嵌入式系统的设计流程与步骤

嵌入式系统开发的模式与流程

2007年12月14日 星期五 17:28

1 嵌入式系统的结构

1.1 嵌入式系统的硬件架构

如图5-1所示，为嵌入式系统硬件模型结构，此系统主要由微处理器MPU、外围电路，以及外设组成，微处理器为ARM嵌入式处理芯片，如ARM7TMDI系列及ARM9系列微处理器，MPU为整个嵌入式系统硬件的核心，决定了整个系统功能和应用领域。外围电路根据微处理器不同而略有不同，主要由电源管理模型、时钟模块、闪存FIASH、随机存储器RAM，以及只读存储器ROM组成。这些设备是一个微处理器正常工作所必须的设备。外部设备将根据需要而各不相同，如通用通信接口USB、RS-232、RJ-45等，输入输出设备，如键盘、LCD等。外部设备将根据需要定制。

嵌入式处理系统主要包括嵌入式微处理器、存储设备、模拟电路及电源电路、通信接口，以及外设电路。

1.2嵌入式系统的软件结构

嵌入式系统与传统的单片机在软件方面最大的不同就是可以移植操作系统，从而使软件设计层次化，传统的单片机在软件设计时将应用程序与系统、驱动等全部混在一起编译，系统的可扩展性，可维护性不高，上升到操作系统后，这一切变得很简单可行。

嵌入式操作系统在软件上呈现明显的层次化，从与硬件相关的BSP到实时操作系统内核RTOS，到上层文件系统、GUI界面，以及用户层的应用软件。各部分可以清晰地划分开来，如图5-2所示。当然，在某些时候这种划分也不完全符合应用要求。需要程序设计人员根据特定的需要来设计自己的软件。

板级支持包(Board Support Packet)主要用来完成底层硬件相关的信息，如驱动程序，加载实时操作系统等功能;

实时操作系统层主要就是常见的嵌入式操作系统，设计者根据自己特定的需要来设计移植自己的操作系统，即添加删除部分组件，添加相应的硬件驱动程序，为上层应用提供系统调用；

文件系统、GUI，以及系统管理主要应对需要，即如果需要文件系统及图形界面支持才需要设计，主要是为了应用程序员开发应用程序提供更多更便捷更丰富的API接口；

嵌入式系统中的芯片设计与实现

嵌入式系统是一种专门设计的计算机系统，它能够完成特定的功能并以可控的方式与其他系统交互。嵌入式系统通常具有小型化、低功耗、高可靠性和实时性等特点，因此被广泛应用于汽车电子、医疗设备、智能家居、工业控制等领域。而芯片则是嵌入式系统的核心组成部分，其设计和实现的质量直接影响着整个系统的性能和稳定性。本文将从芯片设计的基础知识、常用工具、设计流程和实现技巧等方面，为读者介绍嵌入式系统中的芯片设计与实现。

一、芯片设计的基础知识

芯片设计需要掌握的基础知识包括模拟电路、数字电路、计算机体系结构和嵌入式系统原理。其中，模拟电路主要涉及到电压、电流、电阻等物理量，需要掌握放大器、滤波器、运算放大器等基本电路的设计和分析方法。数字电路则是以二进制逻辑运算为基础，涉及到逻辑门、寄存器、计数器、存储器等数字电路的设计和分析方法。计算机体系结构是嵌入式系统的核心，需要掌握CPU、存储器、总线以及相关的编程语言和开发环境。嵌入式系统原理则强调对应用场景的理解和特定解决方案的设计，需要掌握具体的硬件和软件实现方法。

二、常用芯片设计工具

芯片设计通常需要使用电路仿真、绘图和物理设计等工具。电路仿真工具能够帮助芯片设计师模拟电路的工作状态和性能，常用的仿真工具有SPICE、PSPICE、HSPICE等。绘图工具主要用于绘制原理图、布局和连线图，常用的工具有Altium

