嵌入式系統(tǒng)基本設(shè)計方法

優(yōu)選嵌入式系統(tǒng)基本設(shè)計方法1當(dāng)前第1頁\共有88頁\編于星期四\22點第二章嵌入式系統(tǒng)基本設(shè)計方法本章的主要內(nèi)容2.1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計概述2.2嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計概述2.3需求分析和概要設(shè)計2.4詳細(xì)設(shè)計2.5實現(xiàn)階段2.6測試階段2當(dāng)前第2頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)主要包括:硬件設(shè)計技術(shù)軟件設(shè)計技術(shù)

3當(dāng)前第3頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容1.硬件設(shè)計的技術(shù)包括:芯片級設(shè)計技術(shù)和電路板級設(shè)計技術(shù)芯片級設(shè)計技術(shù)：核心是編譯/綜合、庫/IP、測試/驗證。編譯/綜合技術(shù)使設(shè)計者用抽象的方式描述所需的功能，并自動分析和插入實現(xiàn)細(xì)節(jié)。庫/IP技術(shù)將預(yù)先設(shè)計好的低抽象級實現(xiàn)用于高級。測試/驗證技術(shù)確保每級功能正確，減少各級之間反復(fù)設(shè)計的成本。電路板級設(shè)計技術(shù)：完成電路板的規(guī)劃，電路設(shè)計，在印制板上布局，布線，最終構(gòu)成系統(tǒng)。4當(dāng)前第4頁\共有88頁\編于星期四\22點5當(dāng)前第5頁\共有88頁\編于星期四\22點電路原理圖6當(dāng)前第6頁\共有88頁\編于星期四\22點電路原理圖7當(dāng)前第7頁\共有88頁\編于星期四\22點8當(dāng)前第8頁\共有88頁\編于星期四\22點9當(dāng)前第9頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容2.軟件設(shè)計技術(shù)：軟件語言軟件語言經(jīng)歷了從低級語言（機(jī)器語言、匯編語言）到高級語言（如結(jié)構(gòu)化設(shè)計語言、面向?qū)ο笤O(shè)計語言）的發(fā)展歷程，推動其發(fā)展的是匯編技術(shù)、分析技術(shù)、編譯/解釋技術(shù)等諸多相關(guān)技術(shù)。10當(dāng)前第10頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)背景IT技術(shù)的發(fā)展推動嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的演變，這些技術(shù)包括：1.微電子技術(shù)：大規(guī)模集成電路：微電子技術(shù)的發(fā)展，帶來大規(guī)模集成電路的集成度和工藝水平不斷提高，生產(chǎn)出了大批量的低成本、高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊器件可編程：在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的器件可編程思想和微處理（器）技術(shù)可以用軟件來改變和實現(xiàn)硬件的功能，實現(xiàn)了微處理器和各種可編程大規(guī)模集成專用電路、半定制器件的大量應(yīng)用。11當(dāng)前第11頁\共有88頁\編于星期四\22點2.高性能的EDA（電子設(shè)計自動化）綜合開發(fā)工具：高性能的EDA綜合開發(fā)工具為復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計提供了易于學(xué)習(xí)和方便使用的集成開發(fā)環(huán)境2.1.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)背景12當(dāng)前第12頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)背景3.硬件描述語言HDL(HardwareDescriptionLanguage)硬件描述語言的發(fā)展為復(fù)雜電子系統(tǒng)設(shè)計提供了建立各種硬件模型的工作語言。13當(dāng)前第13頁\共有88頁\編于星期四\22點硬件描述語言HDL(案例）14當(dāng)前第14頁\共有88頁\編于星期四\22點硬件描述語言HDL(案例）15當(dāng)前第15頁\共有88頁\編于星期四\22點4.EOS技術(shù)：軟件技術(shù)的進(jìn)步，特別是嵌入式操作系統(tǒng)EOS(EmbeddedOperationSystem)的推出，為開發(fā)復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件提供了底層支持和高效率開發(fā)平臺。16當(dāng)前第16頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)背景名詞解釋：IP（IntellectualPropertyCore，知識產(chǎn)權(quán)核）是一種預(yù)先設(shè)計好的甚至已經(jīng)過驗證的具有某種確定功能的集成電路、器件或部件。該模塊有行為（behavior）、結(jié)構(gòu)（structure）和物理（physical）3級不同程度的設(shè)計，對應(yīng)有主要描述功能行為的“軟IP內(nèi)核(softIPcore)”、完成結(jié)構(gòu)描述的“固IP內(nèi)核(firmIPcore)”和基于物理描述并經(jīng)過工藝驗證的“硬IP內(nèi)核(hardIPcore)”3個層次。17當(dāng)前第17頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的分類嵌入式系統(tǒng)設(shè)計分為三個不同的發(fā)展層次1.以CAD軟件和ICE（InCircuitEmulator）為主要工具的設(shè)計方法這是過去直至現(xiàn)在我國單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計人員一直沿用的方法，其步驟是先抽象后具體。

