北航国家精品课程嵌入式系统Chap6嵌入式系统设计方法.pptVIP

— 嵌入式系统设计方法 2006年4月21日 主要内容 嵌入式系统面临的挑战 嵌入式系统的设计 嵌入式系统软硬件协同设计 嵌入式系统节能设计  嵌入式系统 嵌入式系统: 以应用为中心，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、功耗诸方面严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统特点 嵌入式系统特点： 软件硬件协同并行开发 多种多样的微处理器 实时操作系统的多样性 (RTOS) 与台式机相比，可利用系统资源不足 应用支持很少 要求特殊的开发工具 调试很困难 软件硬件的鲁棒性（健壮性，Robust） 嵌入式系统要解决的主要问题 需要用什么样的系统结构来实现？ 如何满足时限要求，如何处理多项功能在时间上的协调一致关系？ 如何保证系统可靠地工作？ 如何满足系统接口要求，嵌入式应用直接和系统接口输入输出信息？ 如何降低系统的功耗？ 如何使系统可升级？ 嵌入式系统设计的挑战性问题 软硬件协同设计 功耗的优化设计 嵌入式操作系统 开发环境 成本和开发周期 代码优化 高效的输入和输出 测试环境 嵌入式系统软件技术面临的几大问题 嵌入式软件全生命周期开发工具链 硬件与软件的Co-Design: Verilog + C = ? 驱动程序的设计和生成技术（嵌入式软件开发中最令人头疼的问题） 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 设计流程—自顶向下或自底向上设计 需求分析 作用 使用户和设计者有效交流、沟通，明确设计目标 设计者 － 设计什么？有哪些要求？ 用户 － 将得到的系统是什么样的？ 目标 形成需求文档 内容 功能性需求 做什么？ 输入,输出,功能，…… 非功能性需求 其他属性 可靠性，速度，功耗，…… 成本,大小,重量,设计时间， …… 评价标准 正确性 无二义性 完整性 可检验性 一致性 可修改性 可追踪性 需求分析的描述 自然语言 需求说明书 需求分析表 形式化描述 用例图等 DOORS 例：GPS移动地图的需求 规格说明 规格说明与需求的比较 需求的提炼 是可用来创建体系结构的关于系统的更详尽、更精确、更一致的描述 目标 形成规格说明书 内容 包含系统体系结构设计的足够信息 规格说明书的描述 自然语言 形式化描述 UML RSML SDL 规格说明 需求的精确描述 描述明确，可理解 UML (Unified Modeling Language) 统一建模语言是可视化的设计说明语言 统一描述系统的硬件和软件 UML 可对系统的功能建模 可自动产生实际设计的HDL 或C++ 代码 UML的应用 I-Logix公司的Rhapsody系列产品 基于统一建模语言UML的可视化编程环境 把UML各类视图映射为具体目标机程序语言 用于复杂实时嵌入式应用软件从分析、设计一直到代码实现和软件测试的开发过程 NASA的火星探路者航天器就是运用Rhapsody在VxWorks上开发应用程序。 系统结构设计 系统如何实现设计说明书描述的功能 基于组件的系统结构 软件/硬件划分 嵌入式系统中软件和硬件协同完成系统的功能 软件硬件划分通常由速度、灵活性以及开销来决策  嵌入式系统组成 系统结构设计 系统结构设计 作用 实现系统的蓝图，系统整体结构的一个计划 目标 形成结构设计文档 内容 系统分析 系统软硬件整体结构的设计 软硬件划分 标准构件和自行设计构件的确定 评价标准 有弹性 简单 可实现 层次清晰 功能分布平衡 平衡技术和经济约束 满足功能需求和非功能需求 可重用 系统结构的描述 非形式化方式 自然语言 结构框图 形式化方法 UML建模 系统结构的设计过程及方法 结构化设计方法 以算法为中心，从处理到处理的数据流 从输入、输出入手，根据操作和数据流，形成比较粗的系统大框架； 然后逐步细化框架内的每个部分，进一步确定内部模块的及模块之间的关系 设计过程应该是逐步细化和逐步完善的过程 面向对象的方法 以类及交互模式为中心 系统软件结构的设计 结构化方法(SA/SD) 面向对象的方法(OOA/OOD) UML建模 结构设计的验证 结构设计的正确性非常关键 详细设计和实现的基础，对开发周期、成本有很大影响 验证所关心的问题 结构设计是否满足功能、性能要求 能否实现 验证方法 形式化方法 仿真 系统结构 软件结构 硬件结构 其他方法 如基于开发板的原型系统 系统引入错误和修改错误开销分布