嵌入式系统软件开发和设计流程

1、本文由 hquwgz 贡献ppt 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。嵌入式系统及应用第九章 嵌入式系统软件的开发主要内容嵌入式软件开发工具 嵌入式系统开发模式 实时软件分析设计方法 第一节 嵌入式软件开发工具嵌入式软件开发工具的分类 嵌入式软件的交叉开发环境 嵌入式软件实现阶段的开发过 程 嵌入式软件开发工具的发展趋势嵌入式软件开发工具“工欲善其事， 必先利其器” 嵌入式软件开发工具的 集成度和可用性将直接关 系到嵌 入式系统的开发效 率。嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件开发阶段 嵌入式软件开发工具的分类 根据不同的阶段，嵌入式软件开发工具 可以分

2、为： 需求分析工具( Requirement Analysis Tools ) 软件设计工具 (Software Design Tools) 编码、调试工具 (Coding Tools) 测试工具 (Testing Tools) 配置管理工具、维护工具等 Rational Rose RealTime ObjectGeode Rhapsody TAU Tornado LambdaTOOLpRISM+ Spectra Win CE Platform Builder CodeWarrior Xray Debugger Logiscope CodeTESTPhases Requirement Anal

3、ysis Software Design Coding Test Release 主要嵌入式软件开发工具产品 嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件的开发可以分为以下几种 ： 编写简单的板级测试软件， 主要是辅助硬件的调 试 开发基本的驱动程序 开发特定嵌入 式操作系统的驱动程序 (板级支持 包) 开发嵌入式系统软件，如： 嵌入式操作系统等开发应用软件嵌入式软件开发工具的分类从以上嵌入式软件开发分类来看，嵌入式 软件开发工具可以分为：与嵌入式OS相关的开发工具，用于开发： 基于嵌入式OS的应用部分驱动程序等 与嵌入式OS无关的开发工具，用于开发： 基本的驱动程序 辅助硬件调试程序 系统软件等 嵌入

4、式软件的交叉开发环境交叉开发环境是指用于嵌入式软件开发的所有工具软件的集合，一般包括：文本编辑器 交叉编译器 交叉调试器 仿真器 下载器等 交叉开发环境由宿主机和目标机组成，宿主机与目标机之间在物理连接的基础上建立起逻辑连接。运行平台 Target目标机应用系统 调 试 代 理开发平台 Host宿主机开发环境 运 行 库 应用软件 应用中间件 目标机 OS 目标机硬件编辑 编译 连接 调试 宿主机 OS 宿主机硬件 交叉开发环境嵌入式软件的交叉开发环境宿主机（Host）:是用于开发嵌入式系统的计算 机。一般为PC机（或者工作站），具 备丰富的软 硬件资源，为嵌入式软件的开发提供全过程支持。目标

5、机（Target）：即所开发的嵌入式系统， 是 嵌入式软件的运行环境， 其硬件软件是为特定应 用定制的。 在开发过程 中，目标机端需接收和执行宿主机发 出的各种命令如设置断点、读内存、写内存等，将结果返回给宿主机，配合宿主机各方面的工作。嵌入式软件的交叉开发环境物理连接和逻辑连接 物理连接是指宿主机与目标机通过物理线路连接物理连接 在一起，连接方式主要有三种：串口 以太口 OCD（ On Chip Debug ）方式，如 JTAG BDM等物理连接是逻辑连接的基础。 逻辑连接指宿主机与目标机间按某种通信协议建逻辑连接 立起来的通信连接，目前逐步形成了一些通信协 议的标准。嵌入式软件实现阶段的开

6、发过程设计完成后， 嵌入式软件的开发进入实现阶段， 可分为三个步骤： 生成、调试和固化运 行。软件的生成 对应用程序的编辑、 调试是通过交叉调试器完成软件 固化运行是先用一定的工具将应软件的生成主要是在宿主机上进行， 利用各种工具完成 交叉编译和链接工作，生成可供调试 或固化的目标程序。 的调试工作。 调试完成 调试 后还需进行必要的测试工作。用程序固化到目标机上， 固化运行 然后启动目标机，在没有任何工具干预的情况下应用程 序 能自动地启动运行。嵌入式软件生成阶段三个过程源代码程序的编 写 编译成各个目标 模块 链接成可供下载 调试或固化的目 标程序库文件源程序目标 模块可供调 试 / 固

