Network Digital Camera and JPEG
5
HW
SW
Introduction to Embedded Systems and Hardware-Software Codesign
Introduction
Unified HW/SW Representations
Codesign of ISAs
Application-specific
instruction set processors (ASIPs) Compiler and hardware optimization and trade-offs
Codesign of Reconfigurable Systems
Key concepts
Concurrent:
hardware and software developed at the same time on parallel paths Integrated: interaction between hardware and software developments to produce designs that meet performance criteria and functional specifications
软硬件协同设计与系统应用
软硬件协同设计与系统应用一、软硬件协同设计的基本概念1.定义：软硬件协同设计是一种系统级设计方法，它将硬件描述语言（HDL）和软件编程语言相结合，实现硬件和软件的协同设计、协同验证和协同优化。
2.目的：通过软硬件协同设计，可以提高系统的性能、降低成本、缩短开发周期，并实现硬件和软件的资源共享、功能复用。
3.特点：软硬件协同设计具有跨学科、系统化、并行化、迭代化的特点。
二、软硬件协同设计的方法与流程1.需求分析：根据系统功能和性能需求，明确硬件和软件的设计目标。
2.架构设计：划分硬件和软件的功能模块，确定模块间的接口关系。
3.硬件设计：采用硬件描述语言（如VHDL、Verilog等）编写硬件模块的代码，实现硬件功能。
4.软件设计：采用软件编程语言（如C、C++、Java等）编写软件模块的代码，实现软件功能。
5.协同仿真：利用硬件仿真器和软件开发环境，对硬件和软件进行协同仿真，验证系统功能和性能的正确性。
6.硬件验证：将设计好的硬件模块下载到硬件开发板上，进行实际硬件环境的验证。
7.系统集成：将经过验证的硬件和软件模块集成到一个系统中，进行整体性能测试。
8.优化与迭代：根据测试结果，对硬件和软件进行优化和改进，直至满足设计要求。
三、软硬件协同设计的应用领域1.嵌入式系统：如智能手机、智能家居、工业控制等。
2.数字信号处理：如音频、视频处理、通信系统等。
3.微处理器系统：如CPU、GPU等。
4.系统级芯片（SoC）：将多个功能模块集成在一个芯片上，实现高性能、低功耗的系统级应用。
5.可编程逻辑器件：如FPGA、ASIC等，通过硬件编程实现特定功能。
四、软硬件协同设计的关键技术1.硬件描述语言（HDL）：如VHDL、Verilog等，用于描述硬件结构和功能。
2.软件编程语言：如C、C++、Java等，用于编写软件模块。
3.硬件仿真器：用于对硬件设计进行仿真验证。
4.软件开发环境：如集成开发环境（IDE）、编译器、调试器等。
机电一体化技术考试复习资料
1-1、机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。
b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。
c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。
d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。
e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。
1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。
1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。
1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。
2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。
2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。
2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。
基于事务级的soc软硬件协同验证系统的设计与实现
基于事务级的soc软硬件协同验证系统的设计与实现一、引言二、事务级的soc软硬件协同验证系统1. 事务级的概念和意义2. soc软硬件协同验证系统的需求和特点3. 事务级的soc软硬件协同验证系统设计思路和框架三、事务级soc软硬件协同验证系统设计与实现1. 系统框架设计与实现2. 事务管理器设计与实现3. soc核心模块设计与实现4. 验证环境集成与实现四、案例分析：基于事务级的soc软硬件协同验证系统应用于ARM Cortex-M3处理器的验证1. Cortex-M3处理器简介和需求分析2. 基于事务级的soc软硬件协同验证系统在Cortex-M3处理器上的应用及结果分析。
