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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,,《,嵌入式系統(tǒng)設計,》,*,第二講 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程,,授課教師：譚毅,,電郵地址：,,課件密碼：,12345,,2024/12/9,1,內(nèi)容提綱,,項目開發(fā)生命周期,,,嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程,,,2024/12/9,2,,項目開發(fā)生命周期,,概述,,識別需求,,提出方案,,執(zhí)行項目,,結(jié)束項目,,2024/12/9,3,,概述,,可以把嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)看作對一個項目的實施；,,項目的生命周期一般分為,識別需求,、,提出解決方案,、,執(zhí)行項目,和,結(jié)束項目,4,個階段；,,,結(jié)束,,項目

2、,,,,,,,,執(zhí)行項目,提出,,解決,,方案,,,識別,,需求,,,,投入人力,時間,2024/12/9,4,,識別需求,是項目生命周期的最初階段，主要任務是確認需求，分析投資收益比，研究項目的可行性，分析所需條件；,,風險分析,制定系統(tǒng)規(guī)范,需求風險,時間風險,資金風險,項目管理風險,系統(tǒng)功能,系統(tǒng)限制,系統(tǒng)開發(fā)資源,識別需求,2024/12/9,5,,提出方案,向客戶提交標書、介紹解決方案，贏得項目合同，既要展示實力又要合理報價；,,如果競標成功則簽定合同，廠商開始承擔項目成敗的責任；,系統(tǒng)規(guī)劃,系統(tǒng)設計,規(guī)劃分析,預估項目進程,設計系統(tǒng)架構(gòu),尋找適當方案,提出方案,2024/12/9,

3、6,,執(zhí)行項目,由項目經(jīng)理負責，細化方案，制定計劃，協(xié)調(diào)人力和其他資源，監(jiān)控進展，分析項目偏差；,系統(tǒng)實現(xiàn),系統(tǒng)測試,從硬件做起,從驅(qū)動程序移植開始做起,從現(xiàn)成平臺做起,功能測試,集成測試,系統(tǒng)測試,執(zhí)行項目,環(huán)境測試,出貨測試,系統(tǒng)測試,系統(tǒng)測試,環(huán)境測試,系統(tǒng)調(diào)試,2024/12/9,7,,結(jié)束項目,主要包括移交工作成果，幫助客戶實現(xiàn)商務目標；,,系統(tǒng)交接給維護人員；,,結(jié)清各種款項；,售后服務,項目討論,結(jié)束項目,2024/12/9,8,,嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程,,概述,,需求分析、,規(guī)格說明,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計、硬件和軟件的選擇,,構(gòu)件技術(shù)、構(gòu)件設計與實現(xiàn),,系統(tǒng)集成、測試與驗收,,2024

4、/12/9,9,,概述,嵌入式系統(tǒng)是軟硬件綜合體：,,硬件架構(gòu)上以嵌入式處理器為中心，配置存儲器、,I/O,設備、通信模塊等必要的外設；,,軟件部分以軟件開發(fā)平臺為核心，向上提供應用編程接口（,API,）；,,嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預定的功能；,,2024/12/9,10,,問題,：,,功能、性能要求,,價格、開發(fā)周期等約束,設計：,,,選擇,,折衷,,分析比較,,計算,,評價,嵌入式系統(tǒng),方法,工具,嵌入式系統(tǒng)設計,2024/12/9,11,,（嵌入式系統(tǒng)工程）設計方法簡介,,由上而下,是一個正統(tǒng)的設計方式，也就是說，所有的設計皆是遵循系統(tǒng)工程的流程來進行；

5、,,由下而上,表示一個系統(tǒng)是由已經(jīng)有的基礎（或組件）為起點，開始往上延伸，最后將系統(tǒng)完成；,2024/12/9,12,,,需求分析,規(guī)格說明書,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計,構(gòu)件設計,測試,由,,上,,而,,下,由,,下,,而,,上,2024/12/9,13,,系統(tǒng)設計一般流程,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計,系統(tǒng)需求分析,模具結(jié)構(gòu)設計,硬件構(gòu)件設計,軟件構(gòu)件設計,系統(tǒng)集成,系統(tǒng)測試,產(chǎn)品,規(guī)格說明書,2024/12/9,14,,需求分析,,需求分析的內(nèi)容,,評價標準,,需求分析的描述,,例：,GPS,移動地圖的需求,2024/12/9,15,,需求分析的內(nèi)容,,作用,,使用戶和設計者有效交流、溝通，明確設計目標,,設計者

