第2章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)課件

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)

主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng):

以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗諸方面嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)：

軟件硬件協(xié)同并行開發(fā)

多種多樣的微處理器

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的多樣性(RTOS)

與臺(tái)式機(jī)相比，可利用系統(tǒng)資源不足

應(yīng)用支持很少

要求特殊的開發(fā)工具

調(diào)試很困難

軟件硬件的魯棒性（健壯性，Robust）第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)要解決的主要問題

需要用什么樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)？如何滿足時(shí)限要求，如何處理多項(xiàng)功能在時(shí)間上的協(xié)調(diào)一致關(guān)系？如何保證系統(tǒng)可靠地工作？如何滿足系統(tǒng)接口要求，嵌入式應(yīng)用直接和系統(tǒng)接口輸入輸出信息？如何降低系統(tǒng)的功耗？如何使系統(tǒng)可升級(jí)？第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)性問題

軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)功耗的優(yōu)化設(shè)計(jì)嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境成本和開發(fā)周期代碼優(yōu)化高效的輸入和輸出測(cè)試環(huán)境第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)面臨的幾大問題嵌入式軟件全生命周期開發(fā)工具鏈硬件與軟件的Co-Design:Verilog+C=?驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和生成技術(shù)（嵌入式軟件開發(fā)中最令人頭疼的問題）嵌入式軟件的可靠性問題:正確性驗(yàn)證技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、調(diào)試技術(shù)等（可靠性問題是嵌入式軟件開發(fā)的基本問題）可重構(gòu)計(jì)算（ReconfigurableComputing）技術(shù)可構(gòu)件化的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及其開發(fā)環(huán)境第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)問題：功能、性能要求價(jià)格、開發(fā)周期等約束設(shè)計(jì)：

選擇折衷分析比較計(jì)算評(píng)價(jià)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法工具第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)設(shè)計(jì)流程—自頂向下或自底向上設(shè)計(jì)需求設(shè)計(jì)說明體系結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成自頂向下設(shè)計(jì)自底向上設(shè)計(jì)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)需求分析作用使用戶和設(shè)計(jì)者有效交流、溝通，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)者－設(shè)計(jì)什么？有哪些要求？用戶－將得到的系統(tǒng)是什么樣的？目標(biāo)形成需求文檔內(nèi)容功能性需求做什么？輸入,輸出,功能，……非功能性需求其他屬性可靠性，速度，功耗，……成本,大小,重量,設(shè)計(jì)時(shí)間，……第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)正確性無(wú)二義性完整性可檢驗(yàn)性一致性可修改性可追蹤性第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)需求分析的描述自然語(yǔ)言需求說明書需求分析表形式化描述用例圖等DOORS第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)例：GPS移動(dòng)地圖的需求第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)

規(guī)格說明規(guī)格說明與需求的比較需求的提煉是可用來創(chuàng)建體系結(jié)構(gòu)的關(guān)于系統(tǒng)的更詳盡、更精確、更一致的描述目標(biāo)形成規(guī)格說明書內(nèi)容包含系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的足夠信息第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)規(guī)格說明書的描述自然語(yǔ)言形式化描述UMLRSMLSDL第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)規(guī)格說明需求的精確描述

描述明確，可理解

UML(UnifiedModelingLanguage)統(tǒng)一建模語(yǔ)言是可視化的設(shè)計(jì)說明語(yǔ)言統(tǒng)一描述系統(tǒng)的硬件和軟件

UML可對(duì)系統(tǒng)的功能建模

可自動(dòng)產(chǎn)生實(shí)際設(shè)計(jì)的HDL或C++代碼第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)UML的應(yīng)用I-Logix公司的Rhapsody系列產(chǎn)品基于統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML的可視化編程環(huán)境把UML各類視圖映射為具體目標(biāo)機(jī)程序語(yǔ)言用于復(fù)雜實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用軟件從分析、設(shè)計(jì)一直到代碼實(shí)現(xiàn)和軟件測(cè)試的開發(fā)過程N(yùn)ASA的火星探路者航天器就是運(yùn)用Rhapsody在VxWorks上開發(fā)應(yīng)用程序。第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)說明書描述的功能

基于組件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軟件/硬件劃分

嵌入式系統(tǒng)中軟件和硬件協(xié)同完成系統(tǒng)的功能軟件硬件劃分通常由速度、靈活性以及開銷來決策第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)

