嵌入式系统的传统设计方法

合集下载

嵌入式系统的设计及实现方法

嵌入式系统的设计及实现方法嵌入式系统是指直接嵌入产品内部，在特定场合下，为产品提供必要的功能的电子系统。

嵌入式系统已成为现代科技的一个重要组成部分，在汽车、空调、电视、冰箱等众多产品中都得以广泛应用。

本文重点讨论嵌入式系统的设计及实现方法。

一、嵌入式系统的设计思路嵌入式系统的设计需要遵循以下几个基本思路：1、功能可靠性嵌入式系统是直接嵌入产品中，产品的稳定性和质量关系到用户的信任和使用寿命。

因此，嵌入式系统的设计应将产品的功能上限和下限掌握好，降低可能发生的异常事故。

2、底层硬件匹配嵌入式系统的设计需要选择正确的芯片和硬件，确保整个系统的稳定性。

硬件的选择应考虑使用场合、使用周期及系统运行速度等多方面因素，保证系统不易出现瓶颈。

3、软件功能丰富嵌入式系统的软件功能应与产品整体需求相匹配。

软件应可以定制，适合市场不断变化和用户需求增加的情况。

要保证软件的可扩展性和可调整性，确保系统在更新机制、用户交互和数据传输方面的灵活应变。

4、可靠性与安全性嵌入式系统应具有很高的可靠性和安全性。

系统的可靠性涉及多方面因素，要确保系统的重要信息不会丢失或泄露。

在硬件、软件开发时都应实现尽可能严格的测试，确保系统在最恶劣的情况下仍能运行稳定。

二、嵌入式系统设计的实现嵌入式系统设计实现包括硬件和软件两个方面。

1、硬件实现硬件设计通常包括原理图设计、PCB设计、焊接以及电路验证测试等环节。

硬件设计要考虑到元器件的可靠性、生产成本、产品的实际使用条件等问题。

硬件设计要根据不同的使用情况、使用场合等因素进行分区，将所有部分组合在一起运作。

2、软件实现软件实现有相对成熟的软件模板。

在实现时，可以使用一些现有的嵌入式系统相应的实现工具：例如，MCUBoot、u-boot 等，这些工具可以通过一些跟板子匹配的配置文件就可以实现相应的功能，并完成整个编译操作。

在软件设计阶段，同时考虑到实际产品的应用场景，充分考虑系统的性能、稳定性以及可扩展性等问题。

关于嵌入式系统设计方法的分析

理器和嵌入式实时操作系统。由于嵌入式应用软件的特殊性．往往要求应用程序设计者具有一定的实时
传统的嵌入式系统设计方法如图２
所示。
为了避免上述问题．一种新的开发
程师和软件工程师按照拟定的设计流程
何从应用系统需求出发，依据一定的指
嵌入式系统被定义为：以应用计算机为中心，以计算机技术为基础，硬件软可裁减适应对功能、靠性、本、积、可成体功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入
不可能对系统做出较好的性能综合优化。２０世纪图１瀑布式开发过程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
显然这种设计方法对于具体的应用
系统而言，容易获得满足综合性能指标
９年代初．外Ｏ国
有些学者提出 “ 种传统的设这计方法．只是早
方式应运而生一软件、硬件协同设计方法。个典型的硬件、件协同设计过程一软如图３所示。首先．应用独立于任何硬件和软件的功能性规格方法对系统进行描述，然
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。虽然也
的最佳解决方案。