18當(dāng)前第18頁\共有88頁\編于星期四\22點PS:在線仿真器(In-CircuitEmulator,ICE)是用來調(diào)試嵌入式系統(tǒng)軟件的硬件設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者要面對一般軟件開發(fā)者所沒有的特殊問題，因為嵌入式系統(tǒng)往往不像商業(yè)計算機(jī)那樣具有鍵盤、顯示屏、磁盤機(jī)和其他各種有效的用戶界面和存儲設(shè)備。當(dāng)仿真器被插入到待開發(fā)芯片的某個部分的時候，在線仿真也被稱作硬件仿真。這樣的在線仿真器，可以在系統(tǒng)運行實時數(shù)據(jù)的情況下，提供相對很好的調(diào)試能力。19當(dāng)前第19頁\共有88頁\編于星期四\22點仿真器設(shè)備20當(dāng)前第20頁\共有88頁\編于星期四\22點抽象設(shè)計主要是根據(jù)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能要求，對系統(tǒng)功能細(xì)化，分成若干功能模塊，畫出系統(tǒng)功能框圖，再對功能模塊進(jìn)行硬件和軟件功能實現(xiàn)的劃分。21當(dāng)前第21頁\共有88頁\編于星期四\22點具體設(shè)計具體設(shè)計:包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計主要是根據(jù)性能參數(shù)要求對各功能模塊所需要使用的元器件進(jìn)行選擇和組合。軟件設(shè)計主要包括任務(wù)分析、資源分配、模塊劃分、流程設(shè)計和細(xì)化、編碼調(diào)試等。22當(dāng)前第22頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的分類嵌入式系統(tǒng)設(shè)計分為三個不同的發(fā)展層次2.以EDA工具軟件和EOS為開發(fā)平臺的設(shè)計方法隨著微電子工藝技術(shù)的發(fā)展，各種通用的可編程半定制邏輯器件應(yīng)運而生。硬件設(shè)計人員從過去選擇和使用標(biāo)準(zhǔn)通用集成電路器件，逐步轉(zhuǎn)向自己設(shè)計和制作部分專用的集成電路器件，而這些技術(shù)是由各種EDA工具軟件提供支持的。23當(dāng)前第23頁\共有88頁\編于星期四\22點EDA工具軟件設(shè)計人員可以利用各種EDA工具和標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA等，設(shè)計和自制用戶專用的大規(guī)模集成電路。然后再通過自下而上的設(shè)計方法，把用半定制器件設(shè)計自制的集成電路、可編程外圍器件、所選擇的ASIC與嵌入式微處理器或微控制器在印制板上布局、布線構(gòu)成系統(tǒng)。24當(dāng)前第24頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的分類嵌入式系統(tǒng)設(shè)計分為三個不同的發(fā)展層次3.以IP內(nèi)核庫為設(shè)計基礎(chǔ)，采用軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)的設(shè)計方法20世紀(jì)90年代后，進(jìn)一步開始了從“集成電路”級設(shè)計不斷轉(zhuǎn)向“集成系統(tǒng)”級設(shè)計。目前已進(jìn)入片上系統(tǒng)SOC（SystemonaChip）設(shè)計階段。