關於嵌入式系統設計方法的分析

作者：溫長英尹鳳鳴

**：《活力》2023年第06期

[關鍵詞]嵌入式;設計流程

一、嵌入式系統綜述

嵌入式系統被定義為:以應用計算機為中心,以計算機技術為基礎,軟硬體可裁減適應對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統工業的基礎是以應用為中心的「晶元」設計和應用的軟體產品開發。

嵌入式系統包括兩部分內容:嵌入式微處理器和嵌入式實時作業系統。

由於嵌入式應用軟體的特殊性,往往要求應用程式設計者具有一定的實時作業系統的專門知識,能合理地劃分任務,合理地配置系統以及目標聯機的除錯。

二、嵌入式系統設計的傳統方法

通常在微控制器系統的開發應用中,是按照瀑布式開發流程進行的。其工作模式簡單,任務的劃分協調及人員安排、物質材料的分配管理都比較容易。開發過程為從硬體到軟體的流水線式進行,如圖1 所示。

傳統的嵌入式系統設計方法又不同於瀑布式開發過程,它是將開發任務分為硬體軟體兩個獨立的部分,由硬體工程師和軟體工程師按照擬定的設計流程分別完成。其開發過程為一種並行的工作方式,我們稱之為v模式開發過程。

傳統的嵌入式系統設計方法如圖2所示。

傳統的嵌入式系統開發採用的是軟體開發與硬體開發分離的方式。雖然也可改進硬體軟體效能,但由於這種改進是各自獨立進行的,不一定使系統綜合性能達到最佳。雖然在系統設計的初始階段考慮了軟硬體的介面問題,但由於軟、硬體分別開發,各自部分的修改和缺陷很容易導致系統整合出現錯誤。

由於設計方法的限制,這些錯誤不但難於定位,而且更重要的是,對它們的修改往往會涉及整個軟體結構或硬體配置的改動。顯然,這是災難性的。

這種設計方法只能改善硬體、軟體各自的效能,而有限的設計空間不可能對系統做出較好的效能綜合優化。20 世紀90 年代初,國外有些學者提出「這種傳統的設計方法,只是早期計算機技術落後的產物,它不能求出適合於某個專用系統的最佳計算機應用系統的解」。因為,從理論上來說:

每乙個應用系統,都存在乙個適合於該系統的硬體、軟體功能的最佳組合,如何從應用系統需求出發,依據一定的指導原則和分配演算法對硬體、軟體功能進行分析及合理的劃分,從而使系統的整體效能、執行時間。能量損耗、儲存能量達到最佳狀態,己成為硬體、軟體協同設計的乙個重要研究內容之一。