第十一章-嵌入式系统设计与应用—基于ARM...和Linux(第2版)-王剑-清华大学出版社

1. HTTP协议 HTTP（超文本传输协议）协议是Web服务器与浏览器通信的协议， HTTP协议规定了发送和处理请求的标准方式，规定了浏览器和服务器之间传输的消息格式及各种控制信息，从而定义了所有Web通信的基本框架。
一个完整的HTTP事务由以下4个阶段组成：（1）客户与服务器建立 TCP连接；（2）客户向服务器发送请求；
除此之外，硬件选择要考虑的因素主要还包括：首先是需要考虑的是生产规模其次是需要考虑开发的市场目标最后只要可能，尽量选择使用普通的硬件。
嵌入式软件的开发主要采用的是“宿主机-目标机”的交叉开发模式。常见的软件开发步骤如下所示：（1）配置开发环境及BSP开发。选择合适的开发工具，针对嵌入式的硬件环境对操作系统进行设置剪裁，另外增加BSP支持。（2）编写用户程序和简单仿真调试。建立交叉编译开发环境，开发用户用户程序，将其下载到目标板上调试，应用程序开发完毕后，和文件系统一起次年改成文件系统的镜像文件，然后通过仿真工具对系统进行仿真和调试。（3）系统的下载和脱机运行。当仿真完成后，评价系统功能，如果达到开发目标，则可把最终形成的文件下载并运行。
（3）如果请求被接受，则由服务器发送应答，在应
答中包括状态码和所要的文件（一般是HTML文档）；（4）客户与服务器关闭连接。
2. CGI原理 CGI（通用网关接口）规定了Web服务器调用其他可执行程序（CGI程序）的接口协议标准。Web服务器通过调用CGI程序实现和Web浏览器的交互，也就是CGI程序接受Web浏览器发送给Web 服务器的信息并进行处理，然后将响应结果再回送给Web服务器及 Web浏览器。CGI程序一般完成Web网页中表单(Form)数据的处理、数据库查询和实现与传统应用系统的集成等工作。

嵌入式系统的特点与设计方法

嵌入式系统的特点与设计方法嵌入式系统（Embedded System）是指嵌入在其他设备中的计算机系统，它通过使用微处理器或微控制器来控制、监视和执行特定功能。

与通用计算机系统不同，嵌入式系统的设计方法和特点更为独特和特殊。

本文将具体探讨嵌入式系统的特点与设计方法，以帮助读者更好地理解和应用于实际项目中。

嵌入式系统的特点：1. 特定功能：嵌入式系统通常被设计用于执行特定的任务或功能，例如家电设备中的控制模块、汽车中的引擎控制系统等。

因此，嵌入式系统的设计需要充分了解和满足这些特定功能的需求。

2. 系统封闭性：嵌入式系统通常是封闭的，即它们不需要与其他外部系统进行通信。

因此，嵌入式系统设计时需要考虑其独立性和稳定性，以确保其功能的正常运行和有效性。

3. 资源受限：嵌入式系统在计算能力、存储容量和能源供应方面往往受到限制。

因此，设计者需要充分考虑资源的有效利用和优化，以最大程度地满足系统功能的需求。

4. 可靠性要求高：很多嵌入式系统被用于控制关键任务或环境，如医疗设备、航空航天系统等。

这些系统对可靠性的要求非常高，设计上需要考虑系统的容错性、稳定性和自动恢复能力。

嵌入式系统的设计方法：1. 确定需求：首先，设计者需要明确系统的需求和功能。

这包括系统要实现的功能、性能指标、接口需求等。

通过充分了解和明确需求，可以为后续的设计提供明确的目标和方向。

2. 系统架构设计：在系统架构设计阶段，设计者需要确定系统的组织结构、主要模块和模块间的关系。

这意味着要确定主控制器、传感器、执行器等组件的位置和交互方式。

此外，还需要确定适当的电源管理和通信接口。

3. 硬件设计：硬件设计是嵌入式系统设计中的关键环节。

设计者需要选取合适的处理器或控制器，并根据需求选择合适的外部器件。

此外，还需要进行电路设计、布局和散热等方面的考虑。

4. 软件设计：在软件设计阶段，设计者需要根据系统需求和硬件特性来编写软件代码。

这包括系统的控制算法、状态机设计、任务调度等。

Chap6-设计方法

对系统设计的影响——协同设计增加灵活性增加了风险
嵌入式系统设计者要求
懂得系统的整个构架详细了解硬件的细节软件设计满足：
实时要求低功耗代码量小
详细了解领域知识
嵌入式系统软硬件协同设计
软硬件协同设计
软硬件协同设计
硬件设计工具（EDA工具）
系统级设计工具
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
HW & SW PART.
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,……
最令人头疼的问题）嵌入式软件的可靠性问题: 正确性验证技术、测试
技术、调试技术等（可靠性问题是嵌入式软件开发的基本问题）可重构计算（Reconfigurable Computing）技术可构件化的嵌入式实时操作系统及其开发环境
嵌入式系统的设计
问题：
功能、性能要求价格、开发周期等约束
Cadence的SPW System View
模拟电路系统仿真工具
Pspice EWB