7、化编辑器交叉编 译器交叉链 接器交叉编译 把在宿主机上编写的高级语言程序编译成 可以运行在目标机上的代码，即在宿主机 上 能够编译生成另一种 CPU（嵌入式微处 理器）上的二进制程序。嵌入式软件的调试交叉调试器是指调试程序和被调试程序运行在不同机器上的 调试器 调试器通过某种方式能控制目 标机上被调试程序 的运行方式 通过调试器能查看和修改目标机上的内存、 寄存 器以及被调 试程序中的变量等交叉调试 调试器和被调试程序运行在不同 的计算机上 可独立运行， 无需操作系统支持 可独立运行， 被调试程序的装载由调试器完成 需要通过外部通信的方式来控制 被调试程序 可以直接调试不同指令集的程序非交叉调

8、试 调试器和被调试程序运行在同一 台计算机上 需要操作系统的支持 被调试 程序的装载由专门的 Loader 程序完成 Loader 程序完成 不需要通过外部通信的方式来控 制被调试程序 只能直接调试相同指令集的程序嵌入式软件的调试 交叉调试方式Crash and Burn Rom Monitor Rom Emulator In Circuit Emulator On Chip DebuggingSimulator 方式(非交叉) 在宿主机上编写代码 反复检查代码， 反复检查代码，直到编译 通过， 通过，生成可 执行程序 将程序固化( 将程序固化( Burn )到目标机的非易失) 性存储器( 性

9、存储器(E2PR0M FLASH等)中、等Crash and Burn启动目标机运行， 启动目标机运行，观 察程序是否正常工作 N 最早的 嵌入式 应用软 件调试 方法。Y 在宿主机上反复检查 码，查找问题根源 改写代码 结束R0M MonitorR0M Monitor 是被固化且运行在目标机上的 一段程序，负责监控目标机上被调试程序 的 运行，与宿主机端的调试器一起完成对 应用程序的调试。 调试器与 R0M Monitor 之间的通 信遵循远程 调试协议。宿主机 调试器目标机 监控程 序 (R0M 被调试 Monitor) 程序 嵌入式 硬件 物理上的连接 R0M Monitor 调试方式

10、调试方式逻辑上的连接Windows 或其它桌 或其它桌 面操作系统 PC 机等硬件 机等硬件R0M Monitor在目标机上电或复位后首先执行的就是 R0MMonitor ，它对目标机进行一些必要的 初始 化初始化要求的外围设备，如最基本的串口和用于 内存刷新的系统计时器芯片； 初始化 用于下载映像的内存系统； 初始化中断控制器和安装中断处理程序。初始化自己的程序空间 等待宿主机端的命令R0M MonitorR0M Monitor 能配合调试器完成：程序映像下载 对目标机系统内存的读写 对寄存器的读写 设置和清除不同类型的断点 单步执行指令复位系统等调试功能R0M Monitor调试过程 (

11、1)启动目标机， 监控器掌握对目标机的控制， 等待和 调试器建立连接； ( 2) 启动调试器，并和监控器建立起通信连接；( 3)使用调试器将应用程序下载到目标机上的RAM空间 中；(4)使用调试器进行调试，发出各种调试命令，监控器解释并执行这些命令，通过目标机上的各种异常来 获取对目标机的控制， 将命令执行结果回传给调试器；( 5)如果程序有问题， 在调试器的帮助下定位错误； 修 改之后再重新编译链接并下载程序， 开始 新的调试， 如此反复直至程序正确运行为止。R0M Monitor 优点1) 提高调试程序的效率 ，缩短开发周期，降低成本2) 简单、 方便 3) 可扩展性强， 可支持许多高级调

12、试功能 4) 成本低廉， 不需专门的调 试硬件支持 5) 几乎所有的交叉调试器都支持这种方式ROM Monitor缺点1) 2)Debug Monitor需要用 Crash and Burn 方法开发。当ROM Monitor占用CPU时，应用程序不响应外部的中断，因此不便调试有时间特性的程序。某些调试功能依赖于 CPU硬件的支持(如硬件断点功能) ROMMonitor 要占用目标机一定数量的资源，如CPU、 RAM、ROM和通信设备等资源。 调试环境不同于实际目标环境。3) 4)5)仿真开发方式嵌入式应用的开发经常会遭遇缺少目标 机环境、缺乏目标机芯片等资源的问题，而开发过程又不可能停止，因