25當(dāng)前第25頁\共有88頁\編于星期四\22點SOC單片系統(tǒng)設(shè)計要從整個系統(tǒng)性能要求出發(fā)，把微處理器、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、外圍器件各層次電路直至器件的設(shè)計緊密結(jié)合起來，并通過建立在全新理念上的系統(tǒng)軟件和硬件的協(xié)同設(shè)計，在單個芯片上完成整個系統(tǒng)的功能。有時也可能把系統(tǒng)做在幾個芯片上。26當(dāng)前第26頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的分類三個發(fā)展層次的應(yīng)用范圍從應(yīng)用開發(fā)角度看，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，都是采用前兩種方法。第3層次設(shè)計方法對一般具體應(yīng)用人員來說，只能用來設(shè)計簡單的單片系統(tǒng)。復(fù)雜的單片系統(tǒng)則是某些大的半導(dǎo)體廠商才能設(shè)計和實現(xiàn)的，并且用這種方法實現(xiàn)的單片系統(tǒng)，只可能是那些廣泛使用、具有一定規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)才值得投入研制。27當(dāng)前第27頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的分類3個層次的設(shè)計方法會并存。初級應(yīng)用設(shè)計人員會以第1種方法為主；富有經(jīng)驗的設(shè)計人員會以第2種方法為主；很專業(yè)的設(shè)計人員會用第3種方法進(jìn)行簡單單片系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用。但所有的設(shè)計人員都可以應(yīng)用半導(dǎo)體大廠商推出的用第3種方法設(shè)計的專用單片系統(tǒng)。28當(dāng)前第28頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.4嵌入式開發(fā)環(huán)境嵌入式開發(fā)環(huán)境，是以開發(fā)嵌入式系統(tǒng)為目的的工程開發(fā)環(huán)境。包括辦公環(huán)境支持、軟件支持、硬件設(shè)備支持。軟件支持：指集成開發(fā)環(huán)境與軟件模擬器等。硬件支持：指仿真器、目標(biāo)板、示波器、燒錄器等。29當(dāng)前第29頁\共有88頁\編于星期四\22點PlatformBuilder30當(dāng)前第30頁\共有88頁\編于星期四\22點PB模擬器31當(dāng)前第31頁\共有88頁\編于星期四\22點開發(fā)板32當(dāng)前第32頁\共有88頁\編于星期四\22點仿真環(huán)境33當(dāng)前第33頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.4嵌入式開發(fā)環(huán)境嵌入式開發(fā)環(huán)境如圖34當(dāng)前第34頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.4嵌入式開發(fā)環(huán)境集成開發(fā)系統(tǒng)嵌入式開發(fā)較多采用集成開發(fā)系統(tǒng)，一般包括編輯器、編譯器、連接器、調(diào)試器、工程管理器和底層調(diào)試接口設(shè)備（BDM/JTAG仿真器）等。

