嵌入式系统原理-第2章嵌入式系统开发技术.pptx
《嵌入式系统原理-第2章嵌入式系统开发技术.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《嵌入式系统原理-第2章嵌入式系统开发技术.pptx(172页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院1第第2 2章章 嵌入式系统开发技术嵌入式系统开发技术 嵌入式系统的设计开发与一般计算机系统硬软件设嵌入式系统的设计开发与一般计算机系统硬软件设计方法有很大不同计方法有很大不同.知识面同时覆盖硬件知识面同时覆盖硬件,软件软件,应用对应用对象的特性象的特性(如机械方面如机械方面,电机传动方面等电机传动方面等).本章讨论下本章讨论下面问题面问题:1.嵌入式系统的结构分析嵌入式系统的结构分析2.嵌入式系统的设计方法嵌入式系统的设计方法3.嵌入式系统开发技术嵌入式系统开发技术4.嵌入式系统的调试技术嵌入式系统的调试技术5.嵌入式系统的开发技术的发展趋势及其挑
2、战嵌入式系统的开发技术的发展趋势及其挑战2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院22.1 2.1 嵌入式系统的结构分析嵌入式系统的结构分析n一个嵌入式系统一般都由嵌入式计算机系统和执行一个嵌入式系统一般都由嵌入式计算机系统和执行装置装置(被控对象被控对象)组成组成.见见P16 图图2-1n而嵌入式计算机系统一般包括而嵌入式计算机系统一般包括:硬件层硬件层,中间层中间层,(系统系统)软件层软件层,应用软件层应用软件层(功能层功能层)n执行装置也称为被控对象执行装置也称为被控对象,它接受系统发出的控制命它接受系统发出的控制命令令,执行规定的操作或任务执行规定的操作或任务.如手机中的微型电机如手
3、机中的微型电机,机机床等设备中的伺服电机床等设备中的伺服电机,冶炼中的热电耦冶炼中的热电耦,石油化工石油化工企业用的流量计企业用的流量计,铁路信号连锁控制器等铁路信号连锁控制器等.n本章分别介绍嵌入式计算机系统中的本章分别介绍嵌入式计算机系统中的1.硬件层硬件层;2.中间层中间层;3.系统软件层系统软件层;以及以及4.应用软件层应用软件层2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院3图2-1 嵌入式系统的组成结构玻璃配料:参考资料GLASS BATCHING.doc2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院42.1.1 2.1.1 硬件层硬件层n硬件层主要由嵌入式微处理器硬件层主要由嵌入式微
4、处理器,存储器存储器SDRAM、ROM、Flash等等,电源电路、时钟电路、复位电路、存储器控制电路电源电路、时钟电路、复位电路、存储器控制电路组成组成嵌入式基本系统嵌入式基本系统.n根据需要选定通用设备接口和根据需要选定通用设备接口和I/O接口接口(A/D、D/A、开关、开关、键盘按钮、传感器、键盘按钮、传感器、LED/LCD等等)等组成等组成.形成完整的嵌入式形成完整的嵌入式系统系统.n专用集成电路芯片专用集成电路芯片(ASIC,Application Specific Integrated Circuit),如打印机控制器如打印机控制器,硬盘控制器等硬盘控制器等.n可编程阵列芯片可编程阵
5、列芯片(FPGA和和CPLD)FPGA(Field Programmable Gate Array),即现场可编程),即现场可编程门阵列门阵列 2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院52.1.1 2.1.1 硬件层硬件层-可编程芯片可编程芯片(FPGA)(FPGA)nFPGA(FieldProgrammable Gate Array),即现场可编,即现场可编程门阵列程门阵列.nFPGA以硬件描述语言(以硬件描述语言(Verilog 或或 VHDL)所完成的电路)所完成的电路设计,设计,可以经过简单的综合与布局,快速的烧录至可以经过简单的综合与布局,快速的烧录至 FPGA 上上进行测试,是
6、现代进行测试,是现代 IC 设计验证的技术主流。设计验证的技术主流。nFPGA中的可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电中的可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。功能比如解码器或数学方程式。n在大多数的在大多数的FPGA里面,这些可编辑的元件里也包含记忆元里面,这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(件例如触发器(flipflop)或者其他更加完整的记忆块。)或者其他更加完整的记忆块。进一步阅读资料进一步阅读资料:参考资料参考资料CPLD、FPGA、及、及IP核参考文
7、献核参考文献FPGA介绍介绍.doc2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院62.1.1 2.1.1 硬件层硬件层-可编程芯片可编程芯片(CPLD)(CPLD)nCPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编复杂可编程逻辑器件,属于规模大,结构复杂的大规模集成电路范围。程逻辑器件,属于规模大,结构复杂的大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。路。nCPLD的基本设计方法是借助集成开发软件平台,用原理图、的基本设计方法是借助集成开发软件平台,用原理图、硬件描述语言等
