第6章嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

1、第六章第六章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)容提要設(shè)計(jì)示例：車載設(shè)計(jì)示例：車載GPSGPS終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 面向特定應(yīng)用 硬件和軟件必須高效設(shè)計(jì)，保持競(jìng)爭(zhēng)力 需要交叉開(kāi)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(kāi)發(fā)難度較大 需要強(qiáng)大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包的支持，需要設(shè)計(jì)者從速度、功能和成本綜合考慮內(nèi)容提要設(shè)計(jì)示例：車載設(shè)計(jì)示例：車載GPSGPS終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組

2、成嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的組成硬件層iPod nano 拆機(jī)圖片 硬件層是由嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口和硬件層是由嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器系統(tǒng)、通用設(shè)備接口和I/OI/O接口組成，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在接口組成，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROMROM中中MP3隨身聽(tīng)的硬件組成中間層-BSP（板級(jí)支持包）設(shè)計(jì)一個(gè)完整的BSP的步驟 嵌入式系統(tǒng)的初始化片級(jí)初始化 板級(jí)初始化 系統(tǒng)級(jí)初始化 硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序BSP的兩個(gè)特點(diǎn) 操作系統(tǒng)相關(guān)性 硬件相關(guān)性內(nèi)容提要設(shè)計(jì)示例：車載設(shè)計(jì)示例：車載GPSGPS終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流

3、程嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程需求分析階段名稱目的輸入輸出功能性能生產(chǎn)成本功耗物理尺寸和重量需求分析表格需求分析表格規(guī)格說(shuō)明階段系統(tǒng)規(guī)格說(shuō)明 說(shuō)明系統(tǒng)做些什么，具有哪些方面的功能 是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、驗(yàn)收和管理的依據(jù) 不能有任何歧義 必須認(rèn)真仔細(xì)編寫(xiě)，以便能夠精確詳盡地反映客戶對(duì)系統(tǒng)各方面的需求 是設(shè)計(jì)時(shí)必須明確遵循的要求和準(zhǔn)則體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 硬件平臺(tái)的選擇 處理器的選擇 軟件平臺(tái)的選擇 操作系統(tǒng)的選擇 編程語(yǔ)言的選擇 集成開(kāi)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(shí)現(xiàn)所述的功能和非功能體

4、系結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)所述的功能和非功能的需求，包括對(duì)硬件、軟件和執(zhí)行裝置的功能劃的需求，包括對(duì)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。分以及系統(tǒng)的軟件、硬件選型等。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選擇考慮因素處理器性能處理器性能處理器技術(shù)指標(biāo)處理器技術(shù)指標(biāo)功耗功耗軟件支持工具軟件支持工具處理器是否內(nèi)置調(diào)試工具處理器是否內(nèi)置調(diào)試工具供應(yīng)商是否提供評(píng)估板供應(yīng)商是否提供評(píng)估板操作系統(tǒng)的選擇考慮以下幾個(gè)方面： 操作系統(tǒng)本身所提供的開(kāi)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

5、 開(kāi)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(dòng)程序 是否具有可裁剪性 操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功能編程語(yǔ)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(hù)性匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言C/C+Java ME選哪個(gè)好選哪個(gè)好呢？呢？集成開(kāi)發(fā)環(huán)境考慮的因素 系統(tǒng)調(diào)試器的功能 支持庫(kù)函數(shù) 編譯器開(kāi)發(fā)商是否持續(xù)升級(jí)編譯器 連接程序是否支持所有的文件格式和符號(hào)格式 硬件調(diào)試工具的選擇 常用的硬件調(diào)試工具 實(shí)時(shí)在線仿真器(ICE，In-Circuit Emulator) 駐留監(jiān)控軟件 ROM仿真器 JTAG仿真器 設(shè)計(jì)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(chǎng)可編程門(mén)陣列等等）和軟件模塊