35當(dāng)前第35頁\共有88頁\編于星期四\22點集成開發(fā)平臺ADS1.236當(dāng)前第36頁\共有88頁\編于星期四\22點集成開發(fā)平臺ADS1.237當(dāng)前第37頁\共有88頁\編于星期四\22點ARM匯編編譯器選項：CPU->ARM920T，小端對齊，ARM指令格式，無浮點運算38當(dāng)前第38頁\共有88頁\編于星期四\22點39當(dāng)前第39頁\共有88頁\編于星期四\22點2.1.532位嵌入式開發(fā)的新挑戰(zhàn)32位嵌入式開發(fā)引發(fā)的嵌入式技術(shù)發(fā)展趨勢（1）高度集成化的SOC趨勢（2）軟核與硬核同步發(fā)展的SOPC技術(shù)（3）與DSP技術(shù)融合（4）開發(fā)和調(diào)試手段不斷完善（5）軟件工程思想融入嵌入式軟件

40當(dāng)前第40頁\共有88頁\編于星期四\22點續(xù)：第2章02嵌入式系統(tǒng)基本設(shè)計方法41當(dāng)前第41頁\共有88頁\編于星期四\22點了解：2.2嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計概述軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展背景與過程軟硬件協(xié)同設(shè)計流程42當(dāng)前第42頁\共有88頁\編于星期四\22點2.2.1軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展背景與過程軟硬件協(xié)同設(shè)計的背景系統(tǒng)級芯片設(shè)計的發(fā)展要求廣泛采用軟硬件協(xié)同設(shè)計方法系統(tǒng)級芯片設(shè)計是一種高層次的電子設(shè)計方法，設(shè)計人員針對設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)功能描述，定義系統(tǒng)的行為特性，生成系統(tǒng)級的規(guī)格描述。

43當(dāng)前第43頁\共有88頁\編于星期四\22點2.2.1軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展背景與過程軟硬件協(xié)同設(shè)計的背景系統(tǒng)級芯片設(shè)計主要有3個關(guān)鍵的支撐技術(shù)： （1）軟、硬件的協(xié)同設(shè)計技術(shù)。 （2）IP模塊復(fù)用技術(shù)。 （3）模塊以及模塊界面間的綜合分析和驗證技術(shù)。44當(dāng)前第44頁\共有88頁\編于星期四\22點2.2.1軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展背景與過程軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展過程1.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計早期，主要有兩種方式

(1)針對一個特定的硬件進(jìn)行軟件開發(fā)，是一個軟件開發(fā)問題。(2)根據(jù)一個已有的軟件實現(xiàn)其具體的硬件結(jié)構(gòu)，是一個軟件固化的問題。45當(dāng)前第45頁\共有88頁\編于星期四\22點2.2.1軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展背景與過程軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展過程早期兩種方式的缺陷沒有統(tǒng)一的軟硬件協(xié)同表示方法，從而不能自動地進(jìn)行不同的軟硬件劃分，并對不同的劃分進(jìn)行評估。不能從系統(tǒng)級進(jìn)行驗證，不容易發(fā)現(xiàn)軟硬件邊界的兼容問題。46當(dāng)前第46頁\共有88頁\編于星期四\22點2.2.1軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展背景與過程軟硬件協(xié)同設(shè)計的發(fā)展過程2.軟硬件協(xié)同設(shè)計：采用軟硬件協(xié)同設(shè)計后，從系統(tǒng)功能描述開始，將軟硬件完成的功能作全盤考慮并進(jìn)行均衡；在設(shè)計空間搜索技術(shù)的支持下，設(shè)計出不同的軟硬件體系結(jié)構(gòu)并進(jìn)行評估，最終找到較理想的目標(biāo)系統(tǒng)的軟硬件體系結(jié)構(gòu)；然后使用軟硬件劃分理論進(jìn)行軟硬件劃分并設(shè)計實現(xiàn)?？梢詮母窘鉀Q了早期嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的缺陷和不足。47當(dāng)前第47頁\共有88頁\編于星期四\22點2.2.2軟硬件協(xié)同設(shè)計流程軟硬件協(xié)同設(shè)計，包括以下嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程（1）嵌入式系統(tǒng)的需求獲取與需求分析；（2）軟硬件功能劃分，設(shè)計系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：選擇處理器和相關(guān)外部設(shè)備，操作系統(tǒng)，開發(fā)平臺以及軟硬件的分割和總體系統(tǒng)集成；（3）硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件的系統(tǒng)設(shè)計；（4）軟硬件詳細(xì)設(shè)計；（5）軟件代碼開發(fā)，軟件測試與調(diào)試；（6）軟硬件的聯(lián)調(diào)和系統(tǒng)集成；（7）系統(tǒng)的仿真驗證和測試；（8）實現(xiàn)最終系統(tǒng)。

