1、第六章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計技術(shù),山東大學(xué)精品課程,嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù),主編：賈智平張瑞華,清華大學(xué)出版社,2,內(nèi)容提要,設(shè)計示例：車載GPS終端系統(tǒng)的設(shè)計,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程,嵌入式系統(tǒng)的組成,嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點,3,嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點,面向特定應(yīng)用 硬件和軟件必須高效設(shè)計，保持競爭力 需要交叉開發(fā)環(huán)境 嵌入式系統(tǒng)程序需要固化 嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)難度較大 需要強大的硬件開發(fā)工具和軟件包的支持，需要設(shè)計者從速度、功能和成本綜合考慮,4,內(nèi)容提要,設(shè)計示例：車載GPS終端系統(tǒng)的設(shè)計,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程,嵌入式系統(tǒng)的組成,嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點,5,嵌入式系統(tǒng)的組成,6,硬件層,iPod n

2、ano 拆機圖片,硬件層是由嵌入式微處理器、存儲器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口和I/O接口組成，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中,MP3隨身聽的硬件組成,7,中間層-BSP（板級支持包）,設(shè)計一個完整的BSP的步驟 嵌入式系統(tǒng)的初始化 片級初始化 板級初始化 系統(tǒng)級初始化 硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序,BSP的兩個特點 操作系統(tǒng)相關(guān)性 硬件相關(guān)性,8,內(nèi)容提要,設(shè)計示例：車載GPS終端系統(tǒng)的設(shè)計,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程,嵌入式系統(tǒng)的組成,嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點,9,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程,10,需求分析階段,需求分析表格,11,規(guī)格說明階段,系統(tǒng)規(guī)格說明 說明系統(tǒng)做些什么，具有哪些方面的功能 是系統(tǒng)開發(fā)、驗收

3、和管理的依據(jù) 不能有任何歧義 必須認真仔細編寫，以便能夠精確詳盡地反映客戶對系統(tǒng)各方面的需求 是設(shè)計時必須明確遵循的要求和準則,12,體系結(jié)構(gòu)設(shè)計,硬件平臺的選擇 處理器的選擇 軟件平臺的選擇 操作系統(tǒng)的選擇 編程語言的選擇 集成開發(fā)環(huán)境考慮的因素 硬件調(diào)試工具的選擇 軟件組件的選擇,體系結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)所述的功能和非功能的需求，包括對硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃分以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。,13,處理器的選擇,Intel Xscale，ARM指令集,Intel Atom，X86指令集,龍芯，MIPS指令集,處理器選擇考慮因素 處理器性能 處理器技術(shù)指標 功耗 軟件支持工具 處理器是否內(nèi)

4、置調(diào)試工具 供應(yīng)商是否提供評估板,14,操作系統(tǒng)的選擇,考慮以下幾個方面： 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)及其提供的系統(tǒng)API 是否提供硬件的驅(qū)動程序 是否具有可裁剪性 操作系統(tǒng)的實時功能,15,編程語言的選擇,考慮因素： 通用性 可移植性程度 執(zhí)行效率 可維護性,匯編語言,C/C+,Java ME,選哪個好呢？,16,集成開發(fā)環(huán)境考慮的因素,系統(tǒng)調(diào)試器的功能 支持庫函數(shù) 編譯器開發(fā)商是否持續(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,17,硬件調(diào)試工具的選擇,常用的硬件調(diào)試工具 實時在線仿真器(ICE，In

5、-Circuit Emulator) 駐留監(jiān)控軟件 ROM仿真器 JTAG仿真器,18,設(shè)計硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件,構(gòu)件通常包括硬件（電路板，現(xiàn)場可編程門陣列等等）和軟件模塊 構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)與體系結(jié)構(gòu)和規(guī)格說明保持一致 為了縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，往往硬件和軟件的設(shè)計是并行的 軟件設(shè)計上，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)、軟件組件技術(shù)、模塊化設(shè)計是現(xiàn)代軟件工程當中經(jīng)常采用的方法,19,系統(tǒng)集成和測試,20,內(nèi)容提要,設(shè)計示例：車載GPS終端系統(tǒng)的設(shè)計,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程,嵌入式系統(tǒng)的組成,嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的特點,21,統(tǒng)一建模語言UML,采用UML進行設(shè)計具有以下特點和優(yōu)勢 UML語言簡單,易學(xué)、易用 UML采用可視

6、化的圖形描述，比較形象直觀 可以使不同技術(shù)背景的開發(fā)人員和設(shè)計人員很容易的相互交流 UML語言是第三代面向?qū)ο蠼ＵZ言的標準，被絕大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認同 UML采用圖形化的設(shè)計，將系統(tǒng)的核心部分描述出來，可以供以后系統(tǒng)開發(fā)使用 有利于項目的回溯和測試,22,UML的組成部分,用例視圖,邏輯視圖,部署視圖,并發(fā)視圖,組件視圖,視圖,圖,模型元素,通用機制,部署圖,組件圖,活動圖,協(xié)作圖,順序圖,狀態(tài)圖,對象圖,類圖,用例圖,節(jié)點等,狀態(tài),對象,類,規(guī)格說明,注解,修飾,23,用例圖,用例是對系統(tǒng)提供的某個功能的描述，用例只描述系統(tǒng)功能，并不描述實現(xiàn)，也就是說，用例定義系統(tǒng)的功能需求。上面是一個評分系