8、方法,生成相应的目标文件,通过下载电缆硬件描述语言等方法,生成相应的目标文件,通过下载电缆(“在系统在系统”编程)将代码传送到目标芯片中,实现设计的编程)将代码传送到目标芯片中,实现设计的数字系统数字系统.nCPLD主要是由可编程逻辑宏单元主要是由可编程逻辑宏单元(MC,Macro Cell)围绕中围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。心的可编程互连矩阵单元组成。n其中其中MC结构较复杂,并具有复杂的结构较复杂,并具有复杂的I/O单元互连结构,可由单元互连结构,可由用户根据需要生成特定的电路结构,完成一定的功能。用户根据需要生成特定的电路结构,完成一定的功能。n由于由于CPLD内部采用固定长度的金
9、属线进行各逻辑块的互连,内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连,所以设计的逻辑电路具有时间可预测性,避免了分段式互连所以设计的逻辑电路具有时间可预测性,避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。结构时序不完全预测的缺点。n进一步阅读进一步阅读:参考资料参考资料CPLD、FPGA、及、及IP核参考文献核参考文献CPLD介绍介绍.doc2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院72.1.2 2.1.2 中间层中间层n硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(Hardware Abstract Layer,HAL)或板级支持包()或板级支持包(
10、Board Support Package,BSP)。)。n中间层将系统上层软件与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动程序与硬中间层将系统上层软件与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动程序与硬件无关件无关,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据BSP 层层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入输入/输出操作和硬件设备的配置功能。输出操作和硬件设备的配置功能。BSP具有以下两个特点。具有以下两个特点。n硬件相关性:因为硬件相关性:因为嵌入式实时系统
11、嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性,而作为上的硬件环境具有应用相关性,而作为上层软层软 件与硬件平台之间的接口件与硬件平台之间的接口,BSP需要为操作系统提供操作和控制具需要为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法。体硬件的方法。n操作系统相关性:不同的操作系统具有各自的软件层次结构,因此,不同操作系统相关性:不同的操作系统具有各自的软件层次结构,因此,不同的操作系统具有特定的硬件接口形式。的操作系统具有特定的硬件接口形式。nBSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次,包括了系统中大部是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次,包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。分与硬件联系紧
12、密的软件模块。n设计一个完整的设计一个完整的BSP需要完成两部分工作:嵌入式系统的需要完成两部分工作:嵌入式系统的硬件初始化硬件初始化以及以及BSP功能,设计功能,设计硬件相关的设备驱动硬件相关的设备驱动。2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院82.1.2 2.1.2 中间层中间层-嵌入式系统硬件初始化嵌入式系统硬件初始化 系统初始化可以分为系统初始化可以分为3个主要环节,依次为:个主要环节,依次为:片级初始化、板片级初始化、板级初始化和系统级初始化级初始化和系统级初始化。n片级初始化片级初始化:完成嵌入式微处理器的初始化,包括设置嵌入式微处完成嵌入式微处理器的初始化,包括设置嵌入式微处
13、理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微处理器核心工作模式和理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微处理器核心工作模式和嵌入式微处理器的局部总线模式等。嵌入式微处理器的局部总线模式等。片级初始化把嵌入式微处理器片级初始化把嵌入式微处理器从上电时的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。这是一个从上电时的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。这是一个纯硬件的初始化过程。纯硬件的初始化过程。(F28XXDSP,内核先上电,外围后上电,内核先上电,外围后上电)n板级初始化板级初始化:完成嵌入式微处理器以外的完成嵌入式微处理器以外的其他硬件设备的初始化其他硬件设备的初始化。另外,还需设置某些软件的数据结