Designer、OrCAD、PCB Artist等。物理设计工具则是将电路布局转换为物理结构，包括各层电路的布局和相对位置等，常用的工具有Virtuoso Layout Suite、Cadence等。

三、芯片设计流程 芯片设计流程一般包括芯片规格确认、电路设计、验证和测试等步骤。首先，需要对芯片的规格进行详细的确认，包括输入输出接口、运算速度、功耗和封装方式等方面。其次，进行电路设计，包括电路原理图绘制、电路布局和连线的确定等工作。设计完成后，需要进行仿真验证，以确保电路的功能、性能和稳定性。最后，进行物理设计，并将完成的芯片进行测试，以确保其符合规格要求和功能需求。

(完整)一个典型的嵌入式系统设计和实现

关键字： 嵌入式系统设计 ARM FPGA 多功能车辆总线 Multifunction Vehicle Bus

在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展,嵌入式技术应用范围的急剧扩大.本文介绍了一种基于ARM和FPGA,从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus）MVB??B嵌入式系统的设计和实现。

系统设计和实现

通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下:

1. 确定嵌入式系统的需求；

2. 设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统,开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成；

3. 详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发;

4. 软硬件的联调和集成；

5. 系统的测试。

一、步骤1：确定系统的需求：

嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的,市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。

1、MVB总线简介

列车通信网（Train Communication Network，简称TCN）是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准（IEC－61375-1), 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB）和多功能车厢总线（MVB）。 (完整)一个典型的嵌入式系统设计和实现

TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中 的地位。多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络.在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点：

拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式,吸取了ISO的标准。支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。简单的传感器和智能站共存于同一总线上。

嵌入式系统设计与实现

嵌入式系统是一种基于微处理器或微控制器的系统，它具有高度集成、占用资源少、功耗低、响应速度快等特点。嵌入式系统的应用范围非常广泛，如智能家居、汽车电子、医疗设备、航空航天等领域都有嵌入式系统的应用。嵌入式系统的设计和实现是嵌入式技术的核心问题，下面我们来探讨一下嵌入式系统的设计和实现。

一、嵌入式系统的设计

嵌入式系统的设计包括硬件设计和软件设计两个方面，其中硬件设计是通过硬件电路来实现嵌入式系统的功能，软件设计是通过软件程序来控制硬件电路来实现嵌入式系统的功能。

1.硬件设计

嵌入式系统的硬件设计是嵌入式系统设计中非常重要的一部分，它是指通过硬件电路来实现嵌入式系统的功能。硬件设计包括电路原理设计、电路板设计、试制调试等环节。

电路原理设计是整个硬件设计中最基础的一步，它通过电路原理图的设计描述硬件系统的功能和性能要求。根据电路原理设计，进行电路板布线设计，把电路原理图中的模块进行合理地布局，最终实现整个电路板的设计。

在电路板设计完成后，需要进行试制调试。试制调试是把硬件设计的结果用实体样机进行测试和验证的过程。通过试制调试，对硬件电路的性能进行测试和验证，对华丽版进行调整和修改，最终在硬件上实现嵌入式系统的功能。

2.软件设计

嵌入式系统的软件设计是通过软件程序来控制硬件电路来实现系统的功能。软件设计包括嵌入式系统开发的整个过程，包括系统调研、需求分析、架构设计、程序编写和调试等环节。

在软件设计中，需求分析是一个非常关键的环节，它通过与用户和应用场景的沟通了解用户需求和应用场景的特点以及限制因素，确定系统的需求规格和性能要求，为软件架构设计提供了基础。

在软件架构设计中，选择合适的操作系统和软件架构对于嵌入式系统的功能实现和性能优化有着至关重要的作用。在程序编写和调试环节中，需要对软件程序进行不断地优化和调试，以提高系统的运行效率，实现嵌入式系统的功能。

二、嵌入式系统的实现