48當(dāng)前第48頁\共有88頁\編于星期四\22點2.2.2軟硬件協(xié)同設(shè)計流程49當(dāng)前第49頁\共有88頁\編于星期四\22點2.3需求分析和概要設(shè)計2.3.1用戶需求分析和確定項目約束條件2.3.2系統(tǒng)硬件和軟件功能劃分2.3.3概要設(shè)計50當(dāng)前第50頁\共有88頁\編于星期四\22點2.3.1用戶需求分析和確定項目約束條件用戶需求分為以下幾個方面業(yè)務(wù)需求：從根本上體現(xiàn)了客戶和產(chǎn)品開發(fā)商的根本利益，規(guī)定了客戶或組織機(jī)構(gòu)對產(chǎn)品高層次的目標(biāo)要求。用戶需求：規(guī)定了用戶使用產(chǎn)品必須完成的任務(wù)。功能需求：規(guī)定了提供給用戶使用的產(chǎn)品所具有的基本功能，以滿足用戶的業(yè)務(wù)需要。對于嵌入式產(chǎn)品而言，通過硬件功能、軟件功能的規(guī)定來體現(xiàn)系統(tǒng)整體將要完成的功能。非功能需求：規(guī)定了產(chǎn)品面向用戶所展現(xiàn)的外部或內(nèi)部的屬性，以及執(zhí)行的操作等。51當(dāng)前第51頁\共有88頁\編于星期四\22點2.3.1用戶需求分析和確定項目約束條件收集用戶需求的過程中可能遇到的問題用戶提出不符合實際的要求。用戶不能將隱含的用戶需求提供給開發(fā)人員。

如何解決這些問題對于那些客戶提出的不切實際的要求，開發(fā)人員應(yīng)該及時的指出。要求有系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗的開發(fā)人員盡可能多的提煉出用戶隱含的需求，并且以書面的方式提交用戶檢查，同意后雙方簽字表示認(rèn)同。

52當(dāng)前第52頁\共有88頁\編于星期四\22點2.3.1用戶需求分析和確定項目約束條件對于嵌入式設(shè)備，比較關(guān)心的項目約束條件：性能：具體表現(xiàn)為系統(tǒng)的實時性，安全性，穩(wěn)定性。體積和重量成本能耗其他：包括系統(tǒng)的完成時間、用戶界面等。53當(dāng)前第53頁\共有88頁\編于星期四\22點2.3.2系統(tǒng)硬件和軟件功能劃分軟硬件功能的劃分目的：就是確定系統(tǒng)功能哪一部分由硬件實現(xiàn)，那一部分由軟件實現(xiàn)。通常一項基本的功能用軟件可以實現(xiàn)，用硬件設(shè)計的方法同樣可以實現(xiàn)。硬件實現(xiàn)可以較好的保證系統(tǒng)實時的處理能力，但是成本相對較高。而軟件為系統(tǒng)功能的實現(xiàn)提供了靈活的方式，并且成本較低，但是系統(tǒng)響應(yīng)時間不能得以保證。54當(dāng)前第54頁\共有88頁\編于星期四\22點2.3.2系統(tǒng)硬件和軟件功能劃分在進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件功能劃分時，應(yīng)該協(xié)調(diào)的考慮系統(tǒng)的性能，成本以及開發(fā)時間等要素，得到一個較合理的劃分方案。在硬件和軟件的劃分階段，通過逐步細(xì)化設(shè)計，可以將軟硬件體系結(jié)構(gòu)逐步模塊化。采用軟硬件協(xié)同設(shè)計的方式，定義軟件和硬件模塊間的接口，實現(xiàn)軟硬件模塊間的相互通信。55當(dāng)前第55頁\共有88頁\編于星期四\22點2.3.3概要設(shè)計概要設(shè)計需要完成的任務(wù)總體設(shè)計。接口設(shè)計。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。運行設(shè)計。出錯設(shè)計。概要設(shè)計應(yīng)該遵循以下的設(shè)計理念逐步細(xì)化，定性和定量相結(jié)合，分解和協(xié)調(diào)以及系統(tǒng)模型化。56當(dāng)前第56頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4詳細(xì)設(shè)計確定系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)硬件與軟件的選型微處理器選型和外圍接口電路設(shè)計嵌入式操作系統(tǒng)的選擇57當(dāng)前第57頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.1確定系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，可以為整個系統(tǒng)構(gòu)架提供基本的計劃，為以后設(shè)計出系統(tǒng)軟硬件的各項構(gòu)件做充分的準(zhǔn)備。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該著眼于系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，同時不應(yīng)該過多地拘泥于具體的系統(tǒng)設(shè)計細(xì)節(jié)。58當(dāng)前第58頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.1確定系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)嵌入式設(shè)備而言，系統(tǒng)包含兩種體系結(jié)構(gòu)：硬件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu)。進(jìn)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該考慮因素完整性以及軟件和硬件間的對應(yīng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否能夠滿足用戶需求59當(dāng)前第59頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.1確定系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)舉例：銀行自動排隊機(jī)系統(tǒng)用戶交互功能表現(xiàn)為用戶交互界面系統(tǒng)打印功能表現(xiàn)為打印輸出60當(dāng)前第60頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.2硬件與軟件的選型嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件硬件架構(gòu)上以嵌入式處理器為中心，配置存儲器、I/O設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)軟件部分以軟件開發(fā)平臺為核心，向上提供應(yīng)用編程接口（API），向下屏蔽具體硬件特性的板級支持包（BSP）