硬件單片機(jī),X86,PowerPC,ARM,MIPS,……板級(jí)支持程序嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件監(jiān)控程序嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)組成第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的藍(lán)圖，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)計(jì)劃目標(biāo)形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文檔內(nèi)容系統(tǒng)分析系統(tǒng)軟硬件整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)軟硬件劃分標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和自行設(shè)計(jì)構(gòu)件的確定第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有彈性簡(jiǎn)單可實(shí)現(xiàn)層次清晰功能分布平衡平衡技術(shù)和經(jīng)濟(jì)約束滿足功能需求和非功能需求可重用第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述非形式化方式自然語(yǔ)言結(jié)構(gòu)框圖形式化方法UML建模第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程及方法結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法以算法為中心，從處理到處理的數(shù)據(jù)流從輸入、輸出入手，根據(jù)操作和數(shù)據(jù)流，形成比較粗的系統(tǒng)大框架；然后逐步細(xì)化框架內(nèi)的每個(gè)部分，進(jìn)一步確定內(nèi)部模塊的及模塊之間的關(guān)系設(shè)計(jì)過程應(yīng)該是逐步細(xì)化和逐步完善的過程面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ灶惣敖换ツＪ綖橹行牡?章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化方法(SA/SD)面向?qū)ο蟮姆椒?OOA/OOD)UML建模第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性非常關(guān)鍵詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，對(duì)開發(fā)周期、成本有很大影響驗(yàn)證所關(guān)心的問題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否滿足功能、性能要求能否實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證方法形式化方法仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)其他方法如基于開發(fā)板的原型系統(tǒng)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)系統(tǒng)引入錯(cuò)誤和修改錯(cuò)誤開銷分布引入錯(cuò)誤數(shù)目修改錯(cuò)誤開銷開發(fā)周期系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)軟硬件實(shí)現(xiàn)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件的劃分

嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及硬件與軟件部件，設(shè)計(jì)中必須決定什么功能由硬件實(shí)現(xiàn)，什么功能由軟件實(shí)現(xiàn)。硬件和軟件具有雙重性軟硬件變動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的決策造成影響劃分和選擇需要考慮多種因素硬件和軟件的雙重性是劃分決策的前提第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)通常由軟件實(shí)現(xiàn)的部分操作系統(tǒng)功能任務(wù)調(diào)度資源管理設(shè)備驅(qū)動(dòng)協(xié)議棧TCP／IP應(yīng)用軟件框架除基本系統(tǒng)、物理接口、基本邏輯電路，許多由硬件實(shí)現(xiàn)的功能都可以由軟件實(shí)現(xiàn)。第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)雙重性部分算法加密／解密編碼／解碼壓縮／解壓……數(shù)學(xué)運(yùn)算浮點(diǎn)運(yùn)算，F(xiàn)FT，…………第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和自行設(shè)計(jì)構(gòu)件構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)選擇標(biāo)準(zhǔn)自行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件＝？現(xiàn)成構(gòu)件已經(jīng)產(chǎn)品化形成規(guī)模生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件＋自行設(shè)計(jì)構(gòu)件＝用戶系統(tǒng)構(gòu)件包括了硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件構(gòu)件本身可以是層次性的，可以由子構(gòu)件組成第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)標(biāo)準(zhǔn)硬構(gòu)件硬構(gòu)件的形式：IC：集成電路PCB：印刷電路板IP：IntellectualProperty標(biāo)準(zhǔn)ICCPU,DSP,……RAM,ROM,接口控制器，……ASIC,……標(biāo)準(zhǔn)IPCPU核，……標(biāo)準(zhǔn)模塊GPRS模塊,GSM模塊,藍(lán)牙模塊,……顯示模塊，……標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算平臺(tái)基于PC104的嵌入式計(jì)算機(jī)基于CompactPCI的嵌入式計(jì)算機(jī)SOC,……第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)標(biāo)準(zhǔn)軟構(gòu)件OS/RTOS協(xié)議棧TCP/IP路由協(xié)議H.323……圖形開發(fā)包VxWorks的ZINK……驅(qū)動(dòng)程序第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)自研硬構(gòu)件內(nèi)容邏輯電路，專用加速器，……實(shí)現(xiàn)方式PCB：IC：PLDFPGAASIC,……EDA設(shè)計(jì)工具板級(jí)：原理圖設(shè)計(jì)工具PCB設(shè)計(jì)工具IC硬件描述語(yǔ)言:VHDL,Verilog原理圖描述工具綜合仿真工具布線器,…………第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)自研軟構(gòu)件BSP驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)用程序……第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)

軟硬件技術(shù)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響硬軟件設(shè)計(jì)的趨勢(shì)——融合、滲透硬件設(shè)計(jì)的軟件化VHDL,VerilogHANDL-C軟件實(shí)現(xiàn)的硬件化各種算法的ASIC對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響——協(xié)同設(shè)計(jì)增加靈活性增加了風(fēng)險(xiǎn)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者要求