6、－ 設計什么？有哪些要求？,,用戶 － 將得到的系統(tǒng)是什么樣的？,,目標,,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,,,設計時間，,……,2024/12/9,16,,評價標準,正確性,,無二義性,,完整性,,可檢驗性,,一致性,,可追蹤性,2024/12/9,17,,需求分析的描述,自然語言,,需求說明書,,需求分析表,,,形式化描述,,用例圖等,,DOORS,2024/12/9,18,,例：GPS移動地圖的需求,,名稱,CPS,移動地圖,目的,為駕駛者提供的用戶級移動地圖

7、,輸入,一個電源按鈕，兩個控制按鈕,輸出,逆光,LCD,，顯示,400×600,像素分辨率,功能,使用,5,種接收器的,GPS,系統(tǒng)；三種用戶可選的分辨率總是顯示當前的經(jīng)緯度,性能,0.25s,內(nèi)即可更新一次屏幕,生產(chǎn)成本,100,美元,功耗,100mW,物理尺寸和重量,不大于,2×16m2,12,盎司（約,340g,）,2024/12/9,19,,規(guī)格說明,規(guī)格說明的目標,,規(guī)格說明書的描述,,例：,GPS,系統(tǒng)規(guī)格說明書內(nèi)容,2024/12/9,20,,規(guī)格說明的目標,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,,形成規(guī)格說明

8、書,,內(nèi)容,,包含系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設計的足夠信息,2024/12/9,21,,規(guī)格說明書的描述,自然語言,,形式化描述,,UML,,RSML,,SDL,2024/12/9,22,,例：GPS系統(tǒng)規(guī)格說明書內(nèi)容,,從GPS衛(wèi)星接收到的數(shù)據(jù),,地圖數(shù)據(jù),,用戶界面,,必須執(zhí)行的滿足客戶需求的操作,,保持系統(tǒng)運行所需的后備動作，如操縱GPS接收機,2024/12/9,23,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容,,評價標準,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計的驗證,,軟硬件的劃分,2024/12/9,24,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容,作用,,實現(xiàn)系統(tǒng)的藍圖，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個計劃,,目標,,形成,結(jié)構(gòu)設計文檔,,

9、內(nèi)容,,系統(tǒng)分析,,系統(tǒng)軟硬件整體結(jié)構(gòu)的設計,,軟硬件劃分,,軟硬件平臺的確定,,標準構(gòu)件和自行設計構(gòu)件的確定,2024/12/9,25,,2024/12/9,26,,評價標準,,有彈性,,簡單,,可實現(xiàn),,層次清晰,,功能分布平衡,,平衡技術(shù)和經(jīng)濟約束,,滿足功能需求和非功能需求,,可重用,2024/12/9,27,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述,,非形式化方式,,自然語言,,結(jié)構(gòu)框圖,,形式化方法,,UML,建模,2024/12/9,28,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計的驗證,,結(jié)構(gòu)設計的正確性非常關(guān)鍵,,詳細設計和實現(xiàn)的基礎，對開發(fā)周期、成本有很大影響,,驗證所關(guān)心的問題,,結(jié)構(gòu)設計是否滿足功能、性能要求、能否實現(xiàn),

10、,驗證方法,,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),,2024/12/9,29,,,引入錯誤數(shù)目,修改錯誤開銷,開發(fā)周期,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,設計,軟硬件,,詳細設計,軟硬件,,實現(xiàn),系統(tǒng)引入錯誤和修改錯誤開銷分布,2024/12/9,30,,軟硬件的劃分,設計中涉及硬件、軟件部件，必須決定什么功能由硬件實現(xiàn)或軟件實現(xiàn),,硬件和軟件具有雙重性,,軟硬件變動對系統(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,2024/12/9,31,,通常由軟件實現(xiàn)的部分,,操作系統(tǒng)功能,,任務調(diào)度,,資源管理,,設備驅(qū)動,,協(xié)議