14、构和参数,为随后的系统级初始另外,还需设置某些软件的数据结构和参数,为随后的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。这是一个同时包含软硬化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。件两部分在内的初始化过程。n系统初始化系统初始化:该初始化过程以软件初始化为主,主要进行操作系统该初始化过程以软件初始化为主,主要进行操作系统的初始化的初始化。BSP将对嵌入式微处理器的将对嵌入式微处理器的控制权转交给嵌入式操作系控制权转交给嵌入式操作系统统,由操作系统完成余下的初始化操作,包含加载和初始化与硬件,由操作系统完成余下的初始化操作,包含加载和初始化与硬件无
15、关的设备驱动程序,建立系统内存区,加载并初始化其他系统软无关的设备驱动程序,建立系统内存区,加载并初始化其他系统软件模块,如网络系统、文件系统等。最后,操作系统创建应用程序件模块,如网络系统、文件系统等。最后,操作系统创建应用程序环境,并将控制权交给应用程序的入口。环境,并将控制权交给应用程序的入口。2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院92.1.2 2.1.2 中间层中间层-硬件相关的设备驱动程序硬件相关的设备驱动程序 nBSPBSP的另一个主要功能是的另一个主要功能是硬件相关的设备驱动硬件相关的设备驱动。硬。硬件相关的设备驱动程序的初始化通常是一个从高件相关的设备驱动程序的初始化通常
16、是一个从高到低的过程。到低的过程。n尽管尽管BSPBSP中包含硬件相关的设备驱动程序,但是这中包含硬件相关的设备驱动程序,但是这些设备驱动程序通常不直接由些设备驱动程序通常不直接由BSPBSP使用,而是在系使用,而是在系统初始化过程中由统初始化过程中由BSPBSP将它们与操作系统中通用的将它们与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来设备驱动程序关联起来,并在随后的应用中由通,并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用,实现对硬件设备的操作。用的设备驱动程序调用,实现对硬件设备的操作。n与硬件相关的驱动程序是与硬件相关的驱动程序是BSPBSP设计与开发中另一个设计与开发中另一个非常关键的环节。非常关
17、键的环节。n 参考资料参考资料BSPBSP嵌入式系统中嵌入式系统中BSPBSP的作用及其相关的作用及其相关联环节的分析联环节的分析.pdf.pdf2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院102.1.3 2.1.3 系统软件层系统软件层n系统软件层由系统软件层由实时多任务操作系统实时多任务操作系统(Real-time Operation Real-time Operation SystemSystem,RTOSRTOS)、文件系统、图形用户接口()、文件系统、图形用户接口(Graphic User Graphic User InterfaceInterface,GUIGUI)、网络系统及通用
18、组件模块组成。)、网络系统及通用组件模块组成。RTOSRTOS是嵌入是嵌入式应用软件的基础和开发平台。式应用软件的基础和开发平台。nRTOSRTOS负责嵌人系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作,控制负责嵌人系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作,控制协调并发活动;它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某协调并发活动;它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。些模块来达到系统所要求的功能。nRTOSRTOS在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。用的专用性等方面具
19、有较为突出的特点。n RTOSRTOS是相对于一般操作系统而言的,它除具备了一般操作系统最是相对于一般操作系统而言的,它除具备了一般操作系统最基本的功能,如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外,基本的功能,如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外,还有以下特点:还有以下特点:(1)(1)可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。(2)(2)强实时性。强实时性。(3)(3)统一的接口。提供各种设备驱动接日统一的接口。提供各种设备驱动接日.(4).(4)操作方便、简单、提操作方便、简单、提供友好的图形供友好的图形GUIGUI,(5)(5)提供强大的网络功