61當(dāng)前第61頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.2硬件與軟件的選型硬件平臺的選擇芯片的選擇：ARM，MIPS……異常信號的處理能力和功能擴(kuò)展以軟件替代硬件

62當(dāng)前第62頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.2硬件與軟件的選型嵌入式操作系統(tǒng)的選擇商用型的實時操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但往往價格昂貴。免費型的實時操作系統(tǒng)在價格方面具有優(yōu)勢，目前主要有Linux和μC／OS。需要考慮以下幾點：操作系統(tǒng)的硬件支持；開發(fā)工具的支持程度；能否滿足應(yīng)用需求。

63當(dāng)前第63頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.2硬件與軟件的選型仿真器和調(diào)試器的選擇嵌入式系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試方法有快速原型仿真法和實時在線調(diào)試法。快速原型仿真法用于硬件設(shè)備尚未完成時，直接在宿主機(jī)上對應(yīng)用程序運行進(jìn)行仿真分析。實時在線調(diào)試法在具體的目標(biāo)機(jī)平臺上調(diào)試應(yīng)用程序。選用的調(diào)試器應(yīng)該支持用戶觀察或修改嵌入式處理器的寄存器和存儲器配置、數(shù)據(jù)變量的類型和數(shù)值，堆棧和寄存器的使用，支持程序斷點設(shè)置，單步、斷點或者全速運行等特性。64當(dāng)前第64頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.3微處理器選型和外圍接口電路設(shè)計微處理器選型確定內(nèi)核：嵌入式處理器內(nèi)核主要取決于應(yīng)用的領(lǐng)域、用戶的需求、成本問題、開發(fā)的難易程度等因素。外圍設(shè)備接口：確定了使用的嵌入式處理器內(nèi)核以后，接著綜合實際情況，考慮系統(tǒng)外圍設(shè)備的需求情況，選擇一款合適的處理器。還要考慮處理器的尋址空間，有沒有片上的Flash存儲器，處理器是否容易調(diào)試，仿真調(diào)試工具的成本和易用性等相關(guān)的信息。

