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嵌入式系统的设计方法(具体设计)综述

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  • 上传时间:2019-11-12
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    • 1、第2章 嵌入式系统的设计方法,讲授: 韩洁琼 Joan.hjq,第2章 嵌入式系统的设计方法,1 设计准则 2 设计步骤 3 开发平台 4 测试技术 5 主要性能 6 设计素材,设计准则(1),1.1 工程意识 嵌入式系统设计是一个实际的工程问题,它需要以简洁、可靠和低成本的方式实现指定的目标,即完成预先确定的性能指标。 工程项目则必须在指定的时间内取得成功,不允许失败,因此在实施过程中应尽可能地采用成熟的技术(技术可行性)。 科学研究以发现事物内在规律为主要任务,是一种探索过程,它允许有失败、也允许有较长的研究时间。,设计准则(2),1.2 目标意识 嵌入式系统通常是面向特定应用的,只要完成指定的任务即可。在完成任务的前提下,多余的硬件、软件应该删除。,设计准则(3),1.3 成本意识 设计者需要考虑产品的开发、生产和使用等环节中的综合成本; 在开发阶段,需要考虑开发成本,如人力、时间、工具投入等费用; 作为产品,它的生产成本应该控制在应用场合所允许的范围之内,否则即使完成了指定功能,也难以实际推广应用(性价比); 在使用过程中,维护、使用年限等潜在的成本应该在设计和开发阶段进行考虑

      2、。,设计准则(4),1.4 方案的合理性 嵌入式系统的设计可以看作工程问题的解决方案,通常不可能达到最优的方案,但可以使解决方案是合理的、趋于最优的。 方案的合理性可以从所设计的系统是否能以简洁、可靠而较少的代价来完成指定功能的角度来衡量。,设计准则(5),1.5 平台意识 嵌入式系统开发的平台资源包括各种开发工具(如仿真器、半成品用户板等) 、已被验证的设计方案、功能模块和子程序等。 平台意识是指技术人员在嵌入式系统设计和开发的过程中,尽可能地使用平台资源,以提高工作效率和所开发的嵌入式系统的质量;同时不断积累和发展平台资源。,设计准则(6),1.6 单片意识 能用一个芯片完成的事,最好不要用多个芯片去做。 如在设计系统时,有效地选择高集成度的微处理器等。,第二讲 嵌入式系统的设计方法,1 设计准则 2 设计步骤 3 开发平台 4 测试技术 5 主要性能 6 设计素材,用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(1),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.1 需求分析 1) 主要了

      3、解用户对嵌入式系统功能的要求、使用场合,最好让用户能够提供详细的文档; 2) 同时需要了解用户对成本、所允许的开发时间,能提供的费用及相关开发条件(资料、人力、设备、场所)等相关信息。,设计步骤(1),用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(2),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.2 编写设计任务书 1)如果用户已提供详细的任务说明书,这一步可 以省略。 2)通常需要设计人员与用户协商,重新编写。要明确所需达到的功能、相应的指标以及测试、 验收方法等。,设计步骤(2),用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(3),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.3 方案设计 1)根据任务书的要求,考虑限制条件,初步提出 几种可行的方案; 2)对方案进行初步论证,如理论分析、计算,或 部分电路的模拟实验;选择一种进行实施; 3)微处理器的选择是最关键的一步,需要考虑的 方面:处理能

      4、力、开发环境、芯片的价格和货 源、设计者的熟悉程度等;,设计步骤(3),2.3 方案设计 4)功能分配 把目标功能进行划分,部分让硬件完成,其余 部分用软件来完成,并尽可能用软件代替硬件。 5)设计方案的表达 可用文字、结构示意图、数据表格等形式来描 述硬件和软件两个方面的内容,按功能分层、 逐步细化的方式进行表达,力求系统而详尽。 ( 方案设计是知识含量最高的环节。依赖于 设计者的知识积累程度和技术水平的高低),设计步骤(3),用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(4),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.4 硬件电路制作 1)绘制原理图:Protel99(),Orcard, Pads2000 2)绘制制版图:要已知元件的封装 3)线路板加工:目前外加工一般710天 4)元器件采购:本地电子市场、外地邮购 5)线路板焊接:需要掌握多种焊接方式 6)初步测试: 如电源电路、独立的模拟 电路等 (硬件制作与软件编程可同时进行),设计步骤(4),用户需求分析,编写任务说明书,方案

      5、设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(5),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.5 软件编程 1)选择编程语言:如汇编或C语言等,根据实际情 况进行; 2)选择操作系统:根据所设计的嵌入式系统的复杂 的程度来确定; 3)按层次分解任务(软件系统分析):通常用框图 把任务逐层分解成模块、子程序,先文字或C语 言或其它辅助工具进行初步描述; 4)按框图编程:这是一个翻译过程; 5)尽可能采用已被验证的软件模块(平台资源); 6)软件模块最好一边写一边调,及时纠正错误,提 高效率。,设计步骤(5),用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(6),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.6 软硬件调试 1)需要采用仿真器(开发平台),通常对子程序、 模块逐个调试,调试好的程序块可加入调试程 序中运行; 2)合理的调试顺序为:显示驱动程序、按键响应 程序、参数设置程序、其它功能程序(如计算 程序、输出控制、通信程序等