13、此自然就 提出了根据不同的应用需要，利用仿真 器件、仿真环境 进行开发的方法。 硬件仿真开发ROM Emulator ICE OCD软件仿真开发ROM EmulatorROM Emulator 是一种用于替代目标机上的 ROM芯片的设备，即 ROM仿真器。禾U用这种 设备，目标机可以没有 ROM芯片，但目 标机的CPU可以读取ROMEmulator设备上ROM芯片 的内容：ROMEmulator设备上的ROM芯片的地址可以实时地映射到目标机的ROM地址空间，从而仿真( Emulation ) 目标机的 ROM。ROM EmulatorROM Emulator 的调试方式是一种不完全的 调试方式

14、： ROMEmulator 设备只是为目标 机 提供ROM芯片和在Target和Host间建立一条高速的通信通道，因此它经常和前面两种调试方式结合起来形成一种完备的调 试方式。 ROM Emulator 的典型应用就是和 ROM Monitor 的调试方式相结合。ROM Emulator优点 目标机可以没有 ROM芯片、可以使用 ROM Emulator提供的ROh空间且不需要用别 的工具来写ROM缺点目标机必须能支持外部 ROM存储空间，而且由于其通常要和 ROM Monitor 配合使用， 因此它拥有 ROM Monitor 的所有缺点。ICEICE (In-Circuit Emulato

15、r )是一种用于替代目标机上CPU的设备，即在线仿真器。它 比一般的CPU有更多的引出线，能够将内部的信号输出到被控制的目标机。 ICE上的Memory 也可以被映射到用户的程 序空间，这样即使目标机不存在的情形下 也可以进行代码的调试。ICE连接ICE和目标机时，一般是将目标机的 CPU取下，而将ICE的CPU引出线接到目标机 的 CPU 插槽。 用 ICE 进行调试时，在 Host 端运行的调试器通 过 ICE 来控制目标机上运行 的程序。宿主开 发平台ICE 调试结构 调试结构目标平台ICEICE 功能特点 同时支持软断点和硬件断点的设置 设置各种复杂的断点和触发器 实时跟踪目标程序的

16、运行，并可实现选择性的 跟踪 支持“ Time Stamp” 允许用户设置“ Timer ” 提供“ Shadow RAM,能在不中断被调试程序的运行下查看内存和变量即非干扰调试查询ICE适用于：1) 2) 3) 4)调试实时的应用系统 调试设备驱动程序 对硬件进行功能和性能的测试 实时性能分析 缺点：1) 2)价格太昂贵，不利于团队开发所仿CPU有限OCDOCD (On Chip Debugging )是CPU芯片提供的一种调试功能(片上调试)，可以 认为是 一种廉价的ICE功能：OCD勺价格只 有ICE的20%但提供了 ICE 80%的功能。宿主机 调试器目标机 逻辑上的连接 被调试程序W

17、indows 或其它桌 或其它桌 面操作系统 PC 机等硬件 机等硬件 仿真器 物理连接 并 口、 并口、串口 或网络接口 为特定处理 器而建造OCD 接 嵌入式 接 硬件 口 针形连接器OCD 调试结构 调试结构OCD调试方法1) 2) 3)将CPU的模式分为一般模式和调试模式一般模式下，CPU从内存读取指令执行 调试模式下，CPU首先从调试端口读取指令， 通过调试 端口可以控制 CPU进入和退出调试模式；Host 端的调试 器可以直接向目标机发送要执行的指令，读写目标机的内存和各种寄存器，控制目标程序的运行以及完成各种 复杂的调试功能。OCD优点1) 2) 3) 4) 5) 不占用目标机的

