第2部分 嵌入式硬件系统设计ppt课件.ppt

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1、第2部分嵌入式系统硬件设计第五节嵌入式硬件系统设计嵌入式系统的基本设计过程嵌入式系统设计开发不同于桌面系统，它非常受制于功能和具体的应用环境，所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求：接口方便、操作容易稳定可靠、维护简便功耗管理、降低成本功能实用、便于升级并发处理、及时响应嵌入式系统的设计要求需要软硬件综合开发，二者密切相关。原因：任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体一旦嵌入式产品研发完成，软件就固化在硬件环境中，嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的，是专用的。嵌入式系统的这一特点，决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方

2、法。嵌入式系统开发特点嵌入式系统设计的主要步骤以自顶向下的角度来看，系统设计从系统需求分析开始；第二步是规格说明，在这一步我们对需设计的系统功能进行更细致地描述，这些描述并不涉及系统的组成；第三步是系统结构设计，在这一阶段以大的构件为单位设计系统内部详细构造，明确软、硬件功能的划分；第四步是构件设计，它包括系统程序模块设计、专用硬件芯片选择及硬件电路设计；第五步是系统集成，在完成了所有构件设计的基础上进行系统集成，构造出所需的完整系统。需求分析规格说明体系结构设计构件设计系统调试与集成嵌入式系统设计过程需求分析与规格说明在设计之前，我们

3、必须清楚要设计什么。在设计的最初阶段，我们应从客户那里收集系统功能的非形式描述，在此称其为需求；对需求进行提炼，以得到系统的规格说明，规格说明中应包含我们进行系统体系结构设计所需的足够信息。在此把需求和规格说明区分开是必要的，因为嵌入式系统的用户不是专业人员，他们对系统的描述是建立在他们想象的、系统应具备的功能基础上，对系统可能有些不切实际的期望，表达要求时使用自己的话而不是专业术语。因而，必须将用户的描述转化为系统设计者的描述，从用户的需求中整理形成正式的规格说明。用户需求的格式用户需求通常包括功能部分和非功能部分。非功能部分需求主要

4、指：性能、价格、尺寸和重量、功耗等。右边表是一个在系统设计的初始阶段使用的需求说明表格样本，该表格用简练、清晰的语句描述系统的基本需求。项目说明名称目的输入输出功能性能生产成本功耗尺寸和重量GPS移动地图系统:示例项目说明名称GPS移动地图目的为司机等用户提供图形状的移动地图输入一个电源开关、两个操作按钮、GPS信号输入输出LCD显示器，分辨率为400×600功能可接5种GPS接收器；三种用户可选的地图比例；总是显示当前经纬度性能0.25秒内即可更新一次屏幕，常温下工作生产成本1500元（人民币）功耗四节电池供电应连续工作8小时，功耗约

5、100mW尺寸和重量尺寸不大于20cm×30cm，重量不大于0.25公斤GPS移动地图是一种手持设备，该设备为用户（如汽车驾驶员）显示他当前所处位置周围的地图；显示的地图内容应随用户以及该设备所处位置的改变而改变。该设备从GPS上得到其位置信息，移动地图的显示看起来应类似纸张上的地图。针对用户的初步要求，我们编写出如右表所示的系统需求表。描述规格说明的工具规格说明应更精确地反映用户的需求，它是设计者在设计时必须明确遵循的要求。规格说明应小心编写，描述应足够清晰，不能有歧义，以便别人可以通过它来验证设计是否达到要求。规格说明中通常只描述系

6、统应做什么，而不描述系统该怎么做。描述规格说明的工具可采用统一建模语言（UML）。UML语言是一种面向对象的建模语言，它是软件工程课程中详细讲解的内容。体系结构设计系统结构设计的目的是描述系统如何实现系统的功能，它是系统整体结构的一个计划。右图以框图的形式描述了GPS移动地图的体系结构，图中展示了移动地图的主要操作和其间的数据流。框图仍很抽象，还没有规定软件完成什么，专用硬件完成什么，等等。但该图还是清楚地描述了许多功能，如需搜索地形图数据库、需显示地图、需接收GPS信号等。GPS接收器信号搜索引擎显示控制显示器数据库用户接口系统硬件体

7、系结构显示器显示控制器(含显缓)存储器GPS信号接收器CPUI/O接口系统软件体系结构GPS接口程序数据库查询输入/输出控制程序显示控制定时器构件设计体系结构设计中告诉我们需要什么样的构件，而构件设计中就是设计或选择符合体系结构和规格说明中所需求的构件。构件通常既包括硬件，如FPGA、电路板等，也包括软件模块。一些硬件构件是现成的。现成的硬件构件即有标准构件，也有专用构件，例如CPU芯片，存储器芯片等就是标准构件，而在移动地图中GPS接收器就是专用构件。同样地，软件构件也可利用标准软件模块，如地图数据库及数据库标准访问例程及函数。更多的

8、情况下，我们需要自己设计一些构件，即使采用标准的集成电路，也必须设计连接它们的印刷电路板，同时，需做大量的定制编程。当然，建立嵌入式软件模块时，必须确保系统实时性良好，并且在允许的范围内不占用更多的存储空间