65當(dāng)前第65頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.3微處理器選型和外圍接口電路設(shè)計微處理器選型開發(fā)人員選擇面向具體應(yīng)用，不同領(lǐng)域的應(yīng)用市場需要不同款式和性能指標(biāo)的處理器的兩個前提條件：一是深入研究具體的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求。二是分析研究市場上各大廠商提供的各款嵌入式處理器的性能指標(biāo)。除此之外，還需要考慮開發(fā)人員對此系列處理器的熟悉程度。66當(dāng)前第66頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.3微處理器選型和外圍接口電路設(shè)計系統(tǒng)外圍設(shè)備的需求 （1）總線的需求； （2）有沒有通用串行接口； （3）是否需要USB總線； （4）有沒有以太網(wǎng)接口； （5）系統(tǒng)內(nèi)部是否需要IIC總線、SPI總線； （6）音頻D／A連接的IIS總線； （7）外設(shè)接口； （8）系統(tǒng)是否需要A／D或者D／A轉(zhuǎn)換器； （9）系統(tǒng)是否需要I／O控制接口。

67當(dāng)前第67頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.3微處理器選型和外圍接口電路設(shè)計外圍接口電路設(shè)計

嵌入式外圍接口電路設(shè)計中，要注意區(qū)分處理器芯片引腳的類型，仔細(xì)分析研究關(guān)鍵引腳作用。舉例：以ARM內(nèi)核嵌入式微處理器為中心，具有完全相配接的Flash電路、SDRAM電路、JTAG電路、電源電路、晶振電路、復(fù)位信號電路和系統(tǒng)總線擴(kuò)展等，保證嵌入式微處理器正常運行的系統(tǒng)。其硬件如下：（1）微處理器；（2）電源電路；（3）晶振電路；（4）Flash存儲器；（5）SDRAM存儲器；（6）串行接口；（7）JTAG接口；（8）系統(tǒng)總線擴(kuò)展。68當(dāng)前第68頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.4嵌入式操作系統(tǒng)的選擇嵌入式操作系統(tǒng)選型的原則進(jìn)入市場時間?？梢浦残??？衫觅Y源。系統(tǒng)定制能力。成本。中文內(nèi)核支持。69當(dāng)前第69頁\共有88頁\編于星期四\22點2.4.4嵌入式操作系統(tǒng)的選擇幾種代表性嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE嵌入式LinuxVxWorksμC/OS一Ⅱ70當(dāng)前第70頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5實現(xiàn)階段軟件與硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)2.5.2嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試71當(dāng)前第71頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5.1軟件與硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)軟件的特點及其開發(fā)途徑

嵌入式系統(tǒng)軟件的特點是軟件復(fù)雜程度的多樣性。簡單系統(tǒng)可以用傳統(tǒng)方法，從底層用匯編語言編寫程序，利用在線仿真器(ICE)、在線調(diào)試器(ICD)等開發(fā)工具進(jìn)行調(diào)試軟件。復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，需要利用實時操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)嵌入式系統(tǒng)軟件，需要針對不同的硬件編寫實時操作系統(tǒng)內(nèi)核移植代碼。通過編譯、鏈接、定址將操作系統(tǒng)映像固化到EPROM或者Flash中。72當(dāng)前第72頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5.1軟件與硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)軟件編程接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化