五、总结一、引言随着芯片规模不断扩大，设计复杂度不断提高，传统的芯片验证方法已经无法满足需要。
因此，人们开始寻找新的芯片验证方法。
其中，基于事务级（Transaction Level）的芯片验证方法越来越受到关注。
本文将介绍基于事务级的soc软硬件协同验证系统的设计与实现。
二、事务级的soc软硬件协同验证系统1. 事务级的概念和意义事务级（Transaction Level）是一种新的验证方法，它将芯片验证从信号级（Signal Level）提升到了事务级。
在信号级验证中，设计人员需要对每个信号进行单独的验证，这样会导致大量的工作量和复杂度。
而在事务级验证中，设计人员只需要验证每个事务是否符合规范即可。
因此，事务级验证可以大大减少工作量和复杂度。
2. soc软硬件协同验证系统的需求和特点soc软硬件协同验证系统是一种用于芯片设计的综合性测试平台，它可以模拟整个芯片系统，并对其进行全面的测试。
由于soc芯片通常包含多个处理器、外设、总线等组成部分，并且这些组成部分之间存在复杂的交互关系，因此soc软硬件协同验证系统需要具备以下特点：（1）支持多处理器、多总线、多外设等复杂组成结构。
（2）能够模拟各种不同类型的输入输出数据。
（3）能够快速识别和定位错误。
嵌入式系统设计 考纲
嵌入式系统设计师考试大纲一、考试说明1、考试要求：（1）掌握科学基础知识；（2）掌握嵌入式系统的硬件、软件知识；（3）掌握嵌入式系统分析的方法；（4）掌握嵌入式系统设计与开发的方法及步骤；（5）掌握嵌入式系统实施的方法（6）掌握嵌入式系统运行维护知识；（7）了解信息化基础知识、信息技术引用的基础知识；（8）了解信息技术标准、安全，以及有关法律的基本知识；（9）了解嵌入式技术发展趋势；（10）正确阅读和理解计算机及嵌入式领域的英文资料。
2、通过本考试的合格人员能根据项目管理和工程技术的实际要求，按照系统总体设计规格进行软、硬件实际，编写系统开发规格说明书等相应的文档；组织和指导嵌入式系统靠法实施人员实施硬件电路、编写和调试程序，并对嵌入式系统硬件设备和程序进行优化和集成测试，开发出符合系统总体设计要求的高质量嵌入式系统；具有工程师的实际工作能力和业务水平。
二、考试范围考试科目1：嵌入式系统基础知识1.计算机科学基础1.1数制及转换o 二进制、八进制、十进制和十六进制等常用数制及其相互转换1.2数据的表示o 数的机内表示（原码、反码、补码、移码，定点和浮点，精度和溢出）o 字符、汉字、声音、图像的编码方式o 校验方法和校验码（奇偶验码、海明校验码、循环校验码）1.3算术和逻辑运算o 计算机中的二进制数运算方法o 逻辑代数的基本运算和逻辑表达式的化简1.4计算机系统结构和重要部件的基本工作原理o CPU和存储器的组成、性能、基本工作原理o 常用I/O设备、通信设备的性能，以及基本工作原理o I/O接口的功能、类型和特点o 虚拟存储存储基本工作原理，多级存储体系1.5安全性、可靠性与系统性能评测基础知识o 诊断与容错o 系统可靠性分析评价o 计算机系统性能评测方法2.嵌入式系统硬件知识2.1数字电路和逻辑电路基础2.1.1组合电路和时序电路2.1.2总线电路与电平转换电路2.1.3可编程逻辑器件2.2嵌入式微处理器基础2.2.1嵌入式微处理器体系结构o 冯o 诺伊曼结构与哈佛结构o CISC与RISCo 流水线技术o 信息存储的字节顺序（大端存储法和小端存储法）2.2.2嵌入式系统处理器的结构和类型o 常用8位处理器的体系结构和类型o 常用16位处理器的体系结构特点o 常用32位处理器的体系结构特点o 常用DSP处理器的体系结构特点o 多核处理器的体系结构特点2.2.3异常o 同步异常（陷阱、故障、终止）o 异步异常（中断）o 可屏蔽中断、不可屏蔽中断o 中断优先级、中断嵌套2.3 嵌入式系统的存储体系2.3.1存储器系统o 存储器系统的层次结构o 高速缓存（Cache）o 内存管理单元（MMU）2.3.2 ROM的种类与选型o 常见ROM的种类o PROM、EPROM、E2PROM型ROM的典型特征和不同点2.3.3 Flash Memory的种类与选型o Flash Memory的种类o NOR和NAND型Flash Memory的典型特征和不同点2.3.4 RAM的种类与选型o 常见RAM的种类o SRAM、DRAM、DDRAM、NVRAM的典型特征和不同点2.3.5 外存o 常见外存的种类o 磁盘、光盘、CF、SD等的典型特征和不同点2.4 嵌入式系统I/O接口2.4.1 定时器和计数器基本原理与结构2.4.2 GPIO、PWM接口基本原理与结构2.4.3 A/D、D/A接口基本原理与结构2.4.4键盘、显示、触摸屏接口基本与结构2.4.5嵌入式系统音频接口2.5嵌入系统通信及网络接口o PCI、USB、串口、红外、并口、SPI、IIC、PCMCIA的基本原理与结构o 以太网、CAN、WLAN、蓝牙、1394的基本原理与结构2.6嵌入式系统电源分类及电源原理2.7电子电路设计2.7.1电子电路设计基础知识o 电子电路设计原理o 电子电路设计方法及步骤o 电子电路设计中的可靠知识2.7.2 PCB设计基础知识o PCB设计原理o PCB设计方法及步骤o 多层PCB设计的注意事项及布线原则o PCB设计中的可靠性知识2.7.3电子电路测试基础知识o 电子电路测试原理与方法o 硬件抗干扰测试3. 