3 嵌入式系统的设计方法

2、对FPGA（如果有）编程，用开发系统将软件加载到硬件平台上
3、逐一测试各功能模块的性能
4、整机联调
测试：
用于验证设计的产品是否满足应用的需求
1、功能与性能测试 2、可靠性测试（温度、湿度、振动、冲击、运输等情况） 3、容错测试 4、长时间、极端情况
文档编制：
非常重要的一环，不可忽视
1、设计报告 2、测试报告 3、产品说明书 4、用户手册 5、维修与安装手册 6、其他
基于ARM处理器的应用系统设计
1、系统设计概述
2、单元电路设计
3、存储器系统设计
4、通过JTAG访问外设
系统设计概述
S3C2410A处理器详解
S3C2410A在包含ARM920T核的同时，增加了丰富的外围资源，如下图所示。主要片内外围模块包括： 1个LCD控制器，支持STN和TFT液晶显示屏；外部存储器管理（SDRAM控制器和芯片选择逻辑）； 3个通道的UART； 4个通道的DMA，支持存储器和I/O口之间的传输，以猝发模式提高传输率； 4个具有PWM功能的16位定时/计数器和1个16位内部定时器，支持外部时钟源； 8通道的10位ADC，最高速率可达500kB/s，10位分辨率；触摸屏接口； IIS总线接口； 2个USB主机接口，1个USB设备接口； 2个SPI接口； SD卡接口和MMC卡接口； 16位看门狗定时器； 117位通用I/O口和24位外部中断源； 8通道10位AD控制器；电源管理。
嵌入式系统开发过程
嵌入式软件的开发与传统的软件有许多共同点，它继承了许多传统软件开发的开发习惯。但由于嵌入式软件运行于特定的目标环境，与传统软件的开发又有着很大的不同。
嵌入式系统的开发特点

嵌入式系统的传统设计方法

嵌入式系统的传统设计方法
嵌入式系统的传统设计方法主要包括以下几个方面:
1. 分析系统需求：设计师需要明确嵌入式系统的功能和性能需求，包括功能需求、性能需求、安全需求等。

