嵌入式系统设计过程.ppt

GPS系统的规格说明包括下列构件：保持系统运行所需的后备动作，如操纵GPS接收机。必须执行的满足客户需求的操作。用户界面。地图数据。从GPS卫星接收到的数据。01体系结构的创建是许多设计者认为的设计的第一阶段。规格说明不讲系统如何做，而只是讲系统做什么。描述系统如何实现那些功能是体系结构的目的。体系结构是系统整体结构的一个计划，而后用于设计搭建整个体系结构的构件。020304体系结构设计01020304为了理解体系结构描述是什么，让我们来看一下示例1.1的移动地图样例的体系结构。框图仍很抽象，还没有规定运行在CPU上的软件执行什么操作，专用硬件完成什么等等.不过,为描述如何实现在规格说明中规定的功能框图还要做许多事情。图1-5以框图形式展示了样例系统体系结构,这些框图展示了它的主要操作和其间的数据流.例如，可以清楚地看到需要有哪些信誉好的足球投注网站地形图数据库、绘制显示的结果。我们已经选择分离那些功能以便可能并行地完成这些工作，比如从有哪些信誉好的足球投注网站数据库分离出绘制功能可以有助于更平滑地更新屏幕。只有在设计了一个并未偏向于太多实现细节的初始体系结构之后，才可能把系统框图细分成两部分框图：一部分针对硬件，另一部分针对软件。这两部分细化过的框图如图1-6所示。硬件框图清楚地展示了有一个CPU，周围有存储器和I/O设备。尤其是，我们已选择使用两种存储器：一种是针对像素显示的帧缓冲器，另一种是CPU使用的通用程序／数据存储器。软件框图基本上与系统框图一致，但是增加了一个计时器，控制何时读取用户界面上的按钮，并在屏幕上绘制数据。为了得到一个真正完整的体系结构描述，我们需要更多细节，比如软件框图中的单元在硬件框图的什么地方执行，何时操作准时执行等。01体系结构描述必须同时满足功能上和非功能上的需求。不仅所需求的功能要体现，而且必须符合成本、速度、功率和其他非功能上的约束。02先从系统体系结构开始，逐步把这一结构细化为硬件和软件体系结构是确保系统符合所有规格说明的一种好方法． 03首先集中考虑系统框图中的功能元素。04然后在建造硬件和软件体系结构时考虑非功能约束。如何知道硬件和软件体系结构实际上符合速度、成本等方面的限制呢?必须有某种方式估算框图中的构件，如移动地图系统中的有哪些信誉好的足球投注网站和绘制功能的特性。精确估算源于经验，既有一般的设计经验也有类似系统的特定经验。不过，有时建造一个简化的模型有助于做出更精确的估算。在体系结构建造阶段所有非功能约束的合理估算是至关重要的，因为基于有问题的数据的决策在设计的最后阶段会显现出来，表明我们的设计实际上不符合规格说明。体系结构描述告诉我们需要什么样的构件。构件设计使得构件与体系结构和规格说明一致。构件通常既包括硬件——现场可编程门阵列(FPGA)﹑电路板等等，还包括软件模块。一些构件是现成的，例如CPU在任何情况下都是一个标准构件，同样的还有存储器芯片和很多其他构件。在移动地图中，GPS接收器虽然是预先设计的标准构件。利用标准软件模块，访问标准地形数据库。这些数据库的数据不仅使用预定义的格式，而且被高度地压缩以节省存储空间。在这些访问函数中使用标准软件不仅节约设计时间，也较快地实现像数据解压缩这样的专用函数。0103021.3.4设计硬件构件和软件构件但是，我们必须自己设计一些构件，即使使用标准集成电路，也必须设计连接它们的印刷线路板。同时，很有可能要做大量定制编程。当然,建立嵌入式软件模块时，你必须用你的专业技能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。移动地图软件例子中的电能消耗特别重要，你可能要非常小心地读写存储器以减小功耗，例如，由于存储器访问是主要的功耗来源，存储器事务必须精心安排以避免多次读取同样的数据。1.3嵌入式系统设计过程 本节，主要介绍嵌入式系统设计的一般过程和嵌入式系统设计的主要步骤。 我们将采用自顶向下的方法，从对系统最抽象的描述开始，一步一步地推进到细节内容。如图1-3所示，首先从系统需求开始。然后是规格说明，在这一步对想要的进行更加细致地描述，但是规格说明只对系统如何工作(工作过程)进行了描述，这些描述并不涉及它的组成。系统内部的详细构造要在开发系统的体系结构时才能展现出来，这一阶段以大的构件为单位给出了系统的结构。一旦知道了需要的构件，就可以设计这些构件，包括软件模块和任何所需要的专用硬件模块。在这些构件的基础上，可以构造出所需要的完整的系统。如图1-3所示，首先从系统需求开始。然后是规格说明，在这一步对想要的进行更加细致地描述，但是规格说明只对系统如何工作进行了描述，这些描述并不涉及它的组成。系统内部的详细构造要在开发系统的体系结构时才能展现出来，这一