6、構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)與體系結(jié)構(gòu)和規(guī)格說(shuō)明保持一致 為了縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，往往硬件和軟件的設(shè)計(jì)是并行的 軟件設(shè)計(jì)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(jì)是現(xiàn)代軟件工程當(dāng)中經(jīng)常采用的方法系統(tǒng)集成和測(cè)試 白盒測(cè)試黑盒測(cè)試測(cè)試規(guī)劃根據(jù)程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如語(yǔ)句的控制結(jié)構(gòu)，模塊間的控制結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行測(cè)試根據(jù)用戶的規(guī)格說(shuō)明，即針對(duì)命令、信息、報(bào)表等用戶界面及體現(xiàn)他們的輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是針對(duì)功能進(jìn)行測(cè)試優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)Τ绦騼?nèi)部的特定部位進(jìn)行覆蓋測(cè)試能站在用戶的立場(chǎng)上進(jìn)行測(cè)試缺點(diǎn)無(wú)法檢驗(yàn)程序的外部特性，無(wú)法對(duì)未實(shí)現(xiàn)規(guī)格說(shuō)明的程序內(nèi)部欠缺部分進(jìn)行測(cè)試不能測(cè)試程序內(nèi)部特定部位，如果

7、規(guī)格說(shuō)明錯(cuò)誤，則無(wú)法發(fā)現(xiàn)方法舉例語(yǔ)句覆蓋判定覆蓋條件覆蓋判定-條件覆蓋基本路徑覆蓋循環(huán)覆蓋模塊接口覆蓋基于圖的測(cè)試等價(jià)類劃分邊值分析比較測(cè)試內(nèi)容提要設(shè)計(jì)示例：車載設(shè)計(jì)示例：車載GPSGPS終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)終端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML 采用UML進(jìn)行設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) UML語(yǔ)言簡(jiǎn)單,易學(xué)、易用 UML采用可視化的圖形描述，比較形象直觀 可以使不同技術(shù)背景的開(kāi)發(fā)人員和設(shè)計(jì)人員很容易的相互交流 UML語(yǔ)言是第三代面向?qū)ο蠼ＵZ(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)，被絕大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認(rèn)同 UML采用圖形化的設(shè)計(jì)

8、，將系統(tǒng)的核心部分描述出來(lái)，可以供以后系統(tǒng)開(kāi)發(fā)使用 有利于項(xiàng)目的回溯和測(cè)試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(jī)制部署圖組件圖活動(dòng)圖協(xié)作圖順序圖狀態(tài)圖對(duì)象圖類圖用例圖節(jié)點(diǎn)等狀態(tài)對(duì)象類規(guī)格說(shuō)明注解修飾用例圖 用例是對(duì)系統(tǒng)提供的某個(gè)功能的描述，用例只描述系統(tǒng)功能，并不描述實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)，用例定義系統(tǒng)的功能需求。上面是一個(gè)評(píng)分系統(tǒng)用例圖 類圖 類圖顯示系統(tǒng)中各個(gè)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(píng)分系統(tǒng)的類圖 對(duì)象圖 對(duì)象圖是類圖的一個(gè)實(shí)體，它使用的符號(hào)與類圖基本上相同 對(duì)象圖顯示的不是實(shí)際的類，而是類的多個(gè)對(duì)象的