高級語言和匯編語言模塊化：為了使系統(tǒng)具有高的可移植性，盡量使用C或者EmbeddedC++來開發(fā)系統(tǒng)軟件。模塊化：將系統(tǒng)功能分成模塊。模塊設(shè)定的合理方法是：根據(jù)硬件能力，自下而上的綜合。提供標(biāo)準(zhǔn)接口：提供了POSIX1003.1規(guī)范的操作系統(tǒng)就具有了UNIX系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口。符合軟件應(yīng)用編程接口(API)規(guī)范，就可以比較容易地移植UNIX系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。嚴(yán)格的體系結(jié)構(gòu)層次：按層次劃分，依次是應(yīng)用軟件→操作系統(tǒng)→功能級抽象→寄存器級抽象→硬件。73當(dāng)前第73頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5.1軟件與硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)應(yīng)用開發(fā)嵌入式開發(fā)過程中有宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的角色之分宿主機(jī)是執(zhí)行編譯、鏈接、定址過程的計算機(jī)；目標(biāo)機(jī)指運行嵌入式軟件的硬件平臺。首先須把應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換成可以在目標(biāo)機(jī)上運行的二進(jìn)制代碼。其次調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用程序。嵌入式調(diào)試采用交叉調(diào)試器，一般采用宿主機(jī)-目標(biāo)機(jī)的調(diào)試方式。調(diào)試時需將宿主機(jī)上的應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核下載到目標(biāo)機(jī)的RAM中或直接燒錄到目標(biāo)機(jī)的ROM或者FLASH中。74當(dāng)前第74頁\共有88頁\編于星期四\22點宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)75當(dāng)前第75頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5.1軟件與硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)在PC機(jī)上編寫軟件，然后進(jìn)行軟件的移植過程中應(yīng)該注意的問題軟件的可移植性，選用具有較高移植性的編程語言（如C語言）。盡量少調(diào)用操作系統(tǒng)函數(shù)。注意屏蔽不同硬件平臺帶來的字節(jié)順序、字節(jié)對齊等。76當(dāng)前第76頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5.2嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試調(diào)試方法一般分為軟件和硬件調(diào)試兩個方面硬件調(diào)試，是指使用某種仿真調(diào)試器來協(xié)助調(diào)試過程。軟件調(diào)試，是指使用特定的軟件調(diào)試器來調(diào)試嵌入式系統(tǒng)。77當(dāng)前第77頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5.2嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試硬件調(diào)試

可以獲得比軟件調(diào)試功能優(yōu)良得多的調(diào)試性能，仿真硬件的真正執(zhí)行過程。硬件調(diào)試器主要有兩大類：ICE（In-CircuitEmulator）：ICE是完全仿造調(diào)試目標(biāo)CPU設(shè)計的儀器，它可以真正的運行CPU的動作，并且可以在使用的內(nèi)存上設(shè)置非常多的硬中斷點，實時察看所需要的數(shù)據(jù)。ICD（In-CircuitDebugger）：使用ICD和目標(biāo)板的調(diào)試端口連接，發(fā)送調(diào)試命令和接受返回的調(diào)試信息可以完成相應(yīng)的調(diào)試功能。

78當(dāng)前第78頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5.2嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試軟件調(diào)試應(yīng)用程序的調(diào)試：使用本地調(diào)試器和遠(yuǎn)程調(diào)試器兩種方法。將需要的調(diào)試器移植到該系統(tǒng)中，在目標(biāo)板上運行調(diào)試器調(diào)試應(yīng)用程序。內(nèi)核調(diào)試：調(diào)試比較困難，只能使用遠(yuǎn)程調(diào)試方法，通過串口和操作系統(tǒng)中內(nèi)置的調(diào)試樁（Stub）進(jìn)行通信來完成調(diào)試。

79當(dāng)前第79頁\共有88頁\編于星期四\22點2.5.2嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試按照使用的設(shè)備，嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方式也可分為以下幾種仿真器方式監(jiān)控器方式源程序模擬方式80當(dāng)前第80頁\共有88頁\編于星期四\22點2.6測試階段2.6.1嵌入式軟件測試方法2.6.2嵌入式軟件測試工具2.6.3嵌入式軟件測試過程2.6.4cross-test測試策略81當(dāng)前第81頁\共有88頁\編于星期四\22點2.6.1嵌入式軟件測試方法嵌入式軟件測試也可叫做交叉測試，具體的軟件測試過程如圖82當(dāng)前第82頁\共有88頁\編于星期四\22點2.6.1嵌入式軟件測試方法軟件測試方法有不同的劃分方法。從軟件開發(fā)過程中測試所處的不同階段可分為模塊測試、集成測試和系統(tǒng)測試。根據(jù)是否需要運行目標(biāo)代碼分為動態(tài)測試和靜態(tài)測試。根據(jù)目標(biāo)代碼的可見性可分為白盒測試（結(jié)構(gòu)測試）、黑盒測試（功能測試）和灰盒測