嵌入式系统软件知识3.1嵌入式软件基础知识3.1.1嵌入式软件的分类（系统软件、支撑软件、应用软件）3.1.2无操作系统支持的嵌入式软件体系结构（轮询、中断、前后台）3.1.3有操作系统支持的嵌入式软件体系结构3.1.4板极支持包基础知识（系统初始化、设备驱动程序）3.1.5嵌入式中间件（GUI、数据库）3.2 嵌入式操作系统基础知识3.2.1嵌入式操作系统体系结构o 单体结构、分层结构和微内核结构3.2.2任务管理o 多道程序技术o 进程、线程、任务的概念o 任务的实现（任务的层次结构、任务控制块、任务的状态及状态转换、任务队列）o 任务调度（调度算法的性能指标、可抢占调度、不可抢占调度、先来先服务、短作业优先算法、时间片轮转算法、优先级算法）o 实时系统及任务调度（RMS、EDF算法）o 任务间通信（共享内存、消息、管道、信号）o 同步与互斥（竞争条件、临界区、互斥、信号量、死锁）3.2.3存储管理o Flat存储管理方式o 分区存储管理（固定分区、可变分区）o 地址重定位（逻辑地址、物理地址、地址映射）o 页式存储管理o 虚拟存储技术（程序局部性原理、虚拟页式存储管理、页面置换算法、工作集模型）3.2.4设备管理o 设备无关性、I/O地址、I/O控制、中断处理、缓冲技术、假脱机技术）3.2.5文件系统基础知识o 文件和目录o 文件的结构和组织o 存取方法、存取控制o 常见嵌入式文件系统（FAT、JFFS、YAFFS）3.2.6操作系统移植基础知识3.3 嵌入式系统程序设计3.3.1嵌入式软件开发基础知识3.3.2嵌入式程序设计语言o 汇编、编译、解释系统的基础知识和基本工作原理o 汇编语言o 基于过程的语言（过程/函数、参数传递、全局变量、递归、动态内存分配、数据类型）o 面向对象的语言（对象、数据抽象、继承、多态、自动内存管理）o 各类程序设计语言的主要特点和适用情况3.3.3嵌入式软件开发环境o 宿主机、目标机o 编辑器、编译器、链接器、调试器、模拟器o 常用嵌入式开发工具（编程器、硬件仿真器、逻辑分析仪、示波器）o 集成开发环境o 开发辅助工具3.3.4嵌入式软件开发o 软件设计（模块结构设计、数据结构设计、内存布局、面向对象的分析与设计）o 嵌入式引导程序的设计、设备驱动程序设计、内核设计、网络程序设计、应用软件设计）o 编码（编程规范、代码审查）o 测试（测试环境、测试用例、测试方法、测试工具）o 下载和运行3.3.5嵌入式应用软件移植4.嵌入式系统的开发与维护知识4.1系统开发过程及其项目管理o 系统开发生命周期各阶段的目标和任务的划分方法o 系统开发项目挂你基础知识及其常用管理工具使用方法o 主要的系统开发方法o 系统开发工具与环境知识4.2 系统分析基础知识o 系统分析的目的和任务o 系统分析方法o 系统规格说明书的编写方法4.3 系统设计知识o 传统系统设计方法o 软硬件协同设计方法4.4 系统实施知识o 系统架构设计o 系统详细设计o 系统调试技术o 系统测试4.5 系统维护知识o 系统运行管理知识o 系统维护知识o 系统评价知识5.安全性知识o 安全性基本概念o 加密与解密机制6.标准化知识o 标准化的概念o 国际标准、国家标准、行业标准、企业标准基本知识o 代码标准、文件格式标准、安全标准、软件开发规范和文档标准知识o 标准化机构o 嵌入式系统相关标准7.信息化基础知识o 信息化和信息系统基本概念o 有关的法律、法规8.嵌入式技术发展趋势9.计算机专业英语o 正确阅读和理解相关领域的英文资料考试科目2：嵌入式系统设计应用技术1.嵌入式系统开发过程1.1系统需求分析方法与步骤1.2系统设计o 系统硬件配置o 系统功能组成分配o 软硬件功能的分配o 可行性验证及设计审查o 系统规格o 周期，成本及工作量估计o 开发计划1.3软硬件协同设计1.4硬件设计1.5软件设计o 软件结构o 设计评审o 软件详细设计1.6系统测试o 测试环境o 测试计划（内容、方法、标准、过程、检验）o 硬件测试o 软件测试（单元测试、集成测试）o 软硬件联合测试o 实施测试1.7系统评估1.8 软件维护2.1嵌入式系统硬件基本结构2.1.1嵌入式微处理结构与应用2.1.2 异常及中断处理技术2.1.3 DMA技术2.1.4 多处理系统o 多处理器系统特点o 多处理器系统构建技术2.1.5 总线架构o 应用系统中的总线配置2.1.6 内存种类及架构o 存储器系统接口设计2.1.7数字电路和逻辑电路o 专用集成电路o 可编程逻辑控制器件2.2输入/输出接口设计2.2.1 输入/输出接口o 接口信号电平转换o 接口驱动电路设计2.2.2输入/输出接口应用技术o 外围设备o 串口通信o 并口通信o 模拟接口o 通信接口设备o 通信标准和协议o 数据传输方式2.3外围设备接口应用技术2.3.1 