      6、); 3)联调的实质就是纠正设计者在软硬件开发过程 中产生的各种错误(语法、逻辑错误)。,设计步骤(6),用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(7),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.7 性能测试 1)性能测试是一个重要环节,开发是否成功由这 环节来验证。如果未达到预定的性能指标,就 要不同程度的修改或返工; 2)测试人员需要根据设计任务书,先确定测试的 具体内容、方法、步骤及工具等,编写项目的测 试任务书; 3)通常开发和测试的人数比为 1:1.52,设计步骤(7),用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(8),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.8 资料总结 1)技术文档包括用于描述原理样机的结构、 功能、操作等信息; 2)总结开发过程中的经验和教训,积累自己 的平台资源,包括被验证的硬件模块和软 件模块,以及在软硬件联调时,出现的故 障现象、故障原因及解决办法

      7、等经验; 3)这是设计者总结开发过程,提高技术水准 的有效环节,应加以重视。,设计步骤(8),用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(9),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.9 现场试运行 1)原理样机在实验室或生产厂家完成开发测试后,还需要进行现场测试。有些设计缺陷、样机的环境适用性等必须在现场运行后才能发现; 2)发现问题后还需要不同程度的改进或返工; 3)样机只有通过实际应用场合的长时间考验,才算真正的开发成功,才能称为产品。,设计步骤(9),用户需求分析,编写任务说明书,方案设计,硬件电路制作,软件程序编制,资料总结,软硬件联调,性能测试合格?,维护和改进,现场试运行正常?,设计步骤(10),嵌入式系统开发的流程图,No,No,2.10 维护和改进 1)产品维护通常由生产厂家来完成,但有时 较为深入的技术问题需要产品的开发者协 助解决; 2)产品有一个生命周期,当他的功能不能满 足使用者的需要时,就需要改进或研制同 类新产品; 3)研发人员对产品的维护和改进责任通常在

      8、 开发合同中约定。,设计步骤(10),第二讲 嵌入式系统的设计方法,1 设计准则 2 设计步骤 3 开发平台 4 测试技术 5 主要性能 6 设计素材,3.1开发平台的组成 1)开发平台:由开发工具和应用资源组成; 2)开发工具:包括仿真环境(仿真器、计算机、开发软件)、烧写器以及其它辅助调试的工具等,其中最重的是仿真器和软件开发环境IDE; 3)应用资源:包括单片机厂家提供的子程序库、部件的应用实例等资料,以及设计者在开发过程中不断积累的软件模块、硬件方案(被实践验证是正确的资料)。,开发平台(1),3.3 仿真工具 1)功能:仿真器与计算机、配套的软件集成开发环境(IDE)一起协调工作,相当于一个运行状态可以人为控制的单片机,实现断点设置、变量观察修改;应用程序的编辑、编译、连接、下载等功能 2)仿真器技术: Bondout 、HOOKS 、JTAG技术 3)JTAG的优点:结构简单、成本低、通用性好; 4)JTAG的实现:芯片中嵌入JTAG调试模块,配合 JTAG仿真器和IDE来实现仿真调试; 5)JTAG仿真器种类:并口下载头、并口仿真器、 USB 接口的仿真器等。,开发平台(

      9、2),3.3 开发平台组建 1) 在计算机上安装ADS1.2:在计算机上安装ARM公司开发的集成调试环境ADS1.2; 2)设置相应的工程模板:启动ADS1.2,参照ARM嵌入式系统实验教程一 3)安装EasyJTAG-H仿真器的驱动程序:具体安装步骤参见光盘中文件“EasyJTAG-H仿真器的安装与应用.pdf”的提示,驱动程序在光盘“ARM嵌入式系统实验教程(一)第2章H-JTAG”。,开发平台(3),3.3 开发平台组建 4)EasyJTAG-H一端接计算机并口,另一端接嵌入式开发实验箱,给发评估板加上稳压电源; 5)启动ADS1.2,调入光盘上“ARM嵌入式系统实验教程一”目录下的某个实验代码的工程文件,进行调试; 6)提示:由于H-JTAG驱动程序的缺陷,目录名称用全英文,目录级数不要太长。,开发平台(3),集成开发平台 ADS1.2,集成开发平台 ADS1.2,ARM汇编编译器选项:CPU-ARM920T,小端对齐,ARM指令格式,无浮点运算,第二讲 嵌入式系统的设计方法,1 设计准则 2 设计步骤 3 开发平台 4 测试技术 5 主要性能 6 设计素材,4.1 测试原因 1)纠正软件错误 寻找软件中的错误,实现预定的功能; 2)减少风险 有缺陷的产品流入市场,当缺陷暴露的时候, 修复的代价会非常高; 3)提高性能 找到并清除无效代码,帮助确认软件是否已经 完全挖掘出硬件潜力,从而优化应用软件。,测试技术(1),4.2 测试内容

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