11、棧,,TCP,／,IP,,應用軟件框架,,除基本系統(tǒng)、物理接口、基本邏輯電路外，許多由硬件實現(xiàn)的功能都可以由軟件實現(xiàn),,2024/12/9,32,,雙重性部分（既可軟件又可硬件實現(xiàn)）,,算法,,加密／解密,,編碼／解碼,,壓縮／解壓,,……,,數(shù)學運算,,浮點運算，,FFT,，,……,,……,2024/12/9,33,,硬件和軟件的選擇,,概述,,處理器選擇,,操作系統(tǒng)選擇,,編程語言,選擇,,硬件調(diào)試工具選擇,,集成開發(fā)環(huán)境,IDE,選擇,2024/12/9,34,,概述,,包括：處理器、硬件部件、操作系統(tǒng)、編程語言、軟件開發(fā)工具、硬件調(diào)試工具、軟件組件等,,處理器是最重要的，同時操作系統(tǒng)和

12、編程語言也是非常關(guān)鍵的,,處理器的選擇往往同時會限制操作系統(tǒng)的選擇，操作系統(tǒng)的選擇又會限制開發(fā)工具的選擇,,2024/12/9,35,,處理器選擇,,處理器選擇要考慮的主要因素有：,,處理器的性能,,處理器的技術(shù)指標,,功耗,,軟件支持工具,,處理器是否內(nèi)置調(diào)試工具,,供應商是否提供評估板,,其它因素：生產(chǎn)規(guī)模、軟件對硬件的依賴性,,2024/12/9,36,,操作系統(tǒng)選擇,,操作系統(tǒng)本身所提供的開發(fā)工具,,操作系統(tǒng)向硬件接口移植的難度,,操作系統(tǒng)的內(nèi)存要求,,開發(fā)人員是否熟悉此操作系統(tǒng)及其提供的,API,,操作系統(tǒng)是否提供硬件的驅(qū)動程序,,操作系統(tǒng)的是否具有可剪裁性,,操作系統(tǒng)的實時性能,,

13、收費情況，技術(shù)支持情況,2024/12/9,37,,編程語言,選擇,編程語言的選擇主要考慮以下因素,,通用性,,可移植性程度,,執(zhí)行效率,,可維護性,,2024/12/9,38,,硬件調(diào)試工具選擇,常用的硬件調(diào)試工具有以下幾種：,,實時在線仿真器,(ICE,，,In-Circuit Emulator),,駐留監(jiān)控軟件,,ROM,仿真器,,,JTAG,仿真器，是目前使用最廣泛的調(diào)試手段,2024/12/9,39,,集成開發(fā)環(huán)境,IDE,選擇,集成開發(fā)環(huán)境,IDE,考慮的因素,,系統(tǒng)調(diào)試器的功能,,支持庫函數(shù)與選擇硬件和操作系統(tǒng)的原則一樣：除非必要，盡量采用標準的,glibc,,編譯器開發(fā)商是否持

14、續(xù)升級編譯器,,連接程序是否支持所有的文件格式和符號格式,,2024/12/9,40,,構(gòu)件技術(shù),,標準構(gòu)件和自行設計構(gòu)件,,標準硬構(gòu)件,,標準軟構(gòu)件,,自研硬構(gòu)件,,自研軟構(gòu)件,,構(gòu)件的選擇,2024/12/9,41,,標準構(gòu)件和自行設計構(gòu)件,,構(gòu)件的實現(xiàn),,選擇標準,,自行設計,,標準構(gòu)件 ＝ ？現(xiàn)成構(gòu)件,,已經(jīng)產(chǎn)品化,,形成規(guī)模生產(chǎn),,標準構(gòu)件 ＋ 自行設計構(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,2024/12/9,42,,標準硬構(gòu)件,,標準,IC,,RAM, ROM,,接口控制器，,ASIC,……,,標準,IP,,CPU,核，,…

15、…,,標準模塊,,GPRS,模塊,,GSM,模塊,,,藍牙模塊,, ……,,標準計算平臺,,基于,PC104,的嵌入式計算機,2024/12/9,43,,標準軟構(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)動程序,,2024/12/9,44,,自研硬構(gòu)件,,內(nèi)容,,邏輯電路，專用加速器，,……,,實現(xiàn)方式,,PCB,：,,IC,：,PLD FPGA ASIC,……,,EDA,設計工具,,板級：,,原理圖設計工具,,PCB,設計工具,,IC,,硬件描述語言,: VHDL,Verilog,202

