嵌入式系统设计问题

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1、嵌入式系统设计问题文摘许多嵌入式系统与桌面电脑计算程序相比，从本质上，有不同的设计约束条件。没有哪一种单一特征能适用于不同光谱的嵌入式系统。然而，成本压力，生命周期，实时要求，可靠性要求和设计文化障碍等构成的一些组合使得把传统的计算机设计方法和工具成功运用到嵌入式应用中很困难。因为生命周期和利益驱使等因素而不是因为最大的计算吞吐量这个因素，嵌入式系统在很多情况下必须优化。现在，有一些小工具，支持把嵌入式计算机设计扩大到整体的嵌入式系统设计范围中，但是无论如何,对于工具设计者来说，知道目前采用的方法所具

2、有的优势和缺陷能帮我们适当的设置期望值,确认风险地区。建议工具建设者采用能满足工业需要的设计方法。1.介绍每年，大约能卖出30亿的嵌入式中央处理机，其中，从数量和总经额上来说，主要以较小的(4-8-,和16位)中央处理器居多[1]。然而，多数研究和工具开发似乎都把注意力集中在了高端桌面和军事航天计算的需求上。本文旨在把讨论区域扩大到包含广泛的嵌入式系统中。对极其多样性的嵌入式应用作出概括很困难。尽管如此，人们对全系列的嵌入式系统(例如：[2][3][4][5][6])及相关的硬件、软件的领域相结合设计

3、(例如：[7])还是有很大兴趣的。本文和相应的教程旨在识别一些重要的领域,在这些领域，嵌入式计算机设计不同于更传统的桌面电脑设计。它们也呈现了设计实例系统过程中遇到的“设计挑战”。对于嵌入式系统设计团队来说，这些挑战既是来提升自己的设计方法的机会和支持工具，也是他们部署的阻碍。在某些情况下，研究和发展已经在这些领域中展开，但是在其他的情况下，还没有。这篇文章的言论来自作者对于商业、军事应用，开发方法与产品生命周期等所积累的经验。所有描述都旨在表明一种典型的，具有代表性的，或者只是坊间传闻的例子，而不是

4、一个对所有的嵌入式系统的明确的陈述。据了解，每一个嵌入式系统都它自己的一套独特的要求，所以希望这里介绍的概括和实例能够为计算机辅助设计工具和设计方法的讨论和演化提供一些粗枝大叶。2.嵌入式系统的例子图1显示了一个嵌入式系统的可能机构。除了中央处理器和存储器层级外，还有各种各样的接口，这使系统能够测量、操纵及与外加环境进行其他的相互作用。与桌面计算的一些不同点可能是：　　人为接口可能只要一盏闪光灯或复杂的实时机器人视觉。　　诊断端口可能被用于诊断被控制系统而不是仅仅用于诊断计算机。　　专用领域可编程器件

5、(FPGA)、特殊用途器件(ASIC)，甚至是非数字硬件都可能被用来增加系统性能和安全。　　软件通常有一个固定的功能，并且对于应用程序而言特定化。除了强调与外部世界互动，嵌入式系统对于它们自己的应用也提供特定功能。典型情况下，嵌入式系统按照管理法律、有限状态机和信号处理算法执行，而不是按照速算表、字(词)处理及工程分析执行。他们必须能够经常检测出和反应出计算和周围机电系统中的错误，而且必须还要能够操纵特定的用户和接口设备。为了使讨论更具体，我们必须去谈四个例子系统(表1)。每个例子都塑造了一个真正的生

6、产中的系统，但是为了代表更广阔的截面应用，以及保护财产利益的需要，这个例子已经被稍稍修改了。这四个例子一个信是号处理系统，一个是关键任务控制系统，一个是分布式控制系统，还有一个是小型消费电子系统。信号处理系统和关键任务控制系统是传统军事航天嵌入式系统的代表，但随着时间的推移，实际上，它们更适用于普通的商业应用。使用这4个例子来阐明要点,下面的部分描述了嵌入式系统设计所关注的不同领域：电脑设计，系统级别设计、生命周期的支持、商业模式的支持和设计文化适应。桌面计算机设计方法和工具支持，在很大程度上关注的是

7、数字系统本身的初始设计。当然,经验丰富的设计师亦了解其他方面，但是由于近来强调数量的设计(例如[8])，所以，没有被量化的生命期问题已经不在这个优化过程之中了。然而，这个方法是不足以创造出能够有效地在市场上竞争的嵌入式系统的，这是因为，在很多情况下，问题不在于设计一个非常复杂的系统是否可行，而是在于是否有一个优化系统，它的生命周期成本和有效性都被充分利用。尽管传统的数字设计CAD工具能使电脑设计师更有效率，但是它们可能解决不了核心问题——嵌入式设计是关于系统的,而不是关于电脑的。桌面计算、设计经常把注

8、意力集中于建立快速CPU，然后使它能够支持最大所需计算速度。在嵌入式系统中，外部接口(传感器，执行机构)、控制和排序算法的组合是至关重要的。中央处理器仅仅是应用这些功能。如下实验就是为了说明这一点：问这个房间里的人，他们把什么样的CPU用于个人电脑和工作站呢。然后问同样的人他们车里的发动机控制器又是用什么样的CPU呢？(以及CPU类型是否会影响他们的采购决策呢。）在高端嵌入式系统中，用于桌面电脑设计的工具都是很昂贵的。然而，许多嵌入式系统，不管是大型的还