18、资源 调试环境和最终的程序运行环境基本一致 支持软硬断点、 Trace 功能 精确计量程序的执行时间 提供时序分析功能OCD缺点1)调试的实时性不如ICE 2)不支持非干扰调试查询 3) CPU必需具有OCD功能OCD存在各种实现? ?BDM ( Backgrou nd Debugg ing Mode) JTAG (Joi nt Test Access Group)(主流方式)()（主流方式 ）（主流方式） OnCE（ On Chip Emulation ）各种OCD仿真器实例边界扫描技术（ JTAG）JTAG 标准测试访问接口与边界扫描结构（ Standard Test Access Por

19、t and BoundaryScan Architecture ），已被 IEEE1149.1 标准所 采纳，是面向用户的测试接口。 该接口一般 由 4 个引脚组成：测试数据输入 （TDI） 测试数据输出 （TDO） 测试时钟 （TCK） 测试模式选择引脚 （ TMS） 异步测试复位引脚（TRST可选）边界扫描技术（ JTAG）优点可以通过边界扫描操作测试整个板的电气连接，特别为表面贴元件提供方便 各个引脚信号的采样，并可强制引脚输出用以测试外围芯 片 可以软件下载、执行、调试和控制，为 复杂的实时跟踪调 试提供路径 可以进行多内核和多处理器的板级和芯片级的调试， 通过 串 接 ，为芯片制造商

20、提供芯片生产、测试的途径 不占用系统资源，能够调试没有外部总线的 芯片，代价非 常小边界扫描技术（ JTAG）缺点通过串口依次传递数据，速度比较慢 只能进行软件断点级别的调试 不能完成实时跟踪 和多种事件触发等复杂调试功 能几种增强版本ARM芯片的实时调试方案（E-TRACE 背景调试模式BDM片上仿真OnCENexus 标准提出一个在JTAG之上的嵌入式处理器调试的统一标准 将调试开发分成四级第一级使用JTAG的简单静态调试；第二级支持编程跟踪和实时多任务的跟踪，并允许用户用 I/O 引脚作为多路复用辅助调试口； 第三级包括处理器运行时的数据写入跟踪和存 储器的读写 跟踪； 第四级增加了存储

21、替换并触发复杂的硬件断点。Nexus 标准通过 Nexus 标准可以解决以下问题调试内部总线没有引出的处理器，如含有片 内存储器的芯片 传统在线仿真器无法实现 的高速调试 深度流水线和有片上 Cache 的芯片，能够探测 具体哪条指令被取指和最终执行 可以稳定地进行多内核处理器的调试Simulator交叉开发方式存在如下缺点： 硬件支持 必须有目标机或评估板 易使用性 普通编程人 员不熟悉 廉价性 成本高 不高 可移植性、可扩展性 团队开发 较难 开发周期 较长Simulator一种软件仿真器， 在宿主机上创建一个虚拟的 目标机环境， 再将应用系统下载到这个虚 拟目 标机上运行调试。 软件仿真

22、的对象仿真处理器 仿真外设 仿真环境 软件仿真的级别指令级仿真开发 API 级仿真开发用户IDE应用编程接口 API目标操作系统库 TOSLib编辑：C C+编译、链接调试通 信 虚拟目标环境 仿真调 试代理 EDA 应用系统 虚拟目标硬件 V-Target宿主机 OS 应用仿真开发环境示意图应用仿真开发环境示意图设计编码 仿真库 仿真编译N仿真调试 正确Y运行库编译链接下载交叉调试 固化运行调试固化测试 结合了仿真的软件开发过程 运行维护Simulator优点 最大好处就是可以不用真正的目标机，可 以在目标机环境并不存在的条件下开发 目 标机上的应用系统，并且在调试时可以利 用 Host 资

23、源提供更详细的错误诊断信息。 Simulator缺点 1) 和实际的运行环境差别很大2) 3) 4) 设备模拟的局限性较大 实时特性较差 对 Host 的资源要求较高 适用范围 对时间特性 没有严格要求、没有特殊外设、只 需要验证逻辑正确的应用程序。嵌入式软件的测试测试工具： 能够用来辅助测试的工具， 主要用 来支持测试人员的工作， 本身不能直接用 来进 行测试。测试工具一般都是通用工具，测试人 员应该根据实际情况对它们进行适当的 调整。 嵌入式软件测试中经常用到的测试工具有：内存分析工具 性能分析工具 覆盖分析工具 缺陷跟踪工具等 嵌入式软件的测试内存分析工具嵌入式系统的内存资源通常是受限的