16、4/12/9,45,,自研軟構(gòu)件,,驅(qū)動程序,,應用程序,,……,2024/12/9,46,,構(gòu)件的選擇,,授權(quán)構(gòu)件的費用一般都較高，但大都經(jīng)過嚴格的測試，可靠性高，調(diào)試時間短，而免費構(gòu)件相反；,,現(xiàn)在也有一些免費的自由（軟件）構(gòu)件，它們的性能、可靠性也很好；,,因此在構(gòu)件選擇的時候要加以權(quán)衡，確定哪種方案更好；,2024/12/9,47,,軟硬件技術(shù)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響,,硬軟件設計的趨勢,——,融合、滲透,,硬件設計的軟件化,,VHDL, Verilog,,HANDL-C,,軟件實現(xiàn)的硬件化,,各種算法的,ASIC,,對系統(tǒng)設計的影響,——,協(xié)同設計,,增加靈活性,,增加了風險,,2024/1

17、2/9,48,,構(gòu)件設計與實現(xiàn),,硬件構(gòu)件設計,,硬件構(gòu)件設計流程,,軟件構(gòu)件設計,,軟件構(gòu)件設計流程,2024/12/9,49,,硬件構(gòu)件設計,,設計硬件子系統(tǒng)功能,,電源子系統(tǒng)；,,最小系統(tǒng)；,,復位電路；,,……,,定義硬件子系統(tǒng)間接口,,確定硬件各子系統(tǒng)原理圖,,硬件子系統(tǒng)布版,,硬件子系統(tǒng)測試,2024/12/9,50,,硬件構(gòu)件設計流程,,2024/12/9,51,,例：嵌入式系統(tǒng)硬件系統(tǒng)構(gòu)件,,,2024/12/9,52,,軟件構(gòu)件設計,,設計軟件構(gòu)件功能,,定義軟件構(gòu)件接口,,規(guī)定構(gòu)件之間的調(diào)用關(guān)系,,規(guī)定軟件構(gòu)件出錯處理方案,,……,,2024/12/9,53,,軟件構(gòu)件設計

18、流程,,2024/12/9,54,,系統(tǒng)集成、測試與驗收,,系統(tǒng)集成,,系統(tǒng)測試,,系統(tǒng)驗收,,2024/12/9,55,,系統(tǒng)集成,,系統(tǒng)集成：把系統(tǒng)的軟件、硬件集成在一起，進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并改進構(gòu)件設計過程中的錯誤；,,集成可分兩步：,,在宿主機上模擬集成（軟集成）,,在目標機上集成,,各構(gòu)件設計階段盡可能地按階段組裝系統(tǒng)和相對獨立地測試系統(tǒng)功能；,,如果每次只對一部分模塊排錯，很可能更容易發(fā)現(xiàn)和識別簡單的錯誤；,2024/12/9,56,,系統(tǒng)測試,,系統(tǒng)測試：對系統(tǒng)進行測試，看是否滿足規(guī)格說明書中給定的功能要求；,,選擇測試實例：,,功能測試,,極限情況測試、邊界測試、異常測試、錯誤測試

19、、隨機測試、性能測試,,覆蓋測試,,語句測試、判定或分支覆蓋、條件覆蓋,,灰盒測試,2024/12/9,57,,系統(tǒng)驗收,,系統(tǒng)經(jīng)過測試，確定實現(xiàn)規(guī)格說明書功能時停止測試；,,整理開發(fā)文檔和資料，提交開發(fā)報告；,,組織系統(tǒng)驗收，開發(fā)結(jié)束,,,2024/12/9,58,,例：驗收階段提交的文檔樣例,,技術(shù)文件目錄,,技術(shù)任務書,,技術(shù)方案報告,,產(chǎn)品標準（草案）,,技術(shù)條件,,可靠性技術(shù)設計,,技術(shù)設計說明書,,試產(chǎn)總結(jié),,測試報告,2024/12/9,59,,想一想,,如何選擇嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng),,簡述嵌入式系統(tǒng)的設計過程,2024/12/9,60,,本章內(nèi)容小結(jié),,需求分析、,規(guī)格說明,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計、硬件和軟件的選擇,,構(gòu)件技術(shù)、構(gòu)件設計與實現(xiàn),,系統(tǒng)集成、測試與驗收,,2024/12/9,61,,本章課后作業(yè),,,2024/12/9,62,,