9、實(shí)例 用帶下滑線的對(duì)象名來(lái)表示對(duì)象和顯示一個(gè)關(guān)系中的所有實(shí)例狀態(tài)圖 狀態(tài)圖是對(duì)類的描述的補(bǔ)充。它用于顯示類的對(duì)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 順序圖 順序圖顯示多個(gè)對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作，順序圖重點(diǎn)是顯示對(duì)象之間發(fā)送的消息的時(shí)間順序 協(xié)作圖 協(xié)作圖像順序圖一樣顯示動(dòng)態(tài)協(xié)作，如果上下文是需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的方面，選擇協(xié)作圖，如果時(shí)間或順序是需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的方面，那么選擇順序圖 協(xié)作圖顯示多個(gè)對(duì)象以及它們之間的關(guān)系常把協(xié)作圖當(dāng)作一個(gè)對(duì)象圖來(lái)繪制 活動(dòng)圖 活動(dòng)圖用于顯示一系列順序的活動(dòng)。它主要用來(lái)描述在一個(gè)操作內(nèi)執(zhí)行的哪些活動(dòng) 活動(dòng)圖由多個(gè)動(dòng)作狀態(tài)組成，這些動(dòng)作狀態(tài)包含將被執(zhí)行的活動(dòng)（一個(gè)動(dòng)作

10、）的規(guī)格說(shuō)明組件圖 組件圖是用代碼組件來(lái)顯示代碼物理結(jié)構(gòu)的 組件可以是二進(jìn)制組件、源代碼組件或一個(gè)可執(zhí)行的組件 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(shí)際的計(jì)算機(jī)和設(shè)備（或者Node），同時(shí)還有它們之間的必要的連接，也可以顯示這些連接的類型 UML中的模型元素 在UML各種圖中使用的概念都稱為模型元素 一個(gè)模型元素是用語(yǔ)義、該元素的正式定義或者用一條明確的語(yǔ)句中該元素所代表的準(zhǔn)確意義來(lái)定義的 車載GPS終端系統(tǒng)簡(jiǎn)介 車輛可以通過(guò)終端和GPS衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的定位，并能夠通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)上報(bào)遠(yuǎn)程的車輛控制中心系統(tǒng)中心可以通過(guò)終端遠(yuǎn)程監(jiān)視車行軌跡，甚至在特殊情況下通過(guò)

11、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(shí)的通知車輛調(diào)度控制中心另外，通過(guò)終端車輛還可以接收少量的調(diào)度信息 lGPSGPS是指全球定位系統(tǒng)（是指全球定位系統(tǒng)（Global Global Position SystemPosition System）l車載車載GPSGPS終端是置于機(jī)動(dòng)車內(nèi)的實(shí)終端是置于機(jī)動(dòng)車內(nèi)的實(shí)時(shí)定位裝置時(shí)定位裝置l應(yīng)用對(duì)象是需要定位、調(diào)度的車隊(duì)?wèi)?yīng)用對(duì)象是需要定位、調(diào)度的車隊(duì)，例如：運(yùn)輸車隊(duì)、警車和出租車，例如：運(yùn)輸車隊(duì)、警車和出租車等等需求分析 主要的角色有兩個(gè)：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)

12、度信息，控制車輛等 規(guī)格說(shuō)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(hào)在規(guī)格說(shuō)明階段，需要識(shí)別出系統(tǒng)的對(duì)象。首先以功能塊劃分，廣泛地找出系統(tǒng)的主要對(duì)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(duì)象規(guī)格說(shuō)明（續(xù)） 最后，在規(guī)格說(shuō)明階段還需要進(jìn)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(dòng)圖進(jìn)行 左圖顯示了當(dāng)GPS數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，車載GPS終端系統(tǒng)所進(jìn)行的處理流程系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊及模塊之間的關(guān)系仔細(xì)地分析，從而確定哪些部分用硬件完成，哪些部分用軟件實(shí)現(xiàn) 用協(xié)作圖和組件圖對(duì)系統(tǒng)的硬、軟件分別進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 構(gòu)件設(shè)計(jì)與測(cè)試 GSM通訊模塊的狀態(tài)圖 在構(gòu)件設(shè)計(jì)中，通常使用狀態(tài)圖、順序圖描述具體的系統(tǒng)流程構(gòu)件設(shè)計(jì)與測(cè)試（續(xù)） 車載終端用戶與車輛調(diào)度中心通訊的處理過(guò)程，顯示了車載終端用戶在遇到特殊情況下通過(guò)車載電話或按鍵與