外围存储设备o 存储卡，记忆棒，IC卡，MMC卡，SD卡o DVD 、CD-R 、CD-RW2.3.2外围输入/输出设备o 键盘，鼠标，触摸屏o 液晶板、LED、7段数码管、蜂鸣器2.3.3电源设计技术2.4可靠性与安全性设计技术2.4.1 错误检测与隔离技术2.4.2 冗余设计2.4.3 系统恢复设计2.4.4 诊断技术2.4.5常用安全标准2.4.6 抗干扰设计2.4.7电磁兼容设计2.4.8系统加密3.1嵌入式系统软件结构设计3.2嵌入式操作系统应用技术3.2.1 时间管理o 系统时间o 时钟中断3.2.2内存管理o 静态内存管理o 动态内存管理3.2.3任务管理和任务间的通信o 任务间的通信机制o 信号量o 邮箱o 消息队列3.2.4异常处理o 异常处理方法o 中断优先级处理方法o 系统调用3.2.5嵌入式文件系统应用技术3.2.6嵌入式系统图形用户接口（GUI）应用技术3.2.7嵌入式系统数据库应用技术3.3嵌入式软件设计技术3.3.1汇编语言设计o 数据类型o 汇编语言程序结构o 汇编语言程序设计及优化o 子程序调用3.3.2嵌入式C语言设计o ANSI-C的数据类型o C程序结构o C语言程序设计及优化o 程序的编译与链接3.3.3面向对象程序设计与开发o 面向对象的分析与设计方法UMLo 面向对象的编程语言o 使用C++进行嵌入式系统开发o 使用Java进行嵌入式系统开发3.4 系统级软件设计技术o 嵌入式系统固件与系统初始化设计o 设备驱动程序设计o 硬件抽象层、板级支持包设计o 嵌入式软件的移植技术4.嵌入式系统开发技术4.1系统开发环境4.1.1开发工具o 文本编辑器o 汇编、编译和连接程序o ICE和ICE监控器o 配置管理工具o 逆工程工具4.1.2平台o 操作系统o 分布式开发环境4.1.3开发环境创建方法及评估o 开发工作分析o 开发环境的建立o 维护、管理、使用开发环境的方法o 开发环境的平测4.2实时系统的分析技术4.2.1实时系统的分析技术o 结构化分析方法o 面向对象分析方法4.2.2实时系统的设计技术o 结构化分析方法o 面向对象分析方法4.3硬件设计环境4.3.1硬件描述语言o 硬件开发设计过程o 硬件描述语言的种类与特点4.3.2仿真技术o 逻辑仿真方法o 逻辑仿真工具4.3.3大规模集成电路系统的开发方法o ASIC开发方法o FPGA设计方法o IP（intellectual property）4.4协同设计o 软硬件任务工和切调o 设计平审4.5嵌入式系统低功耗设计技术o 低功耗系统工作机制o 低功耗系统模型结构o 低功耗的硬件设计技术o 低功耗的软件设计技术4.6分布式嵌入系统设计o 分布式系统设计原理o 分布式系统的通信技术o 分布式系统设计应用5.嵌入式系统应用5.1嵌入式系统在控制领域中的应用5.2嵌入式系统在手持设备中的应用5.3嵌入式系统在模式识别中的应用三题型举例一、选择题o 若嵌入式系统中采用I/O地址统一编址模式,访问内存单元和I/O设备是通过 (1) 来区分的。
嵌入式系统3-嵌入式系统设计-软硬件协同设计技术
嵌入式系统设计嵌入式系统设计过程概念特性，特征硬件/软件划分硬件组成部分软件组成部分Estimation -Exploration硬件软件设计(S yn t he s is,La y ou t,…)设计(C om pi l at i on,…)验证和评估(尺寸, 功耗, 性能, …)传统软件/硬件开发模型面临的问题Break the wall today!传统设计方法存在的问题z缺少统一的软硬件表示方法z划分依靠先验定义z不能够验证整个系统z通过HW/SW 边界时很难发现不兼容问题z缺少成熟的设计流程z上市时间问题z描述更改变得困难发展过程z软硬件协同设计早期–主要是针对一个特定的硬件如何进行软件开发或根据一个已有的软件实现具体的硬件结构。
z前者是一个经典的软件开发问题–软件性能的好坏不仅仅取决于软件开发人员的技术水平，更有赖于所使用的硬件平台；z后者是一个软件固化的问题–实现的途径可以是采用一个与原有软件平台相同的硬件处理器，并将软件代码存储于存储器当中，也可以是在充分理解软件的内在功能之后完全用硬件来实现软件的功能。
软硬件共同设计能带来什么？z缩短开发周期z取得更好的设计效果z满足苛刻的设计限制z这种平台的推出将不仅包含芯片本身，还必须包含完整的开发系统和典型应用实例，而供应商提供的服务和技术支持也当然要成为产品不可分割的一部分。