懂得系統(tǒng)的整個(gè)構(gòu)架

詳細(xì)了解硬件的細(xì)節(jié)

軟件設(shè)計(jì)滿足：

實(shí)時(shí)要求

低功耗

代碼量小

詳細(xì)了解領(lǐng)域知識(shí)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)

軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)工具（EDA工具）系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)工具Cadence的SPWSystemView模擬電路系統(tǒng)仿真工具PspiceEWBPCB設(shè)計(jì)工具ProtelPADs的PowerPCB&ToolKitMentor的Expedition&ToolKit可編程邏輯器件設(shè)計(jì)工具M(jìn)entorFPGAAdvantage&ModelSimXilinxFoundationISE&ToolKit各種綜合和仿真第三方工具第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)定義與主要概念軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)定義Themeetingofsystem-levelobjectivesbyexploitingthetrade-offsbetweenhardwareandsoftwareinasystemthroughtheirconcurrentdesign主要概念Concurrent（并發(fā)）:hardwareandsoftwaredevelopedatthesametimeonparallelpathsIntegrated（一體化）:interactionbetweenhardwareandsoftwaredevelopmentstoproducedesignsthatmeetperformancecriteria

andfunctionalspecifications第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)快速原型設(shè)計(jì)過程SYSTEMDEF.SWDESIGNVIRTUALPROTOTYPEREUSEDESIGNLIBRARIESANDDATABASEPrimarilysoftwarePrimarilyhardwareSWCODEFUNCTIONDESIGNHW&SWPART.HWDESIGNHWFABINTEG.&TESTHW&SWCODESIGNHW&SWPartitioning&

Codesign第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)快速原型開發(fā)的基本要素系統(tǒng)定義（需求分析）軟硬件劃分結(jié)構(gòu)規(guī)劃

–處理器類型,軟硬件之間的接口類型,等.劃分目的

–滿足系統(tǒng)速度,延遲,體積,成本等方面的要求.劃分策略

-highlevelpartitioningbyhand,automatedpartitioningusingvarioustechniques,etc.調(diào)度OperationschedulinginhardwareInstructionschedulingincompilersProcessschedulinginoperatingsystems軟硬件設(shè)計(jì)過程中的建模第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型SystemConceptsSys/HWRequire.AnalysisSys/SWRequire.AnalysisOperation.TestingandEval.SoftwareRequire.AnalysisPrelim.DesignDetailedDesignCoding,Unittest.,Integ.testSWDevelopmentHWCITestingCSCITestingSystemInteg.andtestHardwareRequire.AnalysisPrelim.DesignDetailedDesignFabric.HWDevelopmentDOD-STD-2167A第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程傳統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)過程的基本特征:系統(tǒng)在一開始就被劃分為軟件和硬件兩大部分軟件和硬件獨(dú)立進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)“Hardwarefirst”approachoftenadopted隱含的一些問題:軟硬件之間的交互受到很大限制軟硬件之間的相互性能影響很難評(píng)估系統(tǒng)集成相對(duì)滯后，NRE較大因此:Poorqualitydesigns（設(shè)計(jì)質(zhì)量差）Costlymodifications（設(shè)計(jì)修改難）Scheduleslippages（研制周期不能有效保障）第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的尖銳矛盾隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的提高，軟硬件設(shè)計(jì)中的一些錯(cuò)誤將使開發(fā)過程付出昂貴的代價(jià)

“Hardwarefirst”approachoftencompounds（混合）

softwarecostbecausesoftwaremustcompensatefor（補(bǔ)償）

hardwareinadequacies（不充分）第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件設(shè)計(jì)過程發(fā)展方向－協(xié)同設(shè)計(jì)SystemConceptsSys/HWRequire.AnalysisSys/SWRequire.AnalysisHardwareRequire.AnalysisSoftwareRequire.AnalysisOperation.TestingandEvaluationSWDevelopmentHWDevelopmentSystemInteg.andtestHWCITestingCSCITesting[Franke91]IntegratedModelingSubstrateIntegratedModelingSubstrate（一體化建模底層）Prelim.DesignPrelim.DesignDetailedDesignDetailedDesignFabric.Coding,Unittest.,Integ.test?IEEE1991第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式軟件的開發(fā)過程（瀑布模型）RequirementAnalysisSoftwareDesignCodingTestingRelease第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的基本需求統(tǒng)一的軟硬件描述方式軟硬件支持統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和分析工具（技術(shù)）允許在一個(gè)集成環(huán)境中仿真（評(píng)估）系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)任務(wù)在軟件和硬件設(shè)計(jì)之間的相互移植交互式軟硬件劃分技術(shù)允許多個(gè)不同的軟硬件劃分設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真和比較輔助最優(yōu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式?jīng)Q策將軟硬件劃分應(yīng)用到模塊設(shè)計(jì)，以便最佳地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。Partitioningappliedtomodulestobestmeetdesigncriteria(功能和性能目標(biāo))第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的基本需求