2. 设计硬件系统：设计师需要根据系统需求选择合适的硬件平台，设计硬件系统，包括芯片选择、电路板设计、传感器连接等。

3. 编写代码：设计师需要编写嵌入式系统的代码，包括操作系统内核、应用程序等。

4. 测试和调试：设计师需要对嵌入式系统进行测试和调试，以确保系统的稳定性和可靠性。

传统的嵌入式系统设计方法需要一定的技术经验和专业知识，设计师需要掌握嵌入式系统的硬件和软件开发技能。

同时，设计师需要考虑到系统的功耗、面积、响应速度等性能指标，以确保系统能够满足用户的需求并且具有足够的可靠性。

随着嵌入式系统的不断发展，设计师还需要考虑到系统的可扩展性、可维护性、用户体验等方面的问题。

因此，传统的嵌入式系统设计方法需要不断地更新和改进，以适应不断变化的需求和技术。

嵌入式系统的模块化设计

嵌入式系统的模块化设计嵌入式系统的模块化设计是当今技术领域中的一项重要发展趋势。

它能够提高系统的灵活性和可维护性，并减少系统开发周期和成本。

本文将探讨嵌入式系统的模块化设计原理、优势及实践方法。

一、模块化设计原理模块化设计是将一个系统划分为多个功能独立、结构清晰的模块，并通过定义合适的接口进行模块间的通信和协作。

在嵌入式系统中，模块通常对应于硬件或软件的功能单元。

1.1 硬件模块化设计硬件模块化设计是将嵌入式系统的硬件部分划分为多个独立的模块。

每个模块都具有明确的功能和接口，可以独立设计、测试和维护。

例如，将处理器、存储器、输入输出接口等功能模块划分为独立的硬件模块，以实现灵活的硬件配置和扩展。

1.2 软件模块化设计软件模块化设计是将嵌入式系统的软件部分划分为多个独立的模块。

每个模块负责完成系统的一个特定功能，模块之间通过定义良好的接口进行交互。

采用软件模块化设计可以提高系统的可维护性和可重用性。

二、模块化设计的优势嵌入式系统的模块化设计具有以下优势：2.1 灵活性模块化设计使得系统更加灵活，可以根据需求进行模块的增减或替换，而无需对整个系统进行重构。

这样可以快速响应市场变化，降低产品设计的风险。

2.2 可维护性模块化设计简化了系统的维护工作。

当一个模块发生问题时，可以独立排查和修复，无需对整个系统进行检修。

这样可以提高系统的可靠性和可维护性。

2.3 成本效益模块化设计有助于降低系统开发和维护的成本。

模块的可重用性使得开发者能够更加高效地开发新的系统，并利用已有的模块进行快速组装和部署。

三、模块化设计的实践方法为了实现嵌入式系统的模块化设计，我们可以采用以下实践方法：3.1 标准化接口每个模块都应定义清晰的接口，包括输入、输出、参数等。

接口的标准化有助于模块之间的通信和协作，提高模块的可重用性和互操作性。

3.2 模块间通信在嵌入式系统中，模块之间需要进行通信。

可以使用标准的通信协议，如SPI、UART、I2C等，以实现模块之间的数据传输和交互。

集成电路设计嵌入式系统

集成电路设计嵌入式系统集成电路设计是现代电子技术的基石随着技术的进步，集成电路变得越来越小，功能越来越强大嵌入式系统是集成电路应用的一个重要领域本文将从集成电路设计的角度，探讨嵌入式系统的相关技术集成电路设计概述集成电路设计是一个复杂的过程，包括多个阶段首先，需要进行系统级设计，确定系统的功能和性能要求然后，进行硬件描述语言（HDL）编码，实现电路的功能接下来，进行逻辑合成和仿真，验证电路的功能和性能最后，进行物理设计，包括布局、布线和版图设计集成电路设计的关键目标是提高性能、降低功耗和减小面积为了实现这些目标，设计师需要使用先进的算法和技术，如时序优化、功耗优化和面积优化嵌入式系统概述嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它将计算机硬件和软件集成在一起，用于执行特定的任务嵌入式系统通常具有有限的资源，如有限的内存和计算能力因此，嵌入式系统设计需要考虑资源限制和任务需求嵌入式系统的核心是微控制器（MCU），它负责控制系统的运行和执行任务嵌入式系统的设计通常包括硬件设计和软件设计两个方面硬件设计涉及选择合适的微控制器和其他硬件组件，软件设计涉及编写嵌入式软件，实现系统的功能和性能集成电路设计嵌入式系统面临许多挑战首先，嵌入式系统的设计要求高度定制化，以满足特定的应用需求这需要设计师具有丰富的经验和专业知识其次，随着技术的发展，集成电路的复杂性不断增加，设计师需要使用先进的工具和算法来满足性能和功耗要求此外，嵌入式系统的实时性要求也给设计带来了挑战为了应对集成电路设计嵌入式系统的挑战，设计师可以采取一些策略首先，使用硬件描述语言（HDL）进行设计，可以提高设计的灵活性和可重用性其次，采用模块化的设计方法，可以将复杂的系统分解为多个简单的模块，降低设计的复杂性此外，使用多处理器和分布式计算技术，可以提高系统的性能和可靠性集成电路设计嵌入式系统是一个复杂而重要的领域随着技术的发展，集成电路变得越来越小，嵌入式系统的应用也越来越广泛设计师需要使用先进的算法和技术，以及采取合适的策略，来满足嵌入式系统的功能和性能要求以上内容为文章的相关左右后续内容将详细讨论集成电路设计嵌入式系统的具体技术和实例集成电路设计嵌入式系统的关键技术在集成电路设计嵌入式系统的过程中，有几个关键技术需要重点关注1. 