目标和需求z统一的设计方法z执行独立z设计/执行验证z自动软件，硬件，接口合成商业应用z Research（研究）–CADLab, SIR/CASTLE (Germany), Chinook,COSMOS, COSYMA, CoWare, DICE,COMET, LYCOS (Denmark), POLIS,Ptolemy, Riley, TOSCA, AKKA, CODES,VIOOL, COOL…z Commercial（商业）–ArchGen(Synergy System Design, Inc.),Mentor Graphics, Synopsys, Synthesia->Cadence, Co-design Automation->Synopsys, Celoxica, CoWare, etc.缺点z典型的手动划分（manual Partition ）z固定应用领域(carefully very specialized) z逐渐增长的评估需求支持很弱(no abstractmodels)z主要强调性能z模型的连贯性在设计重用中不被支持z商业系统更强调协同验证(co-verification)方面(more achievable goal)软硬件协同设计定义z软硬件协同设计定义–The meeting of system-level objectives byexploiting the trade-offs between hardware and software in a system through their concurrentdesign–软硬件共同设计目的是为硬件和软件的协同描述,验证和综合提供一种集成环境。
软硬件协同设计
软硬件协同设计什么是软硬件协同设计？软硬件协同设计（Hardware-Software Co-design）是指在嵌入式系统设计中，同时考虑硬件和软件的设计和优化过程。
传统上，硬件和软件的设计是分开进行的，硬件工程师负责硬件电路的设计，而软件工程师负责软件程序的编写。
然而，随着嵌入式系统的复杂性不断增加，硬件和软件之间的界限变得越来越模糊，软硬件协同设计应运而生。
在软硬件协同设计中，硬件和软件的设计过程是紧密相互关联和协同的。
它不仅仅是硬件和软件之间的接口设计，而是一种将硬件和软件整合在一起，以达到系统性能和功能的最优化的方法。
通过软硬件协同设计，可以充分利用硬件和软件之间的相互作用，提高嵌入式系统的性能，降低成本，缩短开发周期。
软硬件协同设计的优势1.性能优化：通过软硬件协同设计，可以将任务分配到硬件和软件上，以充分发挥二者的优势。
某些任务适合在硬件上实现，可以通过专用硬件加速算法执行，提高系统性能。
而对于某些任务，软件可以更灵活地处理，可以根据需求进行修改和更新，提高系统的可定制性和可维护性。
2.成本降低：软硬件协同设计可以减少系统中的硬件组件数量，降低制造成本和能耗。
通过将一部分任务交给软件实现，可以使用更低成本的通用处理器，而不是专用硬件。
此外，软硬件协同设计可以减少开发过程中的迭代次数和错误修复等工作，进一步降低开发成本。
3.开发周期缩短：软硬件协同设计可以减少硬件和软件之间的验证和集成工作量，提高开发效率。
在软硬件协同设计中，硬件和软件的设计可以并行进行，可以在硬件开发的同时进行软件编写和调试，缩短了开发周期，提高了产品的上市速度。
软硬件协同设计的挑战尽管软硬件协同设计带来了诸多优势，但也面临一些挑战。
1.设计复杂性：软硬件协同设计需要工程师具备硬件和软件两方面的知识和技能，设计过程更加复杂。
不仅需要考虑硬件电路的功能和性能，还需要考虑软件的算法和编程语言。
此外，软硬件之间的接口设计和通信机制也是一个挑战。
嵌入式软硬件协同设计与验证流程详解
嵌入式软硬件协同设计与验证流程详解作者：张玢来源：《数字技术与应用》2013年第04期摘要：软硬件协同设计改变了传统的设计反复修改系统方案的缺点，通过综合分析系统软硬件功能，最大限度地挖掘系统软硬件之间的并发性，将软硬件开发结合得更紧密，可以大大提高设计效率，使设计出来的系统工作在最佳状态。
本文将详细分析软硬件协同设计与验证技术。
关键词：软硬件协同设计协同验证传统设计传统设计中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0096-02传统的嵌入式系统设计采取“硬件优先”的设计方法，该方法软件开发往往滞后于硬件开发，通常软件开发在硬件平台开发完成后才进行，而基于硬件平台的验证在软件开发完成后才进行。
正是由于这种滞后性，迫使软件和硬件只能串行开发，系统开发需要经历反复修改和验证，这大大增加了系统的开发周期。
由于嵌入式系统中软硬件密不可分，为了缩短嵌入式产品的开发周期，嵌入式系统设计方法中的一个重要组成部分就是软硬件协同设计。
与传统软硬件串行的设计方法相比，协同设计方法最大限度的挖掘软/硬件之间的并行性，提高系统开发设计效率。
软/硬件系统设计方法首先依据详细的系统需求确定软硬件划分方案，并定义软/硬件接口，然后在EDA（Electronic Design Automation电子设计自动化）工具的支持下，进行软/硬件的协同开发。
软硬件协同设计的每个阶段都可以进行软硬件协同验证，以确保系统的设计没有背离原始设计需求，该设计方法是逐步细化、反复迭代的过程。
这种开发方式是一种风险可控的设计方法，能够充分利用软硬件资源，缩短开发周期，降低成本。
1 软硬件协同设计与传统设计方法比较构成嵌入式系统的各个功能模块，按照其性质可以分为软件模块和硬件模块两类，但总体上软件模块的开发滞后于硬件模块的开发，将该方法统称为传统的设计方法，其设计流程如图1所示。
传统设计方法在粗略获取系统需求的情况下，首先进行硬件设计，之后才进行软件设计。
软硬件协同设计
基于底层硬件的软件设计，涉及了设备驱动程序的设计、嵌入式实时操作系统的定制/移植、基于底层硬件的软件体系架构等实用技术。
