嵌入式系统软件开发和设计流程

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；

从软件工程的角度来说，嵌入式应用软件也有一定的生命周期，如要进行需求分析、系统设计、代码编写、调试和维护等工作，软件工程的许多理论对它也是适用的。

但和其他通用软件相比，它的开发有许多独特之处：

·在需求分析时，必须考虑硬件性能的影响，具体功能必须考虑由何种硬件实现。

·在系统设计阶段，重点考虑的是任务的划分及其接口，而不是模块的划分。模块划分则放在了任务的设计阶段。

·在调试时采用交叉调试方式。

·软件调试完毕固化到嵌入式系统中后，它的后期维护工作较少。

下面主要介绍分析和设计阶段的步骤与原则：

1、 需求分析

对需求加以分析产生需求说明，需求说明过程给出系统功能需求，它包括：

·系统所有实现的功能

·系统的输入、输出

·系统的外部接口需求（如用户界面）

·它的性能以及诸如文件/数据库安全等其他要求

在实时系统中，常用状态变迁图来描述系统。在设计状态图时，应对系统运行过程进行详细考虑，尽量在状态图中列出所有系统状态，包括许多用户无需知道的内部状态，对许多异常也应有相应处理。

此外，应清楚地说明人机接口，即操作员与系统间地相互作用。对于比较复杂地系统，形成一本操作手册是必要的，为用户提供使用该系统的操作步骤。为使系统说明更清楚，可以将状态变迁图与操作手册脚本结合起来。 在对需求进行分析，了解系统所要实现的功能的基础上，系统开发选用何种硬件、软件平台就可以确定了。

对于硬件平台，要考虑的是微处理器的处理速度、内存空间的大小、外部扩展设备是否满足功能要求等。如微处理器对外部事件的响应速度是否满足系统的实时性要求，它的稳定性如何，内存空间是否满足操作系统及应用软件的运行要求，对于要求网络功能的系统，是否扩展有以太网接口等。

对于软件平台而言，操作系统是否支持实时性及支持的程度、对多任务的管理能力是否支持前面选中的微处理器、网络功能是否满足系统要求以及开发环境是否完善等都是必须考虑的。

当然，不管选用何种软硬件平台，成本因素都是要考虑的，嵌入式Linux正是在这方面具有突出的优势。

嵌入式系统中的开发流程与项目管理

嵌入式系统开发是一项复杂而关键的工作，它涉及硬件和软件的集成，需要高度的技术能力和严谨的项目管理。在开发嵌入式系统时，我们需要遵循一系列的开发流程和项目管理方法，以确保项目的顺利进行并保证最终产品的质量和可靠性。

一、开发流程

1. 需求分析：在嵌入式系统开发的初期阶段，我们需要明确需求。通过与客户、市场调研以及用户反馈等渠道获得准确的需求信息。同时，针对需求进行分析和评估，确定系统的功能、性能和可靠性等要求，并将其转化为具体的技术规格和设计需求文档。

2. 系统设计：在需求分析的基础上，进行系统设计。系统设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计涉及到选择合适的芯片、传感器、通讯模块等硬件组件，并进行电路设计和布局。软件设计则涉及到选择合适的开发工具和框架，编写模块划分、接口设计和算法实现等。

3. 开发和集成：在系统设计完成后，开始进行开发和集成工作。硬件开发包括原型设计、电路板制作和组装等。软件开发包括编写驱动程序、应用程序和系统软件等。同时，硬件和软件的集成也需要进行，确保各个组件能够正常工作并相互配合。

4. 测试和验证：在开发和集成完成后，进行系统的测试和验证。测试和验证包括功能测试、性能测试、可靠性测试和兼容性测试等，以确保系统满足设计要求。同时，还需要进行系统的调试和优化，修复可能存在的问题和缺陷。

5. 量产和部署：在测试和验证通过后，进行系统的量产和部署。量产阶段需要进行大规模的生产和组装，并对产品进行质量控制和检测。部署阶段涉及将系统安装到目标设备中，进行现场调试和运行。 二、项目管理

1. 定义项目目标和范围：在项目启动的初期，明确项目的目标和范围。定义项目的关键目标和交付物，并明确项目的时间和资源限制。

2. 制定项目计划：根据项目目标和范围，制定项目计划。项目计划包括项目的里程碑、关键路径、资源分配和进度安排等。同时，也需要考虑项目的风险和变化因素，并进行相应的排除和调整。

(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。