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嵌入式系统 Embedded System,重庆大学光电工程学院,三、嵌入式系统设计方法,2/30,嵌入式系统设计方法,通用型计算机应用系统开发 软件：功能设计与实现是工作的重点 硬件：根据软件对硬件性能的需求购买 嵌入式系统开发 软硬件综合开发 产品研制完成后，软硬件往往不能更改,3/30,嵌入式系统设计方法,嵌入式系统开发的特点 软硬件综合开发 宿主机-目标机模式（Host-Target） 开发机器 运行机器 开发环境 运行环境 需要专门的开发环境与开发工具 直接测试法 插桩法 在线仿真器法 片上调试法 模拟器法,4/30,嵌入式系统设计方法,问题定义,可行性研究,需求分析,系统总体设计,软件概要设计,软件详细设计,软件实现,软件测试,硬件概要设计,硬件详细设计,硬件制作,硬件测试,软硬件集成,系统测试,符合要求？,硬 件 设 计 制 作,软 件 设 计 制 作,产品,是,否,系 统 定 义,嵌 入 式 系 统 开 发 流 程 图,5/30,嵌入式系统设计方法,系统定义 根据用户的具体要求解决系统“做什么” 具体任务分为： 问题定义：需要解决什么问题？收集分析有关信息，明确用户要求，然后把用户要求准确完整的描述下来 问题描述书 可行性研究：问题可否可解？价值如何？确定是否存在行之有效的方法来解决上一阶段定义的关键问题，从而考虑该系统有无研究的必要（成本、数量、周期） 可行性报告 需求分析：系统必须做什么？ 需求分析报告（需求说明书）,6/30,嵌入式系统设计方法,系统总体设计 具体任务： 确定嵌入式系统的总体构架，从功能实现上对软硬件进行划分 选择嵌入式系统硬件实现的核心处理器 根据系统的复杂程度确定是否使用操作系统以及什么操作系统，选择开发环境 总体设计报告,7/30,嵌入式系统设计方法,硬件设计制作 硬件概要设计 针对系统总体设计对硬件部分的描述，进一步确定各功能模块的详细特征、模块间关联的详细定义以及所选择的总线电路等 硬件功能框图 硬件详细设计 选定实现硬件功能的各个具体的器件，设计周边电路 电路原理图、PCB图 硬件制作 根据PCB图加工出印刷电路板，焊接元器件 硬件测试,8/30,嵌入式系统设计方法,系统测试 功能测试 集成测试 环境测试 出货测试（移交测试）,9/30,嵌入式系统设计方法,项目的生命周期, 识别需求, 提出方案, 执行项目, 结束项目,10/30,嵌入式系统设计方法,识别需求 以客户提出明确的需求建议书或招标书为标志确认；投标方确认需求，分析投资收益比，分析风险（需求风险、时间风险、资金风险、项目管理风险），研究项目的可行性，分析竞争厂商所应具备的条件 提出方案 各厂商向客户提交标书、介绍解决方案，该阶段是赢得项目的关键,11/30,嵌入式系统设计方法,执行项目 项目经理和项目组将代表公司完全承担合同规定的任务。一般需要细化目标，协调人力和其他资源，定期监控进展，采取必要措施按计划实现目标 结束项目 移交工作成果，项目验收，系统维护，结清各种款项,12/30,嵌入式系统设计方法,项目的进度管理 甘特图（Gantt Chart） 20世纪初由Henry Laurence Gantt提出 一种线条图，横轴表示时间，纵轴表示要安排的活动，线条表示在整个期间上计划的和实际的活动完成情况，直观地反映了实际进展与计划要求的对比 举例 里程碑（Milestone）若某项工作的完成会影响到后续工作的进展及其总工期，则称之为里程碑，通常在里程碑对系统整体开发进度进行适度调整 资源（Resource） 工具：Microsoft Visio、Microsoft Project,13/30,嵌入式系统设计方法,知识管理（Knowledge Management，KM） 保存众人的知识与经验，并经有效地分类与整理后，让体制内的人都可以享受到这些宝贵的经验，并将产出再次放进知识库中。比如在合适的时间把合适的知识传递给合适的人，提高组织的竞争力，促进组织创新，保护组织的知识资产，避免知识随着人才的流失而流失，获取更多的商业利益等等。