主要包括两个方面的内容：一是通用计算机在Windows、Linux和VxWorks等常见操作系统下的串/并/网络通信实现和USB、ISA、PCI 设备/板卡的驱动程序设计；二是嵌入式应用体系的直接基本软件架构与基于μC/OS、DSP/BIOS、WinCE/EXP、μCLinux及VxWorks等常见嵌入式实时操作系统下的基本软件架构及各类常见嵌入式软件体系下的UART、SPI、CAN、EMAC、ADC、DAC、存储器件等外设/接口的驱动软件设计。
书中还介绍了如何使用CPLD/FPGA/PAC等器件进行可编程数字/模拟逻辑软件的设计，进而实现所需的特定外设/接口及其连接与FPGASoPC软硬件协同的设计。
请参考《基于底层硬件的软件设计》软硬件协同设计一、软硬件协同设计的定义：软硬件协同设计是指对系统中的软硬件部分使用统一的描述和工具进行集成开发,可完成全系统的设计验证并跨越软硬件界面进行系统优化。
二、软硬件协同设计理论：首先是系统的描述方法。
目前广泛采用的硬件描述语言是否仍然有效？如何来定义一个系统级的软件功能描述或硬件功能描述？迄今为止，尚没有一个大家公认的且可以使用的系统功能描述语言可供设计者使用。
其次是这一全新的设计理论与已有的集成电路设计理论之间的接口。
可以预见，这种全新的设计理论应该是现有集成电路设计理论的完善，是建立在现有理论之上的一个更高层次的设计理论，它与现有理论一起组成了更为完善的理论体系。
在这种假设下，这种设计理论的输出就应该是现有理论的输入。
第三，这种全新的软硬件协同设计理论将如何确定最优性原则。
显然，沿用以往的最优性准则是不够的。
除了芯片设计师们已经熟知的速度、面积等硬件优化指标外，与软件相关的如代码长度、资源利用率、稳定性等指标也必须由设计者认真地加以考虑。
软硬件协同设计技术研究
软硬件协同设计技术研究第一章：绪论现代产品设计过程中，软硬件协同设计技术已经成为了一个不容忽视的方面。
软硬件协同设计指的是将软件设计和硬件设计融合在一起，共同实现产品的开发。
软件设计负责控制产品的逻辑和算法，而硬件设计则负责控制产品的物理部分。
软件和硬件设计需要进行协同设计才能真正地实现产品的功能。
本文将从软硬件协同设计技术的基础知识、软硬件协同设计技术研究的现状以及软硬件协同设计技术的未来趋势等几个方面进行探讨。
第二章：软硬件协同设计的基础知识软硬件协同设计的基础知识包括软件设计和硬件设计两个方面。
软件设计主要是指以软件为基础的产品设计方法。
软件设计的目标是开发出适合于特定应用环境的软件系统。
典型的软件设计流程包括需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试等步骤。
而在软硬件协同设计中，软件设计的目标是将软件与硬件有效地融合在一起，实现产品的功能。
硬件设计则是指以电子硬件为基础的产品设计方法。
硬件设计的目标是开发出符合产品需要的电子硬件系统。
典型的硬件设计流程包括电路设计、PCB设计、调试测试等步骤。
而在软硬件协同设计中，硬件设计的目标是将硬件与软件有效地融合在一起，实现产品的功能。
第三章：软硬件协同设计技术研究现状当前软硬件协同设计技术研究主要有以下几个方面：1. 电子设计自动化（EDA）工具的发展EDA工具是软硬件协同设计过程中必不可少的工具之一，可以自动完成电路设计、PCB设计等流程。
自上世纪90年代初电子设计自动化（EDA）工具兴起以来，已经发展成为一个非常庞大的产业。
目前主流EDA工具包括Protel、Allegro、Mentor Graphics 等。
2. 软硬件协同设计的软件基础支持在软硬件协同设计中，软件支持对硬件电路的自动分析、模拟和优化，从而确保软件对于硬件的控制和管理能力。
同时，软件还需要支持跨平台的多种编程语言，以有效的协同硬件设计。
3. 计算机网络技术的不断发展计算机网络技术的发展，使得软硬件协同设计的远程协作成为了可能。
软硬件协同循环优化方法的设计与实现
软硬件协同循环优化方法的设计与实现1. 引言a. 研究背景和意义b. 研究目的和方法c. 论文结构2. 软硬件协同循环优化的基本原理a. 循环优化的基本概念b. 软硬件协同优化的理论基础c. 软硬件协同循环优化的流程3. 软硬件协同循环优化方法的设计a. 循环并行化技术的实现b. 硬件加速技术的应用c. 数据重用技术的优化4. 软硬件协同循环优化方法的实现a. 硬件加速器的设计与实现b. 循环并行化的实现c. 数据重用技术的实现5. 实验分析与结论a. 新方法的优化效果分析b. 实验结果的分析和讨论c. 结论和展望6. 参考文献引言是一篇论文的开始，其中描述了研究工作的背景和意义、研究目的和方法以及概述全文内容等。
在软硬件协同循环优化方法的设计与实现的论文中，引言同样是文章重要的开头部分。
本章节旨在介绍软硬件协同循环优化的研究背景、目的和方法，并简要概述全文内容。
1.1 研究背景和意义随着计算机技术的飞速发展，计算机系统的处理速度和存储容量已经取得了长足的进步。
然而，在一些处理密集型应用中，比如图形处理、视频编解码和科学计算等，单个处理器的性能可能已经达到瓶颈，需要使用并行处理和硬件加速等技术来提升性能。
传统的并行处理技术主要是基于多核CPU的，但是对于某些特定的循环计算而言，CPU可能效率并不高。