20、能,提供强大的网络功能,(6)(6)强稳定性,弱交强稳定性,弱交互性。互性。(7)(7)固化代码。嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式固化代码。嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的系统计算机的ROMROM中。中。(8)(8)良好的移植性良好的移植性.2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院112.1.4 2.1.4 应用软件层应用软件层n应用软件层也成为功能层应用软件层也成为功能层.主要由基于主要由基于RTOS开发的应用程序组成开发的应用程序组成,完成对被控对象的控制完成对被控对象的控制功能功能.n该层为方便用户操作该层为方便用户操作,往往需要提供一个友好往往需要提供一个友
21、好的人机界面的人机界面.n对复杂系统对复杂系统,要对系统进行需求分析要对系统进行需求分析,确定系统确定系统的功能的功能.然后将其映射到整个系统的硬件然后将其映射到整个系统的硬件,软件软件和执行装置的设计过程中和执行装置的设计过程中.该过程称为系统的该过程称为系统的功能实现功能实现.2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院122.2 2.2 嵌入式系统的设计方法嵌入式系统的设计方法 本节介绍如下三个方面的内容本节介绍如下三个方面的内容:1.嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程2.嵌入式系统的一般设计方法嵌入式系统的一般设计方法3.嵌入式系统的软、硬件协同设计技术嵌入式系统的软、硬件协同设
22、计技术2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院132.2.1 2.2.1 嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程n如图如图2.2所示,嵌入式系统设计一般由所示,嵌入式系统设计一般由5个阶段构成:个阶段构成:n需求分析需求分析;n体系结构设计体系结构设计;n硬件,软件设计硬件,软件设计;n系统集成系统集成;n系统测试。系统测试。n各个阶段之间往往要求不断的反复和修改,直至完各个阶段之间往往要求不断的反复和修改,直至完成最终设计目标。成最终设计目标。2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院14图图2.2 嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院
23、151 1系统需求分析系统需求分析确定设计任务和设计目标,并提炼出设计规格说明书。系统确定设计任务和设计目标,并提炼出设计规格说明书。系统的需求一般分功能性需求和非功能性需求两方面。功能性需求是的需求一般分功能性需求和非功能性需求两方面。功能性需求是系统的基本功能,如输入输出信号、操作方式等;非功能需求包系统的基本功能,如输入输出信号、操作方式等;非功能需求包括系统性能、成本、功耗、体积、重量、等因素。括系统性能、成本、功耗、体积、重量、等因素。2 2体系结构设计体系结构设计对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选型对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。一个
24、好的体系结构是设计成功与否的关键。等。一个好的体系结构是设计成功与否的关键。3 3硬件,软件设计硬件,软件设计基于体系结构,对系统的软件、硬件进行详细设计。为了缩短产基于体系结构,对系统的软件、硬件进行详细设计。为了缩短产品开发周期,设计往往是并行的。应该说,嵌入式系统设计的工品开发周期,设计往往是并行的。应该说,嵌入式系统设计的工作大部分都集中在软件设计上,采用面向对象技术、软件组件技作大部分都集中在软件设计上,采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。术、模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。4 4系统集成系统集成把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起,进行
25、调试,发现并把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起,进行调试,发现并改进单元设计过程中的错误。改进单元设计过程中的错误。5 5系统测试系统测试对设计好的系统进行测试,看其是否满足规格说明书中给定的功对设计好的系统进行测试,看其是否满足规格说明书中给定的功能要求。针对系统的不同的复杂程度,目前有一些常用的系统设能要求。针对系统的不同的复杂程度,目前有一些常用的系统设计方法,如自顶向下的设计方法、自下向上的设计方法、逐步细计方法,如自顶向下的设计方法、自下向上的设计方法、逐步细化设计方法和并行设计方法等。化设计方法和并行设计方法等。2024/4/6 周六华中科技大学计算机学院162.2.2 2.2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 嵌入式 系统 原理 开发 技术
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。