微控制器设计微控制器（MCU）是嵌入式系统的核心在设计微控制器时，需要考虑以下几个方面：•指令集架构（ISA）：选择合适的指令集架构，如CISC或RISC，以满足系统的性能和功耗要求•内核类型：根据应用需求选择单核、多核或混合核的微控制器•存储器组织：设计合适的存储器组织结构，如内部存储器、外部存储器和缓存机制•外设接口：提供丰富的外设接口，如UART、SPI、I2C等，以支持与其他设备的通信2. 数字信号处理（DSP）数字信号处理是嵌入式系统中的重要技术在集成电路设计中，需要考虑以下几个方面：•算法实现：根据应用需求选择合适的数字信号处理算法，如滤波器、快速傅里叶变换（FFT）等•数据路径设计：设计高效的数据路径，以提高处理速度和减少资源消耗•流水线设计：采用流水线技术，以提高处理器的吞吐量和性能3. 模拟前端设计嵌入式系统中的模拟前端设计对系统的性能和可靠性具有重要影响在设计过程中，需要考虑以下几个方面：•模拟前端电路：设计合适的模拟前端电路，如放大器、滤波器、ADC等，以满足系统的功能和性能要求•电源管理：设计高效的电源管理电路，以降低功耗和提高系统的稳定性•信号完整性分析：进行信号完整性分析，确保信号在传输过程中的稳定性和可靠性集成电路设计嵌入式系统的实例分析接下来，我们通过一个实例来分析集成电路设计嵌入式系统的过程实例：智能家居系统智能家居系统是一个典型的嵌入式系统应用，它将计算机技术应用于家庭生活和家居控制中系统需求分析首先，我们需要分析智能家居系统的需求智能家居系统需要实现以下功能：•家庭环境监控：监控温度、湿度、光照等环境参数•家电控制：控制空调、照明、电视等家电设备•安全防护：监控家庭安全，如入侵报警、火灾报警等•数据分析：分析家庭数据，提供智能化建议硬件设计根据系统需求，我们需要设计相应的硬件主要包括以下部分：•微控制器：选择一款适合智能家居系统的微控制器，如具有丰富外设接口和足够的计算能力的ARM Cortex-M系列•传感器模块：选择合适的传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等•家电控制模块：设计相应的电路，如继电器控制电路、灯光调节电路等•安全防护模块：设计相应的电路，如烟雾传感器、门磁传感器等软件设计智能家居系统的软件设计包括以下几个部分：•传感器数据采集：编写程序实现传感器数据的采集和处理•家电控制逻辑：编写程序实现家电的控制逻辑•安全防护逻辑：编写程序实现安全防护逻辑，如火灾报警、入侵报警等•数据分析与展示：编写程序实现数据分析与展示，如环境数据分析、家电使用数据分析等以上内容为文章的前60%左右后续内容将继续讨论集成电路设计嵌入式系统的其他实例和挑战集成电路设计嵌入式系统的实例分析（续）实例：智能交通系统智能交通系统是利用计算机技术、通信技术、传感器技术等实现交通管理和交通控制的系统在集成电路设计嵌入式系统的过程中，需要考虑以下几个方面：硬件设计•车辆检测器：使用雷达、地磁传感器等检测车辆的存在和速度•交通信号灯控制：设计控制器，根据车辆流量和时间段自动调节交通信号灯•摄像头系统：用于监控交通状况，识别违法行为•RSU（路侧单元）：与车辆通信，提供实时交通信息软件设计•车辆检测算法：实现车辆检测算法，如基于机器学习的车辆识别•交通控制算法：实现交通控制算法，如绿波控制、交通流量统计•数据处理与分析：对收集到的交通数据进行处理和分析，提供决策支持实例：医疗设备医疗设备是利用计算机技术和集成电路来实现医疗诊断和治疗的设备在集成电路设计嵌入式系统的过程中，需要考虑以下几个方面：硬件设计•传感器模块：使用温度传感器、心率传感器等获取患者生理数据•信号处理电路：对传感器采集到的信号进行放大、滤波等处理•数据通信接口：提供与上位机或其他设备的通信接口软件设计•数据采集与处理：实现对生理数据的采集和处理，如心电图、血压监测等•算法实现：实现相应的算法，如机器学习算法用于疾病预测•用户界面：设计用户界面，展示医疗数据和提供操作指令集成电路设计嵌入式系统的挑战与趋势集成电路设计嵌入式系统面临着许多挑战，如系统复杂性、实时性要求、资源限制等为了解决这些挑战，设计师需要采取以下策略：•系统级设计方法：采用系统级设计方法，如使用硬件/软件协同设计•算法优化：对算法进行优化，以满足实时性要求和资源限制•低功耗设计：采用低功耗设计和电源管理技术，以降低功耗未来的趋势包括：•与嵌入式系统的融合：利用技术，提高嵌入式系统的智能水平•物联网与嵌入式系统的融合：利用物联网技术，实现设备之间的互联互通•边缘计算与嵌入式系统的融合：利用边缘计算技术，提高嵌入式系统的数据处理能力集成电路设计嵌入式系统是一个充满挑战和机遇的领域随着技术的发展，集成电路变得越来越小，嵌入式系统的应用也越来越广泛设计师需要使用先进的算法和技术，以及采取合适的策略，来满足嵌入式系统的功能和性能要求同时，集成电路设计嵌入式系统也需要关注、物联网和边缘计算等趋势，以实现更高效、更智能的系统性能。