因此，硬件加速器作为一种新型的并行计算架构，例如FPGA等，已经得到了广泛的应用。
实现软硬件协同计算，不仅可以利用硬件的优势，提升单个程序的运行速度，还能避免传统并行处理技术中的一些瓶颈。
循环优化是程序优化的一个重要领域，在各种程序中使用循环计算的比例很高。
因此，在软硬件协同计算的优化中，重点研究对循环计算进行优化的方法，可以有效提高程序的运行速度和性能，实现程序的最优化。
1.2 研究目的和方法本文旨在研究软硬件协同计算中的循环优化问题。
通过深入分析循环计算和硬件加速器的特性，提出了一种软硬件协同循环优化的方法，通过有效地利用循环并行化、硬件加速和数据重用等技术，提高程序的运行速度和性能。
介绍软硬件的协同
介绍软硬件的协同
软硬件的协同是指软件和硬件之间相互配合，共同工作的过程。
这种协同可以在多个层面上实现，包括系统内部子系统之间的协作、跨平台的技术整合以及在设计阶段的统一规划等。
具体如下：
1. 子系统协作：在复杂的系统中，不同的硬件和软件子系统需要相互沟通和协作，以确保整个系统的高效运行。
这种协作可以是软件与软件之间、软件与硬件之间，或者硬件与硬件之间的。
2. 协同设计：软硬件协同设计是一种开发方法，它强调在设计过程中对软件和硬件部分使用统一的描述和工具进行集成开发。
这种方法可以完成全系统的设计验证，并跨越软硬件界面进行系统优化。
3. 系统优化：软硬件协同设计的本质在于将软件和硬件的设计及优化统一起来，以期在系统层面获得更高的性能收益。
这种优化通常涉及到算法到硬件架构的映射，以及如何在不同层面上实现最佳的性能平衡。
4. 技术整合：在实际应用中，软硬件协同还可能涉及到不同技术平台的整合，例如在云计算、人工智能等领域，软件算法需要与特定的硬件平台（如AI芯片）紧密结合，以发挥最大的效能。
总的来说，软硬件的协同是现代技术发展的一个关键趋势，它要求开发者在设计时考虑到软件和硬件的相互作用，以实现更高效、更强大的系统解决方案。
我国信息产业拥有自主知识产权的关键技术
25) 虚拟仪器技术
26) 高性能、超宽带矢量频率捷变发生与分析技术
27) 宽带微波/毫米波技术
28) 测试误差模型修正技术
29) 总线应用技术
1) 用于≤100nm线宽集成电路制造的光刻设备
2) 用于≤100nm线宽集成电路制造的等离子体刻蚀设备
3) 用于≤100nm线宽集成电路制造的薄膜生长设备（含CVD、PVD、ALD、VPE、MBE、ECP等）
8) 红外焦平面探测阵列设计及制造技术
9) 半导体照明用LED设计、制造和封装技术
10) 蓝宝石半导体发光衬底材料技术
11) 全合成大尺寸光纤预制棒制造技术
1) 大功率固体、气体、半导体激光器
2) 红外探测器及材料
3) 高辨论率CCD
4) 下一代光网络器件（平面集成波导功能器件、信道光谱和功率治理器件、动态可调谐色散治理器件、高速光开关阵列、可调激光器等）
7) 微组装技术
8) 高频、高稳固、大带宽、频率器件设计和制造技术
9) 多层、柔性、柔刚结合和绿色环保印制电路板技术
10) 阴极可靠性增长技术
11) 真空电子器件的宽频带、高效率技术
12) 传感器和敏锐元器件技术
13) 新型绿色电池技术
1) 12英寸硅单晶与硅外延材料
2) 4～6英寸砷化镓、磷化铟、碳化硅等宽禁带半导体材料及外延材料
4) 用于≤100nm线宽集成电路制造的平坦化设备（含CMP、SFP）
5) 用于≤100nm线宽集成电路制造的掺杂处理设备（含离子注入机、高温扩散炉、快速热处理设备等）
6) 用于≤100nm线宽集成电路制造的化学处理设备（含清洗、化学腐蚀设备等）
7) 8～12英寸集成电路后封装设备及模具（含减薄、划片、粘片、键合等）
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System Integ. and test
Operation. Testing and Evaluation
CSCI Testing
[Franke91] 8
软硬件协同设计的基本需求
统一的软硬件描述方式 软硬件支持统一的设计和分析工具（技术） 允许在一个集成环境中仿真（评估）系统软硬件设 计 支持系统任务在软件和硬件设计之间的相互移植
Integrated Modeling Substrate
HW Develoled
Prelim.
Design
Hardware
Design
Sys/HW Require.
Require. Analysis
Analysis
Integrated Modeling Substrate
交互式软硬件划分技术 允许多个不通的软硬件划分设计进行仿真和比较 辅助最优系统实现方式决策 Partitioning applied to modules to best meet design criteria (functionality and performance goals)
2020/11/4
“Hardware first” approach often compounds software cost because software must compensate for hardware inadequacies
2020/11/4
