嵌入式系统讲义8_25

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第二章 嵌入式系统设计方法
2.3.4 软硬件构件设计
作用
基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详细设计 基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详细设计 详细 软件硬件并行 并行设计 软件硬件并行设计 对于使用现成的硬件模块，大部分工作集中在软件设 对于使用现成的硬件模块，大部分工作集中在软件设 硬件标准化、模块化、可重用） 计上（硬件标准化、模块化、可重用） 如果设计硬件模块，大部分工作集中在硬件设计 硬件设计上 如果设计硬件模块，大部分工作集中在硬件设计上
嵌入式系统越来越复杂推动着设计方法不断发展 嵌入式系统越来越复杂推动着设计方法不断发展
随着应用的不断发展，性能要求也越来越高，嵌入式 随着应用的不断发展，性能要求也越来越高， 应用的不断发展 要求也越来越高 系统的设计 设计也 系统的设计也越来越复杂 激烈的市场竞争使得产品上市时间的压力越来越大， 压力越来越大 激烈的市场竞争使得产品上市时间的压力越来越大， 设计者需考虑的问题 问题也 设计者需考虑的问题也越来越多
第二章 嵌入式系统设计方法
主要内容
2.1 引言 2.2 嵌入式系统的设计方法 2.3 嵌入式系统的设计过程 2.4 实例分析 实例分析——GPS导航仪 导航仪
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.1 引言
产品度量
上市时间、设计成本、 上市时间、设计成本、产品质量
1 软硬件协同设计（续） 软硬件协同设计（
优点
软硬件统一描述 软硬件统一描述 有利于优化设计 有利于优化设计 重点关注算法 而非实现 关注算法， 重点关注算法，而非实现
缺点
不成熟，缺乏有效的统一描述工具 不成熟， 现有工具实现效率不高 有待于高效率的综合工具
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全系统优化
内核库为设计基础 以IP内核库为设计基础 内核库 整个系统性能要求出发 把微处理器、模型算法、 要求出发， 从整个系统性能要求出发，把微处理器、模型算法、 外围器件各层次电路直至器件的设计紧密结合起来 IP：Intellectual Property ：
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第二章 嵌入式系统设计方法
3 基于 核的系统级设计方法 基于IP核的系统级设计方法
集成系统（ 集成系统（SoC） ）
20世纪 年代后，嵌入式系统设计从“集成电路”级 世纪90年代后，嵌入式系统设计从“集成电路” 世纪 年代后 设计转向“集成系统” 设计转向“集成系统”级设计 CPU、I/O接口、存储器、实时操作系统、应用软件集 接口、 、 接口 存储器、实时操作系统、 成在一个芯片上，统一描述， 成在一个芯片上，统一描述，统一设计
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.3 嵌入式系统的设计过程
2.3.1 需求分析 2.3.2 规格说明 2.3.3 体系结构设计 2.3.4 软硬件构件设计 2.3.5 系统集成 2.3.6 系统测试
摩托罗拉T805 GPS接收机 摩托罗拉 接收机 蓝牙无线接口
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第二章 嵌入式系统设计方法
嵌 入 式 系 统 的 设 计 过 程
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.3.1 需求分析
作用
从客户那儿收集系统的非形式描述 从客户那儿收集系统的非形式描述
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.3.6 系统测试
作用
对设计好的系统进行测试， 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 严格而全面的测试是产品质量保证的坚实基础
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.3 嵌入式系统的系统级设计方法
1 软硬件协同设计 2 设计重用技术
随着计算机技术和集成电路制造水平的发展，采用统 随着计算机技术和集成电路制造水平的发展，采用统 一的机制描述嵌入式系统的软硬件子系统已经成为可 一的机制描述嵌入式系统的软硬件子系统已经成为可 能，系统级设计方法也随之诞生 系统级设计是一种高层次的设计方法， 系统级设计是一种高层次的设计方法，设计人员针对 设计目标进行系统功能描述，定义系统的行为特性， 设计目标进行系统功能描述，定义系统的行为特性， 进行软硬件划分，生成系统级的规格描述 进行软硬件划分，生成系统级的规格描述
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2 嵌入式系统的设计方法
2.2.1 嵌入式系统设计方法的演变 嵌入式系统设计方法的演变 2.2.2 嵌入式系统的传统设计方法 嵌入式系统的传统 传统设计方法 2.2.3 嵌入式系统的系统级设计方法 嵌入式系统的系统级 系统级设计方法
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第二章 嵌入式系统设计方法
1 基于 基于EDA(PCB)和ICE的设计方法 和 的设计方法
其步骤是先抽象后具体 其步骤是先抽象后具体
抽象设计 将系统功能细化为若干功能模块 再对功能模块进行硬件和软件功能实现的分配 具体设计包括硬件设计和软件设计 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 选择和组合——PCB 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、 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——ICE 流程设计和细化、编码调试等 EDA：Electronic Design Automatic ： PCB：Printed Circuit Board ： 5 国防科技大学计算机学院 Circuit Emulator 国防科技大学计算机学院601室 ICE：In 室 ：