嵌入式系统期末考试试题库和答案解析

嵌入式系统期末考试试题库和答案解析《嵌入式系统》试题库一、填空题1、嵌入式系统的基本定义为：以应用中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

2、从模块结构来看，嵌入式系统由三大部分组成，分别是：硬件、软件和开发平台。

3、从层次角度来看，嵌入式系统由四大部分组成，分别是：应用软件层、操作系统层、板级支持包（或硬件抽象层）和硬件层。

4、嵌入式产品的主要度量指标包括：上市时间、设计成本和产品质量。

5、嵌入式系统的设计过程包括：需求分析、规格说明、体系结构设计、构件设计、系统集成和系统测试。

6、需求分析包括：功能性需求分析和非功能性需求分析。

7、确定输入信号是数字信号还是模拟信号属于功能性需求。

8、确定系统的物理尺寸和重量属于非功能性需求。

9、在嵌入式系统的设计过程中，其中规格说明解决“做什么”。

10、在嵌入式系统的设计过程中，其中体系结构设计解决“如何做”。

11、在嵌入式系统的设计过程中，软硬件划分应该在体系结构设计阶段完成。

12、在嵌入式系统的设计过程中，处理器的选择应该在体系结构设计阶段完成。

13、在嵌入式系统的设计过程中，嵌入式操作系统的选择应该在体系结构设计阶段完成。

14、在嵌入式系统的设计过程中，完成原理图设计应在构件设计阶段完成。

15、在嵌入式系统的设计过程中，完成版图设计应在构件设计阶段完成。

16、在嵌入式系统的设计过程中，完成软件设计应在构件设计阶段完成。

17、反映嵌入式系统设计人员的水平能力主要在于总体设计（需求分析、规格说明和体系结构设计）和系统调试。

18、设计流程指的是设计过程中所经历的过程步骤。

19、设计重用技术主要分为基于IP 核的模块级重用和基于平台的系统级重用。

20、软硬件协同设计由系统描述、软硬件划分、软硬件协同综合以及软硬件协同模拟与验证几个阶段组成。

21、嵌入式处理器的分类包括三种，分别是：嵌入式微处理器、微控制器（或单片机）和数字信号处理器（DSP）。

嵌入式系统期末考试题库及答案

《嵌入式系统》试题库一、填空题1、嵌入式系统的基本定义为：以应用中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