7
软硬件设计过程发展方向－－协同设计
System Concepts
Prelim. Design
Prelim. Design
SW Development
Detailed Design
Fabric.
HWCI Testing
System Integ. and
test
Operation. Testing and
Eval.
Detailed Design
Coding, Unit test., Integ. test
第三讲：软硬件协同设计技术
2020/11/4
张小波
1
软硬件协同设计定义与主要概念
软硬件协同设计定义
The meeting of system-level objectives by exploiting the trade-offs between hardware and software in a system through their concurrent design
9
软硬件协同设计的基本需求 (cont.)
完整的软硬件模型基础
Supports evaluation at several stages of the design process
automated partitioning using various techniques, etc. 调度 Operation scheduling in hardware Instruction scheduling in compilers Process scheduling in operating systems 软硬件设计过程中的建模
Sys/SW Require. Analysis
Software Require. Analysis
Prelim. Design
SW Development
Detailed Design
Coding, Unit test., Integ. test
© IEEE 1991
2020/11/4
HWCI Testing
主要概念
Concurrent（并发）: hardware and software developed at the same time on parallel paths
Integrated（交互）: interaction between hardware and software developments to produce designs that meet performance criteria and functional specifications
2020/11/4
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嵌入式系统快速原型设计过程
REUSE DESIGN LIBRARIES AND DATABASE
Primarily software
VIRTUAL PROTOTYPE
Primarily hardware
SYSTEM DEF.
FUNCTION DESIGN
HW & SW CODESIGN
因此: Poor quality designs（设计质量差） Costly modifications（设计修改难） Schedule slippages（研制周期不能有效保障）
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传统设计过程中的尖锐矛盾
随着设计复杂程度的提高，软硬件设计中的 一些错误将使开发过程付出昂贵的代价
HW & SW PART.
HW DESIGN
HW FAB
SW DESIGN
SW CODE
INTEG. & TEST
HW & SW Partitioning & Codesign
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嵌入式系统快速原型开发的基本要素
系统定义（需求分析） 软硬件划分
结构规划 – 处理器类型, 软硬件之间的接口类型, 等. 划分目的 – 满足系统速度,延迟, 体积,成本等方面的要求. 划分策略 - high level partitioning by hand,
2020/11/4
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传统的嵌入式系统设计模型
HW Development
System Concepts
Sys/HW Require. Analysis
Sys/SW Require. Analysis
Hardware Require. Analysis
Software Require. Analysis
CSCI Testing
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传统的嵌入式系统设计过程
传统软硬件设计过程的基本特征: 系统在一开始就被划分为软件和硬件两大部分 软件和硬件独立进行开发设计 “Hardware first” approach often adopted
隐含的一些问题: 软硬件之间的交互受到很大限制 软硬件之间的相互性能影响很难评估 系统集成相对滞后，NRE较大