24、， 内存分 析工具可以用来处理在进行动态内存分配产生的错误通常难以再现，出现的失缺陷。 目前常用的内存分析工具有来很大影响， 从而影响系统的实时时产 生的缺陷。当动态分配的内存被错误地引用时， 效难以追 踪，使用内存分析工具可以很好地检测出这类 软件和硬件两种：基于软件的内存分析工具可能会对代码的执行性能带 性； 来很大影响， 从而影响系统的实时性； 基于硬件的内存分析工具对系统性能影响小， 基 于硬件的内存分析工具对系统性能影响小， 但价格 昂贵，并且只能在特定的环境中使用。 昂 贵，并且只能在特定的环境中使用。嵌入式软件的测试性能分析工具 嵌入式系统的性能通常是一个非常关键 的因素，开发人

25、员一般需要对系统的某 些关键 代码进行优化来改进性能。 性能分析工具可以提供有关数据， 可以提供有关数据， 帮助确定哪些任务消耗 了过多的执行时间， 了 过多的执行时间，从而可以决定如何优化 软件，以获得更好的时间性能。 软件，以获得更 好的时间性能。 引导开发人员发现在系统调用中存在的错误 以及程序结构上的缺陷。 以及 程序结构上的缺陷。嵌入式软件的测试覆盖分析工具在进行白盒测试时，可以使用代码覆盖分析工 具追踪哪些代码被执行过 分析过程一般 通过插桩来完成， 插桩可以是在 测试环境中嵌入硬件， 也可以是在可执行代码 中加入软件， 或者是两者的结合。 开发人员通过对分析结果进行总结，可以确定

26、 哪些代码被执行过，哪 些代码被遗漏了。 目前常用的覆盖分析工具一般都提供有关功能 覆盖、分支覆盖、条件覆覆盖分析工具实例 测试工具实例：逻辑分析仪 工作机理：在不打断被测程序运行流程 的基础上，对程序运行中的相关信息进 行采集 和分析，然后通过真实再现程序 运行的逻辑流程和分析程序运行数据， 帮助用户优化系统 设计和解决出现的问 题。 与调试工具的对比调试器： 调试器：照相机 逻辑分析仪： 逻辑分析仪：摄像机 测试工具实例：逻辑分析仪主要功能：真实再现程序运行流程 发现系统死锁及软件造成的死机 发现系统内存泄漏 指导对任 务的合理划分 指导关键路径设计与验证 指导合理分配任务堆栈 CPU 使

27、用率统计 指导合理 设计中断服务程序测试工具实例：逻辑分析仪 嵌入式应用软件运行的逻辑流程 测试工具实例：逻辑分析仪 系统堆栈使用率分析 嵌入式软件的固化运行当调试完成之后，程序代码需要被完全烧入到目标板的非易失性存储器（如ROM或闪存）中，并且在真实的硬件环境上运行， 这个过程叫做固化。 调试环境与固化环境的区别：代码定位不同 初始化部分不同 嵌入式软件的固化运行 阶段 编译 链接 调试环境 目标文件需要调试信息 应用系统目标代码不需要 Boot 应用系统目标代码不需要 Boot 模块， 模块 ， 此模块已由目标板上的 监控器程序实现。 监控器程序实现。 程序的所有 代码段、 程序的所有代码

28、段 、数据段都 依次被定位到调试空间的 RAM依次被定位到调试 空间的 RAM 中。宿主机上的调试器读入被调试文件， 宿主机上的调试器读入被调试文件， 并将其下载 到目标机上的调试空间 中，目标机掉电后所有信息全部丢 失。 被调试程序在目标监控器的 控制下 运行， 并与后者共享某些资源， 运行， 并与后者共享某些资源， 如 CPU 资源 、 RAM 资源以及通信设备 如串口、网口等）资源。 （如串口、网口等）资源。固化环境目标文件不需要调试信息 应用系统目标代码必须以 Boot 应用系统目标代码必须以 Boot 模块作为入口模块。 模块作为入口模块。 程序的各逻辑段按照其不同的 属性分别定 位