(續(xù))完整的軟硬件模型基礎(chǔ)支持在設(shè)計(jì)過程中的幾個(gè)階段的綜合評(píng)價(jià)支持軟硬件逐步的開發(fā)和集成正確的驗(yàn)證方法確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)要求第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)典型的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)過程

SystemIntegrationInstructionsetlevelHW/SWevaluationUnifiedrepresentation(Data/controlflow)

HW/SWPartitioning

InterfaceSynthesis

SoftwareSynthesisSWHardwareSynthesisHW

SystemDescription(Functional)ConcurrentprocessesProgramminglanguages

FSM-directedgraphs

AnotherHW/SWpartition第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)經(jīng)典的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法AnalysisofConstraintsandRequirementsSystemSpecs..HW/SWPartitioningHardwareDescript.SoftwareDescript.HWSynth.andConfigurationInterfaceSynthesisSoftwareGen.&ParameterizationConfigurationModulesHardwareComponentsHW/SWInterfacesSoftwareModulesHW/SWIntegrationandCosimulationIntegratedSystemSystemEvaluationDesignVerification[Rozenblit94]?IEEE1994第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在設(shè)計(jì)初始階段就可進(jìn)行軟硬件交互設(shè)計(jì)和調(diào)整Providescontinualverificationthroughoutthedesigncycle（貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)周期）SeparateHW/SWdevelopmentpaths（開發(fā)路線）

canleadtocostlymodificationsandscheduleslippages（導(dǎo)致代價(jià)昂貴的糾錯(cuò)成本和開發(fā)進(jìn)度的下降）關(guān)鍵技術(shù)（如可編程邏輯綜合技術(shù)、器件接口和功能模型描述）的進(jìn)步使得軟硬件交互設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單起來第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀主要問題:缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的表示方法缺乏好的驗(yàn)證和評(píng)價(jià)方法可能的解決方案:擴(kuò)展已有的硬件/軟件語(yǔ)言工具并應(yīng)用到不同種類情況擴(kuò)展形式驗(yàn)證技術(shù)并應(yīng)用到硬件/軟件領(lǐng)域基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)－－SOPC設(shè)計(jì)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)基本步驟HW-SWsysteminvolvesSpecification（設(shè)計(jì)描述）modeling（設(shè)計(jì)建模）designspaceexplorationandpartitioningsynthesisandoptimization（綜合與優(yōu)化）Validation（設(shè)計(jì)驗(yàn)證）implementation（設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)）第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)基本步驟Specification（設(shè)計(jì)描述）Listthefunctionsofasystemthatdescribethebehaviorofanabstractionclearlywithoutambiguity.Modeling（設(shè)計(jì)建模）Processofconceptualizingandrefiningthespecifications,andproducingahardwareandsoftwaremodel.第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)基本步驟Validation: Processofachievingareasonablelevelofconfidence（置信度）thatthesystemwillworkasdesigned.Takesdifferentflavorsperapplicationdomain（根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域而不同）:cosimulationforperformanceandcorrectness（性能與功能的協(xié)同仿真）第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)基本步驟Implementation: Physicalrealizationofthehardware(throughsynthesis)andofexecutablesoftware(throughcompilation).第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)協(xié)同設(shè)計(jì)中的軟硬件劃分與調(diào)度

(whereandwhen)Ahardware/softwarepartitioningrepresentsaphysicalpartitionofsystemfunctionalityintoapplication-specifichardwareandsoftware.Schedulingistoassignanexecutionstarttimetoeachtaskinaset,wheretasksarelinkedbysomerelations.第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)