,14/30,嵌入式系统设计方法,嵌入式系统设计方法 由上而下与由下而上的设计方法 面向对象的设计方法（OOD） 统一建模语言（UML） UML（Unified Modeling Language）是一种用于对系统密集型过程的制品进行描述、可视化、构造和文档编写的建模语言,15/30,嵌入式系统设计方法,由上而下（Top-Down，Waterfall） 正统的设计方式 所有的设计皆是遵循系统工程的流程一步一步、按部就班地进行，通常包含制定计划、需求分析、系统设计、系统实现、系统测试和运行维护六个步骤 由下而上（Button Up） 一个系统是由已经有的基础（或组件）为起点，开始往上延伸，最后将系统完成,16/30,嵌入式系统设计方法,面向过程（Procedure-Oriented） 面向对象（Object-Oriented） OOA：Object Oriented Analysis OOD：Object Oriented Design OOP：Object Oriented Programming PO vs OO,17/30,嵌入式系统设计方法,五子棋游戏 PO的设计思路： 开始游戏 绘制画面 黑子行棋 判断输赢 绘制画面 白子行棋 判断输赢 绘制画面 游戏结束 OO的设计思路： 下棋者 图形界面 规则系统,18/30,嵌入式系统设计方法,嵌入式系统开发语言 汇编语言（Assembly Language） C/C+ Java Embedded / Java ME（Java Platform, Micro Edition） .NET Compact Framework CLR,19/30,嵌入式系统设计方法,嵌入式系统的调试方法 直接测试法 插桩法 在线仿真器法 片上调试法 模拟器法,20/30,嵌入式系统设计方法,直接测试法 步骤 在宿主机上编写代码，编译生成可执行程序 将可执行程序下载到目标机 目标机运行程序，观察运行结果 无法监视程序运行 解决方法：通过目标机上的LED指示灯判断程序运行状态,21/30,嵌入式系统设计方法,插桩法（调试监控器法） 优点： 相对于直接测试法，提高了调试效率 硬件成本低 缺点： 调试监控器开发难度大 调试监控器占用目标机CPU资源，不支持断点功能,调试器,宿主机OS,宿主机硬件,被调试的应用程序,目标机OS,宿主机硬件,通信模块,调试监控器,物理连接,逻辑连接,22/30,嵌入式系统设计方法,插桩法（调试监控器法） 改进：ROM仿真器法（驻留程序法） ROM仿真器可以认为是一种用于替代目标机上ROM芯片的硬件设备 对于嵌入式处理器：相当于ROM 对于宿主机上的调试器：相当于调试监控器 优点：相对于插桩法，省去了为目标机开发调试监控器的麻烦；与宿主机相连，不必占用目标机上有限的资源；快速下载；可以灵活地设置断点,23/30,嵌入式系统设计方法,在线仿真器法 在线仿真器（ICE，In-Circuit Emulator） 用于替代目标机上CPU的设备 对于目标机来说，ICE相当于它的CPU 连接方式 将目标机的CPU取下，将在线仿真器的CPU引出线接到目标机的CPU插槽 宿主机上需要调试器软件 优点 功能全面，相比于插桩法，支持硬件断点 价格贵,24/30,嵌入式系统设计方法,在线仿真器法 KEIL 51 + ICE,25/30,嵌入式系统设计方法,片上调试法 片上调试（ICD，In-Circuit Debugger）是CPU芯片内部的一种用于支持调试的功能模块，可把它看作一种廉价的在线仿真器 一般这类CPU具有两种工作模式 调试模式：CPU通过调试端口读取指令 一般模式：CPU从内存中读取指令,26/30,嵌入式系统设计方法,片上调试法 优点 不占用目标机通信端口 调试环境和运行环境基本一致 支持软、硬件断点 缺点 实时性不如在线仿真器 需要目标机CPU支持片上调试技术 主流ICD技术 BDM（Background Debugging Mode） JTAG（Joint Test Action Group） OnCE（On-Chip Emulation）,27/30,嵌入式系统设计方法,CCS + JTAG,28/30,嵌入式系统设计方法,模拟器法 运行于宿主机上的软件调试工具，通过模拟目标机操作系统的系统调用实现 优点 允许在没有目标机设备的情况下开发 调试方便 缺点 无法保证在真实设备下能够顺利运行 嵌入式系统中经常包含多种外围设备，无法访问（例如通信、红外端口操作等）,29/30,嵌入式系统设计方法,模拟器法 对于Windows CE开发 Embedded Visual C+ + Windows Mobile Emulator Images Visual S