29、到非易失性存储 空间（ROM或RAM中。 空间（ROM RAM中在宿主机上利用固化工具将可固化 的应用程序写入目标机的非易失性 存储器中， 存储 器中，目标机掉电后信息不丢 失。定位下载运行 程序在真实的目标硬件环境上 运行 嵌入式软件的固化运行Boot 模块：当应用程序在真实的目标环境下运行 时将首先执行该程序，它至少由系统 加电时执行 的代码组成。Boot Boot模块的主要功能：初始化 CPU环境，使目标 CPU机硬 件到已知的状态初始化芯片的引脚 初始化系统外部控制寄存器 初始化基本输入输出设备 初始化 MMU， 包括片选控制寄存器等 执行数据拷贝嵌入式软件开发工具发展趋势 向着开放的

30、、集成化的方向发展 具有系统设计、可视化建模、仿真和验证功能 自动生 成代码和文档 具有更高的灵活性第二节 嵌入式系统开发模式概述 处理器及硬件开发平台的选定 操作系统选定 开发环境选定 嵌入式系统开发模式概述最大特点：软硬件综合开发。 最大特点：软硬件综合开发。 原因： 原因：1) 嵌入式产品是软硬件的结合体 软件针对硬件开发、固化， 2) 软件针对硬件开发、 固化，不能 进行任意修改系统定义时期 系统总体设计 硬件设计制作No软件设计实现 软硬件集成 功能性能测试 符合要求Yes嵌入式系统开发过程产品系统总体设计系统总体框架软硬件划分处理器选定操作系统选定开发环境选定硬件设计制作功能模块图

31、设计 硬件概要设计 逻辑电路图设计 硬件详细设计 PCB 设计与制作硬件制作PCB 测试硬件测试软件设计实现软件概要设计 软件详细设计 软件实现 软件测试 软硬件协同开发通常的嵌入 式系统开发嵌入式 软件开发 嵌入式系统 集成、测试、 集成、测试、 验证 嵌入式 硬件开发软/ 硬件协同 开发嵌入式软件开发嵌入式系统 协同设计、测试、 协同设计、测试、验证嵌入式硬件开发 处理器及硬件开发平台的选定选择依据： 应用的类型及 I/O 接口 主频及功耗 对不同类型存储器的支持 封装 产品生 命力和厂家实力、技术支持及第三 方软件的支持 硬件开发平台的选择操作系统选定选择依据：选择嵌入式OS的必要性 自

32、建、购买或使用开源软件对嵌入式操作系统的功能、性能要求 与硬件平台和开发工具的关系 行业标准 技术支持 版税或服务费操作系统与硬件平台的关系操作系统应支持选定的硬件平台 如果不支持，需考虑移植工作 不同类型嵌入式微处理器之间的移植：任务上下 文切换、时钟、中断等 同类型微处理 器但不同类型硬件板之间的移植： 硬件接口及设备驱动程序操作系统与开发工具的关系 工具是否能为基于特定操作系统的应用开 发提供最大支持： 运行库与OS相结合提供应用工程创建和管理功能，构建基于特定操作系统的应用框架 对操作系统的剪裁与配置 提供高级调试功能 提供配套的应用逻辑分析工具、覆盖测试工具 等开发环境及工具选定 对

33、硬件平台的支持 所使用的编程语言C/C+ 汇编语言JAVA 与嵌入式操作系统的关系第三节 实时软件分析设计方法DARTS 分析设计方法 分析设计方法DARTS 分析设计方法嵌入式实时软件系统的生存周期需求分析与说明系统设计-DART毀计方法数据流分析 划分任务 定义任务接口任务设计 模块构筑 任务与系统集成嵌入式实时软件系统的生命周期 需求分析与详细说明 系统设计 任务分解 , 任务分解 , 定义任务间接口关系 任务设计按模块方式设计每个任务，定义模块间接口 按模块方式设计每个任务， 模块构筑完成每个模块的详细设计、 完成每个模块的详细设计、编码和单元测试 任务与系统集成 系统测试实 例 说