嵌入式系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

（硬件節(jié)能、軟件節(jié)能）第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)嵌入式系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)節(jié)能計(jì)算成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件重點(diǎn)考慮的基本方面：節(jié)能計(jì)算包括：硬件體系結(jié)構(gòu)支持在小巧外形尺寸下，如何實(shí)現(xiàn)所需電源性能的工藝和技術(shù)熱管理、降噪、電池管理和功能整合軟件支持節(jié)能編譯操作系統(tǒng)節(jié)能策略第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)現(xiàn)狀電源管理策略面向PC、筆記本電腦、服務(wù)器、通信設(shè)備的刀片服務(wù)器APM：高級(jí)電源管理方案ACPI：高級(jí)配置和電源接口根據(jù)嵌入式系統(tǒng)模型定制節(jié)能技術(shù)非常缺乏，甚至在某些方面是空白第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)手持設(shè)備電源管理電池壽命不等同于電源管理的成效性能、多媒體系統(tǒng)、數(shù)碼攝像新增功能增加系統(tǒng)的耗電量縮短電池壽命影響因素CPU功能系統(tǒng)軟件中間件管理策略第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)傳統(tǒng)手持設(shè)備管理策略處理器時(shí)鐘變慢操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)入待機(jī)、睡眠狀態(tài)動(dòng)態(tài)電源管理(DPM)調(diào)整內(nèi)核電壓和頻率高性能存儲(chǔ)器彩色顯示器無(wú)線接口固化為通用電源管理IC第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)軟件節(jié)能策略預(yù)測(cè)什么時(shí)候設(shè)備的未來使用狀況或者使用率“time-out”策略預(yù)測(cè)特定的時(shí)間長(zhǎng)度基于GSPN網(wǎng)絡(luò)和HMM的技術(shù)Montavista基于linux通用性強(qiáng)，但是嵌入式系統(tǒng)定制性強(qiáng)，效果不佳第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)能耗測(cè)試測(cè)試出每條指令的能耗，估計(jì)測(cè)試程序運(yùn)行完的總能耗測(cè)試出每個(gè)函數(shù)的能耗，然后利用這些函數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)去估計(jì)其他函數(shù)運(yùn)行的能耗第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)節(jié)能操作系統(tǒng)目的保證操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的前提下，完成能耗計(jì)算調(diào)度算法的節(jié)能優(yōu)化中斷處理優(yōu)化低功耗文件系統(tǒng)CPU電壓和頻率調(diào)節(jié)會(huì)給實(shí)時(shí)性能帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)可能造成不穩(wěn)定“重新鎖定”鎖相環(huán)路和其它動(dòng)態(tài)時(shí)鐘機(jī)制需要時(shí)間，造成了很長(zhǎng)的等待時(shí)間（有時(shí)是毫秒級(jí)別）鎖定期間CPU既不能執(zhí)行計(jì)算操作，又不能響應(yīng)外部事件（中斷）每一軟件相應(yīng)的手機(jī)最低電壓CPU頻率相應(yīng)設(shè)備通過動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)CPU的內(nèi)核頻率與內(nèi)核電壓，以及動(dòng)態(tài)的關(guān)閉系統(tǒng)的某些設(shè)備和調(diào)整某些設(shè)備的狀態(tài)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)外設(shè)驅(qū)動(dòng)針對(duì)不同功能部件的能耗，進(jìn)行合理的功耗優(yōu)化從電池開始，嚴(yán)格和精確地電量測(cè)量根據(jù)外設(shè)特征研究不同的電源管理策略下的驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有情況硬件產(chǎn)品有幾種狀態(tài)定義狀態(tài)提供不同的服務(wù)質(zhì)量和消耗的能量提供各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換接口算法目標(biāo)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的節(jié)能策略減少待機(jī)能耗人工智能技術(shù)的應(yīng)用通過軟件來動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)和控制某些部件的開關(guān)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)節(jié)能通訊協(xié)議棧連接干預(yù)節(jié)能的傳輸調(diào)度算法緩沖區(qū)技術(shù)局部性原理與預(yù)取低功耗壓縮算法第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)節(jié)能編譯對(duì)每條指令的能耗進(jìn)行測(cè)試對(duì)函數(shù)編譯結(jié)果的能耗進(jìn)行估計(jì)錯(cuò)誤處理代碼的能耗設(shè)計(jì)基于ICE進(jìn)行函數(shù)執(zhí)行代碼統(tǒng)計(jì)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)6車載GPS終端系統(tǒng)簡(jiǎn)介GPS是指全球定位系統(tǒng)（GlobalPositionSystem）。車載GPS終端是置于機(jī)動(dòng)車內(nèi)的實(shí)時(shí)定位裝置，它的應(yīng)用對(duì)象是需要定位、調(diào)度的車隊(duì)。車輛可以通過終端和GPS衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的定位，并能夠通過無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)上報(bào)遠(yuǎn)程的車輛控制中心系統(tǒng)第2章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法學(xué)車載GPS終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Ⅰ1.需求分析在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析時(shí)，可以使用用例圖進(jìn)行功能上的需求分析。用例圖分角色（Actor）和案例（Case）兩部分。對(duì)于車載GPS終端系統(tǒng)來說，主要的角色有兩個(gè)：車輛調(diào)度中心用戶和車載終端用戶