2、从模块结构来看，嵌入式系统由三大部分组成，分别是：硬件、软件和开发平台。

3、从层次角度来看，嵌入式系统由四大部分组成，分别是：应用软件层、操作系统层、板级支持包（或硬件抽象层）和硬件层。

4、嵌入式产品的主要度量指标包括：上市时间、设计成本和产品质量。

5、嵌入式系统的设计过程包括：需求分析、规格说明、体系结构设计、构件设计、系统集成和系统测试。

6、需求分析包括：功能性需求分析和非功能性需求分析。

7、确定输入信号是数字信号还是模拟信号属于功能性需求。

8、确定系统的物理尺寸和重量属于非功能性需求。

9、在嵌入式系统的设计过程中，其中规格说明解决“做什么”。

10、在嵌入式系统的设计过程中，其中体系结构设计解决“如何做”。

11、在嵌入式系统的设计过程中，软硬件划分应该在体系结构设计阶段完成。

12、在嵌入式系统的设计过程中，处理器的选择应该在体系结构设计阶段完成。

13、在嵌入式系统的设计过程中，嵌入式操作系统的选择应该在体系结构设计阶段完成。

14、在嵌入式系统的设计过程中，完成原理图设计应在构件设计阶段完成。

15、在嵌入式系统的设计过程中，完成版图设计应在构件设计阶段完成。

16、在嵌入式系统的设计过程中，完成软件设计应在构件设计阶段完成。

17、反映嵌入式系统设计人员的水平能力主要在于总体设计（需求分析、规格说明和体系结构设计）和系统调试。

18、设计流程指的是设计过程中所经历的过程步骤。

19、设计重用技术主要分为基于IP 核的模块级重用和基于平台的系统级重用。

20、软硬件协同设计由系统描述、软硬件划分、软硬件协同综合以及软硬件协同模拟与验证几个阶段组成。

21、嵌入式处理器的分类包括三种，分别是：嵌入式微处理器、微控制器（或单片机）和数字信号处理器（DSP）。

嵌入式系统设计

嵌入式系统设计嵌入式系统设计是将计算机科学与电子工程相结合的一门学科，旨在设计和开发控制和执行特定任务的计算机系统。

这些系统通常用于嵌入到其他设备中，例如家用电器、汽车和医疗设备等。

本文将探讨嵌入式系统设计的原理、方法和应用领域。

一、嵌入式系统设计的原理1. 硬件设计：嵌入式系统的硬件设计是构建系统的基础。

它涉及电路设计、电子元件选择、电源管理以及传感器和执行器的集成等。

此过程要求设计师考虑电力消耗、尺寸限制以及系统稳定性等方面的因素。

2. 软件设计：嵌入式系统的软件设计通常采用低级语言编写，如汇编语言或C语言。

设计师需要考虑实时性、功耗优化、内存利用率以及系统可靠性等因素。

同时，应用领域的需求也会对软件设计提出一些特殊要求。

3. 系统集成：嵌入式系统设计的核心是将硬件和软件进行无缝集成。

设计师需要确保硬件和软件之间的互操作性，以及系统的稳定性和性能。

此外，系统集成还包括外部接口的设计与连接，以便系统能够与其他设备进行通信和交互。

二、嵌入式系统设计的方法1. 需求分析：在设计嵌入式系统之前，需要明确系统的功能和性能需求。

这包括对系统执行任务的时间要求、电力消耗限制、可靠性需求等的分析和定义。

通过仔细分析需求，设计师可以更好地把握系统设计的方向和目标。

2. 框架设计：在需求分析的基础上，设计师将制定系统的总体架构。

框架设计涉及到硬件和软件的选择，以及系统的模块划分和功能分配。

设计师需要权衡不同因素，以达到系统设计的最佳平衡点。

3. 详细设计：在框架设计完成后，设计师将进一步进行系统的详细设计。

这包括具体的电路图设计、电子元件选型、软件模块开发等。

在详细设计阶段，设计师需要深入考虑各种技术细节，并确保系统的各个部分能够无缝协同工作。

4. 测试与验证：在嵌入式系统设计完成后，设计师需要进行详尽的测试和验证工作。

这包括功能测试、性能测试、稳定性测试等。

通过测试和验证，设计师可以发现和修复潜在的问题，确保系统达到预期的设计目标。

嵌入式系统设计过程(精)

如输入输出信号，操作方式等；非功能性需求包括系统性能，成本，功耗，体积，重量
等因素。
2．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。
3．硬件/软件设计基于体系结构，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。 4．系统集成
设计者可能碰到各种不同类型的由于不明确的规格说明而导致的问题。
如果在某个特定的状况下的某些特性的行为在规格说明中不明确，那么设计者可能实现错误的功能。
如果规格说明的全局特征是错的或者是不完整的，那么由该规格说明建造的整个系统体系结构可能就不符合实现的要求。
GPS系统的规格说明包括下列构件：
(3) 输入和输出
这两据类型：模拟电信号？数字数据？机械输入？
② 数据特性：周期性到达的数据，比如数字音频信号?或者是用户的输入?每个数据元素多少位?
③ 输入／输出设备的类型：按键?模／数转换器?视频显示器？
(4) 功能
这一项是关于系统所做的工作的更加详细的描述。从输入到输出进行分析是提出功能的一种好方法：当系统接收到输入时，它执行哪些动作?用户通过界面输入的数据如何对该功能产生影响?不同功能之间是如何相互作用的？
它应该让用户了解系统是如何使用的，以及用户如何和它进行交互。
通常，设备的非功能模型可以让用户了解系统的特性，比如系统的尺寸和重量。
3. 简单的需求表格
对一个大系统进行需求分析是一项复杂而费时的工作，但是，取得相对少量的格式清晰、简单的信息是理解系统需求的一个好的开始。