34、明机器人控制器系统 机器人控制器系统 控制设备由内部控 制器和外部控制面 板组成 控制器控制六个转 并与数字 I/O 轴，并 与数字 I/O 传感器交互作用。 传感器交互作用。 转轴和 I/O 由程序 转轴和 I/O 由程序 I/O 控制 该程序由控制面板 操作启动执行手动 上电 运行 停止 断电 结束程序选择控制面板控制执行过程按下“上电”按钮，系统进入了上电状态。 按下“上电”按钮，系统进入了上电状态。 上电成功后， 系统进入了手动状态。 此时， 上电成功后， 系统进入了手动状态。 此时， 操 作 者可以通过程序选择开关 程序选择开关选择程序 作者可以通过程序选择开关选择程序 按 下“运行

35、” 按钮，则选定的程序开始运行， 按下“运行” 按钮，则选定的程序开始运行， 系 统转为运行态。 系统转为运行态。 程序运行中如果按下“停止” 程序运行中如果按下“停 止”键，程序被挂起。 程序被挂起。 之后，操作者可以按下“运行” 之后，操作者可以按 下“运行”键，使程序恢 复执行，也可按下“结束” 结束程序。 复执行， 也可按下 “结束” 键，结束程序。 按下“结束”键后，系统进入终止态。 按下“结束”键后，系统进入终止 态。当程序 最终终止执行时，系统返回手动状态。 最终终止执行时，系统返回手动状态。需求分析与说明断电态 上电 通电态 上电 成功 断电 程序 选择 程序 终止 终止态 手

36、动态 启动 结 束 启动 停止 运行态挂起态状态变迁图 系统设计 系统设计说明该系统如何被分解成多个 任务，如何定义任务间的关系任务划分方法 DARTS DART毀计方法DARTS 设计方法 设计方法数据流分析：每个数据流图都包含：变换圈 , 表示系统完成的功能 箭头，表示变换间的数据流动 数据存储区，表示数据的 存储场所 数据字典，定义了数据流和数据存储区所 包含的数据项按下 按钮程序 读面板 输入 解释程序 各语句 运行 开始 结束 有效的 面板输入 处理面板 输 入 动作 命令 处理动 作命令 动作块 I/O 命令 处理 I/O 命令 命令 输入 传感器值 读传 感器 传感器输入面板输入

37、 面板输入有 效 性检查 传感器 输出 向传感 器输出 输出 面板 输出 显示灯 输出到 面板 运行 停止 重启动 输出动作 轴数据 动作 确认 接收 确认 轴确认 轴块 轴控制 器 轴输入 轴输出 机器人控制器数据流图DARTS 设计方法 设计方法划分任务就是识别出并行性的功能 需要考虑的是系统内功能的异步性。分 析数据流图 中的变换， 确定哪些变换可 以并行， 哪些变换本质上是顺序的。 一个任务可对应一个变换， 也可对应多 个变换。DARTS 设计方法 设计方法划分任务原则I/O 依赖性 功能的时间关键性 计算需求 功能内聚 时间内聚 周期执行I/O 依赖性Device I/O Task

38、App.Task如果变换依赖于 I/O ，速度受限 I/O ，可独立成 任务 在系统中创建与 I/O 设备数目相当 的 I/O 任务 I/O 任务只实现与设备相关的代码 I/O 任务的执行只受限于 I/O 设备的速度， 而 不 是处理器 在任务中分离设备相关性功能的时间关键性event 1 Task 1 event 2 Task 3 Task 2 deadline 1 deadline 2 Task 3将有时间关键性( deadline )的功能分离出来， 组成独立运行的任务 赋予这些任务高 的优先级，以满足对时间的需要计算需求计算量 大 的 功能占用CPU的时间多，把 计算功 能 捆绑成任务

39、，以消耗CPU的剩 余时间 赋予计算任务较低优先级 , 能被高优先级的任务抢 占，保持高优先级的任务是轻量 级的 多个计算任务可安排成同优先级，按时间片循环 轮转功能内聚event 1 F1(x) + F3(x) event 2 F2(x)将紧密相关的功能变换组成一个任务，减少通 信的开销 把每个变换都作为同一任务中 一个个独立的模 块，不仅保证了模块级的功能内聚，也保证了任 务级的功能内聚时间内聚event Clock Tick F1(x) + F2(y)+F3(z) F4(x)+F5(y) 将在同一时间内完成的各功能(即使这些功能 是不相关的)形成一个任务 功能组的各 功能是由相同的外部事件驱动的 (如时钟