《嵌入式系统原理与开发》课件_第9章.pptxVIP

第9章系统设计技术

9.1引言

9.2嵌入式系统的开发过程和设计流程9.3系统设计的形式化方法

9.4需求分析与规格说明

9.5系统分析与体系结构设计

9.6质量保证

思考与练习题

9.1引言

多数真正的嵌入式系统的设计实际上是很复杂的，其功能要求非常详细，且必须遵循许多其他要求，如成本、性能、功耗、质量、开发周期等。大多数嵌入式系统的复杂程度使得无法由个人设计和完成，而必须在一个开发团队中相互协作来完成。这样就使得开发人员必须遵循一定的设计过程，

明确分工，相互交流并能达成一致。

设计过程还会受到内在和外在因素的影响。外在影响包括如消费者的变化、需求的变化、产品的变化以及元器件的变化等。内在影响包括如工作的改进、人员的变动等。

这些都要求嵌入式系统开发人员必须掌握一定的系统设

计方面的技术。因此，本章我们将研究设计方法学方面的一些知识。9.2节介绍嵌入式系统的设计流程，内容包括嵌入式系统开发的一般过程和通常采用的一些设计流程。9.3节介绍系统设计的形式化方法，首先简要介绍UML的一些基础知识，然后介绍如何利用UML进行系统的结构描述和行为描述。9.4节介绍系统定义过程中进行需求分析和规格说明的方法。9.5节介绍在规格说明的基础上如何进行系统的体系结构设计。9.6节讨论关于质量保证方面的一些问题。

9.2嵌入式系统的开发过程和设计流程

9.2.1开发过程

嵌入式系统是专用的计算机系统，运行在特定的目标环境中，需要同时满足功能和性能等方面的要求。在嵌入式系统的开发过程中，要考虑到实时性、可靠性、稳定性、可维护性、可升级、可配置、易于操作、接口规范、抗干扰、物理尺寸、重量、功耗、成本、开发周期等多种因素。良好的设计方法在嵌入式系统的开发过程中是必不可少的。首先，好的方法有助于规划一个清晰的工作进度，避免遗漏重要的工作，例如性能的优化和可靠性测试对于一个合格的嵌入式产品而言是不可或缺的。其次，采用有效的方法可以将整个

复杂的开发过程分解成若干可以控制的步骤，通过一些先进

计算机辅助设计工具的辅助，我们可以按部就班、有条不紊地完成整个项目。最后，通过定义全面的设计过程，可以使整个开发团队的各个成员更好地理解自身的工作，方便成员之间相互交流与协作。在嵌入式系统的开发过程中，团队的概念至关重要。

图9-1是嵌入式系统开发的一般过程。

图9-1嵌入式系统开发的一般过程

系统定义

可行性分析

需求分析

规格说明

硬件设计软件设计

系统集成与性能测试

系统总体设计

系统定义

构件设计

1.系统定义阶段

系统定义阶段需要确定系统开发最终实现的目标、实现目标的可行性、实现目标应采用的策略、估计完成系统开发所需的资源和成本、制定工程进度安排计划。这一阶段的工作主要包括了系统定义、可行性分析、需求分析和规格说明这四方面的内容。其中，需求分析是指从用户那里搜集系统的非形式描述。以此为基础经过进一步提炼得到系统的规格说明，并以此来设计系统的体系结构和系统构件。

通常，用户仅了解和关心实际使用问题和需要具备的功

能，但是往往不能完整、准确地表达这种需求，更不清楚怎样利用计算机去实现所需的功能。为了对系统进行准确无误地定义，就要求开发人员和用户之间充分交流，开发人员需要详细考察，最终得出经用户确认的、明确的系统实现逻辑模型。

需求可分为功能部分和非功能部分。非功能性需求包括了性能、价格、物理尺寸和重量、功耗等方面的因素。

确认需求最好的方法是建立模型。模型可以使用原始数据来模拟功能，并可以在计算机上运行。模型还应让用户了解系统是如何工作的，以及用户如何与系统交互。通常，系统的非功能模型可以让用户了解系统的特性。

对一个大型的系统进行系统定义和需求分析是一件繁琐

的工作，可以从先获取相对少量的、简单的信息入手。表9-1演示了一个简单的需求表格的样本。

名称

目的

输入

输出

功能

性能

生产成本

功耗

物理尺寸和重量

表9-1需求表格样本

2.总体设计阶段

总体设计是设计的第一步，其目的是描述系统如何实现由系统定义规定的那些功能。它需要解决嵌入式系统的总体构架，从功能实现上对软硬件进行划分；在此基础上，选定处理器和基本接口器件；根据系统的复杂程度确定是否使用操作系统，以及选择哪种操作系统；此外，还需要选择系统的开发环境。

本阶段应提供系统总体设计报告，推荐一个基本的软硬

件配置方案，包括系统中各模块间的接口关系。确立总体方案时，要使用系统流程图或其他工具，描述每一种可能的系统组成，估计每一种方案的成本和效益，最终使总体方案建立在充分权衡各种方案利弊的基础上。总体设计中对系统体系结构的描述必