一种好的设计方法必须能够充分发挥当前的软硬 件设计技术的优势
目前嵌入式系统的设计方法已经从集成电路发展到集 目前嵌入式系统的设计方法已经从集成电路发展到集 集成电路发展到 成系统，跨入系统级设计阶段 成系统，跨入系统级设计阶段
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基于平台的系统级重用 基于平台的系统级重用 系统级
基于平台的设计重用是近几年提出的设计重用方法 基于IP核设计重用技术的扩展 核设计重用技术的扩展， 基于 核设计重用技术的扩展，强调系统级重用 要求提供面向特定应用领域的设计模板 提供面向特定应用领域的设计模板， 要求提供面向特定应用领域的设计模板，设计者通过 对设计模板进行适当的修改来构造符合性能要求的SoC 对设计模板进行适当的修改来构造符合性能要求的 系统
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.1 嵌入式系统设计方法的演变
1 基于 基于EDA(PCB)和ICE的设计方法 和 的设计方法 2 基于 基于EDA(PLD)和EOS的设计方法 和 的设计方法 3 基于 核的系统级设计方法 基于IP核的系统级设计方法
嵌入式系统设计借鉴了软件工程的设计方法， 嵌入式系统设计借鉴了软件工程的设计方法，但 又有很大的不同： 又有很大的不同：嵌入式系统同时涉及到硬件与 软件， 软件，在任何设计阶段都要考虑硬件和软件
软件设计的进步
旧方法：无操作系统 旧方法： 新方法： 新方法：基于操作系统设计 简化多任务、实时、复杂软件设计 简化多任务 实时、复杂软件设计 多任务、 PLD：Program Logic Device ： EOS：Embedded Operating System ：
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第二章 嵌入式系统设计方法
2 设计重用技术
基于IP核的模块级重用 基于 核的模块级重用 核的模块级
IP核的设计和 核的使用 核的设计和IP核的使用 核的设计和 IP核的设计目标是实现即插即用 核的设计目标是实现即插即用 核的设计目标是实现 IP核的设计除了需要考虑具体功能之外，还要考虑可 核的设计除了需要考虑具体功能之外， 核的设计除了需要考虑具体功能之外 重用、 重用、可测性及测试的可重用性
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.3.3 体系结构设计
作用
描述系统如何实现所述的功能和非功能需求，包括对 描述系统如何实现所述的功能和非功能需求，包括对 硬件、软件的功能划分以及系统的软硬件选型等 以及系统的软硬件选型 硬件、软件的功能划分以及系统的软硬件选型等 体系结构描述说明需要什么样的构件 一个好的体系结构是设计成功与否的关键
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第二章 嵌入式系统设计方法
2 基于 基于EDA(PLD)和EOS的设计方法 和 的设计方法
硬件设计的进步
旧方法：选择和使用标准通用集成电路器件 旧方法：选择和使用标准通用集成电路器件 新方法：自己设计和制作部分专用的集成电路器件 新方法：自己设计和制作部分专用的集成电路器件 由各种 由各种EDA工具软件提供支持的 工具软件提供支持的
特点——软硬件统一描述 软硬件统一描述 特点
有限状态机（ 有限状态机（FSM） ） 统一化的规格语言——SystemC、新的统一描述语言 统一化的规格语言 、 基于图形的表示工具——UML 基于图形的表示工具
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第二章 嵌入式系统设计方法
第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.2 嵌入式系统的传统设计方法
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.2.2 嵌入式系统的传统设计方法（续） 嵌入式系统的传统设计方法（
Baidu Nhomakorabea特点
软硬件设计独立进行
优点
简单易行、分工明确 简单易行、
缺点
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第二章 嵌入式系统设计方法
1 软硬件协同设计
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第二章 嵌入式系统设计方法
1 软硬件协同设计（续） 软硬件协同设计（
主要设计步骤
需求分析 软硬件协同设计（ 软硬件协同设计（Co-design） ） 软硬件实现 软硬件协同测试（ 软硬件协同测试（Co-test） ） 软硬件协同验证（ 软硬件协同验证（Co-verification） ）
分类
功能性需求 接口设计：输入输出信号、操作方式 接口设计：输入输出信号、 非功能性需求 性能 成本 功耗 系统的尺寸和重量
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.3.2 规格说明
作用
对需求进行提炼，得到系统的规格说明 需求进行提炼，得到系统的规格说明 进行提炼 作为正式设计指导和验收的标准 它起到客户和生产者之间的合同 合同的作用 它起到客户和生产者之间的合同的作用
设计技术
模块化设计技术 面向对象设计技术 组件设计技术
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第二章 嵌入式系统设计方法
2.3.5 系统集成
作用
把软件、硬件、执行装置和被控对象集成在一起 把软件、硬件、 进行调试 发现并改进单元设计过程中的错误
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排错困难 出现问题互相推诿 解决方案无法进行全系统优化设计 降低成本） 优化设计（ 解决方案无法进行全系统优化设计（降低成本） 在满足相关性能指标的情况下，成本最低 在满足相关性能指标的情况下， 最优软硬件划分
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