7、統(tǒng)用例圖,24,類圖,類圖顯示系統(tǒng)中各個類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。類可以以多種方式相互連接在一起：關(guān)聯(lián)、依賴、特殊化或者打包。上面是評分系統(tǒng)的類圖,25,對象圖,對象圖是類圖的一個實體，它使用的符號與類圖基本上相同 對象圖顯示的不是實際的類，而是類的多個對象的實例 用帶下滑線的對象名來表示對象和顯示一個關(guān)系中的所有實例,26,狀態(tài)圖,狀態(tài)圖是對類的描述的補充。它用于顯示類的對象可能具備的所有狀態(tài)，以及那些引起狀態(tài)改變的事件,27,順序圖,順序圖顯示多個對象之間的動態(tài)協(xié)作，順序圖重點是顯示對象之間發(fā)送的消息的時間順序,28,協(xié)作圖,協(xié)作圖像順序圖一樣顯示動態(tài)協(xié)作，如果上下文是需要重點強調(diào)的方面，選擇協(xié)作圖，

8、如果時間或順序是需要重點強調(diào)的方面，那么選擇順序圖 協(xié)作圖顯示多個對象以及它們之間的關(guān)系常把協(xié)作圖當作一個對象圖來繪制,29,活動圖,活動圖用于顯示一系列順序的活動。它主要用來描述在一個操作內(nèi)執(zhí)行的哪些活動 活動圖由多個動作狀態(tài)組成，這些動作狀態(tài)包含將被執(zhí)行的活動（一個動作）的規(guī)格說明,30,組件圖,組件圖是用代碼組件來顯示代碼物理結(jié)構(gòu)的 組件可以是二進制組件、源代碼組件或一個可執(zhí)行的組件,31,部署圖,部署圖用于顯示系統(tǒng)中的硬件和軟件的物理結(jié)構(gòu) 部署圖可以顯示實際的計算機和設(shè)備（或者Node），同時還有它們之間的必要的連接，也可以顯示這些連接的類型,32,UML中的模型元素,在UML各種圖中

9、使用的概念都稱為模型元素 一個模型元素是用語義、該元素的正式定義或者用一條明確的語句中該元素所代表的準確意義來定義的,33,車載GPS終端系統(tǒng)簡介,車輛可以通過終端和GPS衛(wèi)星進行實時、準確的定位，并能夠通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)上報遠程的車輛控制中心系統(tǒng) 中心可以通過終端遠程監(jiān)視車行軌跡，甚至在特殊情況下通過終端控制車輛 終端還裝備車載電話，并可以在出現(xiàn)特殊的情況下及時的通知車輛調(diào)度控制中心 另外，通過終端車輛還可以接收少量的調(diào)度信息,GPS是指全球定位系統(tǒng)（Global Position System） 車載GPS終端是置于機動車內(nèi)的實時定位裝置 應(yīng)用對象是需要定位、調(diào)度的車隊，例如：運輸車隊、警車

10、和出租車等,34,需求分析,主要的角色有兩個：車輛調(diào)度中心用戶和車載終端用戶。 終端用戶可以撥打車載電話等；而調(diào)度中心可以查詢車輛位置，發(fā)送調(diào)度信息，控制車輛等,35,規(guī)格說明,使用類圖描述系統(tǒng)所要處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 上圖描述車載GPS終端需要接收的GPS衛(wèi)星信號,在規(guī)格說明階段，需要識別出系統(tǒng)的對象。首先以功能塊劃分，廣泛地找出系統(tǒng)的主要對象 然后使用協(xié)作圖描述它們之間的關(guān)系。上圖描述了車載GPS終端的主要對象,36,規(guī)格說明（續(xù)）,最后，在規(guī)格說明階段還需要進行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)描述 規(guī)范系統(tǒng)完成一定功能的主要流程，這可以利用活動圖進行 左圖顯示了當GPS數(shù)據(jù)到達時，車載GPS終端系統(tǒng)所進行的處理流程,37,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),對系統(tǒng)的各個模塊及模塊之間的關(guān)系仔細地分析，從而確定哪些部分用硬件完成，哪些部分用軟件實現(xiàn) 用協(xié)作圖和組件圖對系統(tǒng)的硬、軟件分別進行系統(tǒng)設(shè)計,38,構(gòu)件設(shè)計與測試,GSM通訊模塊的狀態(tài)圖,在構(gòu)件設(shè)計中，通常使用狀態(tài)圖、順序圖描述具體的系統(tǒng)流程,39,構(gòu)件設(shè)計與測試（續(xù)）,車載終端用戶與車輛調(diào)度中心通訊的處理過程，顯示了車載終端用戶在遇到特殊情況下通過車載電話或按鍵與調(diào)度中心保持通訊的系統(tǒng)的處理過程,40,思考題,嵌入式系統(tǒng)