嵌入式系统设计方法

嵌入式系统设计方法
嵌入式系统设计方法是一种系统化的方法，用于设计和开发嵌入式系统。

以下是一种常用的嵌入式系统设计方法：
1. 确定需求：了解系统的功能和性能需求，并对系统的约束条件进行分析。

这包括确定系统的输入输出要求、硬件资源和时间限制等。

2. 架构设计：根据需求，设计系统的整体结构和模块划分。

这包括确定系统的主要组件、架构风格和交互方式等。

3. 硬件设计：设计系统所需的硬件电路和接口。

这包括选择适合的芯片、电路板和传感器，以及设计系统的电源、时钟和通信接口等。

4. 软件设计：开发系统的嵌入式软件。

这包括编写和调试系统的驱动程序、操作系统和应用软件，以及进行软件测试和优化。

5. 集成测试：将硬件和软件组件集成到一起，并进行系统级的测试和验证。

这包括验证系统的功能和性能，并解决集成过程中的兼容性和冲突问题。

6. 系统部署：将设计好的嵌入式系统部署到目标环境中，并进行系统的安装和配置。

这包括测试系统的稳定性和可靠性，并进行用户培训和文档编写。

7. 系统维护：定期对系统进行维护和更新，包括修复软件漏洞、更新硬件驱动程序和优化系统性能等。

以上是一种常用的嵌入式系统设计方法，设计者可以根据具体的项目需求和约束条件进行调整和扩展。

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。

嵌入式系统设计方法

嵌入式系统设计方法以下是几种常见的嵌入式系统设计方法：1. 瀑布模型（Waterfall Model）：瀑布模型是一种经典的软件开发方法。

在嵌入式系统设计中，瀑布模型的关键是明确规定系统需求，并将其分解为各个开发阶段。

这些阶段包括需求分析、系统设计、编码、测试和维护等。

瀑布模型适用于需求明确、稳定的项目。

2. 快速原型模型（Rapid Prototyping Model）：嵌入式系统的设计往往需要尽快验证概念和功能。

快速原型模型是一种迭代的开发方法，通过建立原型系统来尽快探索设计空间。

在快速原型模型中，开发人员可以快速实现和验证系统的关键功能和特性。

3. 面向对象方法（Object-Oriented Method）：面向对象方法是一种基于对象和类的软件设计方法。

在嵌入式系统中，面向对象方法可以更好地组织和管理系统组件，提高代码的重用性和可维护性。

通过使用面向对象方法，设计人员可以更好地实现系统的模块化和抽象。

4. 面向模型方法（Model-Based Method）：面向模型方法是一种通过建立和分析系统模型来设计系统的方法。

这些模型可以提供对系统性能、资源利用率和可靠性的预测。

常用的面向模型方法包括系统仿真、模型检验和优化等。

面向模型方法可以提早发现和解决系统设计中的问题。

6. 实时系统设计方法（Real-Time System Design Method）：实时系统的设计要求系统能够在给定的时间约束下完成任务。

实时系统设计方法主要关注系统的时间性能，包括任务调度、事件处理和资源管理等。

常用的实时系统设计方法包括周期调度、优先级调度和事件驱动调度等。

7. 面向服务方法（Service-Oriented Method）：面向服务方法是一种基于服务的系统设计方法，将系统功能划分为多个服务，并通过服务接口进行通信和交互。

面向服务方法可以提高系统的可扩展性和灵活性，适用于大规模和分布式嵌入式系统的设计。

电机控制系统的嵌入式系统设计

电机控制系统的嵌入式系统设计电机控制系统是嵌入式系统应用的一个重要领域。

嵌入式系统在电机控制中扮演着至关重要的角色，它们能够实时响应和处理多种信号和数据，以确保电机的准确运行。

本文将深入探讨电机控制系统的嵌入式系统设计原理和方法。

第一部分：嵌入式系统设计概述嵌入式系统是专门设计用于特定应用的计算机系统，与通用计算机系统相比，它们具有更强大的实时性、可靠性和稳定性。

电机控制系统需要嵌入式系统来实现对电机的精确控制和监测。

一个典型的电机控制系统包括传感器、执行器、嵌入式处理器、输入输出接口等组件。

第二部分：嵌入式系统设计原理1. 系统结构设计嵌入式系统设计首先需要确定系统的整体结构。

该结构应包括主控制器、数据采集模块、通信模块和功率模块等组件。

主控制器负责控制整个系统的运行，数据采集模块负责采集传感器数据，通信模块负责与外部设备进行通信，功率模块负责控制电机的电源供应。

2. 硬件选型在嵌入式系统设计过程中，选择合适的硬件平台对于系统性能和稳定性至关重要。

硬件选型应根据电机的具体要求进行，包括处理器性能、存储容量、通信接口等因素。

3. 软件设计嵌入式系统的软件设计是整个系统的核心。

软件设计应包括系统启动、数据采集、控制算法实现等功能。

通常使用C或C++语言进行编程，并结合相关的开发工具和平台进行。

第三部分：嵌入式系统设计方法1. 实时性保证电机控制系统对实时性要求非常高，因此在嵌入式系统设计中需要采用合适的实时调度算法，如周期性调度算法或优先级调度算法，以确保任务能够按时响应。

2. 电机控制算法设计电机控制算法是嵌入式系统设计中的重要部分。

根据电机的不同类型和应用场景，可以采用各种控制算法，如PID控制器、模糊控制器或神经网络控制器等。

3. 接口设计嵌入式系统需要与外部设备进行通信，因此需要合适的接口设计。

常见的接口包括串口、CAN总线、以太网等。

接口设计应考虑到数据传输速率、可靠性和兼容性等因素。

第四部分：嵌入式系统设计实例以一个直流电机控制系统为例进行具体的嵌入式系统设计实例。