嵌入式系统与技术

1、嵌入式系统(xtng)与技术竺红卫ftp:14共一百四十八页内容(nirng)安排绪论指令系统：ARM，SHARCCPU：IO机制，Cache，MMU嵌入式平台：IO硬/软件，总线，开发平台程序设计：优化设计，编译原理，性能分析操作系统：进程，RTOS，进程通信/调度(diod)硬件加速器网络共一百四十八页教学(jio xu)安排课堂讲解演示：Ck*Core开发环境与工具链实验(shyn)演示：基于FPGA嵌入式系统构建与编程考试：本科生文献阅读，读书报告：研究生共一百四十八页参考文献(1)嵌入式计算机系统设计原理，computers as components, principles of

2、embedded computing system design, wayne wolf, 机械工业出版社，2002ARM SoC体系结构，Steve Furber著,田泽等译，北航出版社，2002嵌入式系统(xtng)开发圣经，探矽工作室，中国青年出版社，2002共一百四十八页参考文献(2)嵌入式Linux系统设计与应用.王学龙. 清华大学出版社，2001年UC/OS-II源代码公开的实时嵌入式操作系统.邵贝贝. 中国电力出版社，2001FPGA系统设计与实践，黄智伟主编(zhbin)，电子工业出版社，2005年共一百四十八页第一章 嵌入式计算(j sun)绪论共一百四十八页提纲(tgng)

3、嵌入式系统定义历史与发展嵌入式系统的组成(z chn)CPU,外围设备，操作系统，应用软件嵌入式CPUMCU, MPU,DSP,SoC嵌入式软件实时系统共一百四十八页1.1 嵌入式系统(xtng)定义嵌入式系统是包含可编程计算机、软硬件协同工作的、执行特定任务的计算机系统应用(yngyng)的角度；软硬件协同，含可编程器件(CPU)；面向特定功能，预先定制好的；共一百四十八页嵌入式系统(xtng)的定义以应用为中心、以计算机技术为基础(jch)、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 共一百四十八页计算机工业(gngy)的分类以往计算机分类：大型计

4、算机、中型机、小型机和微计算机目前计算机分类：超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机亚微计算机(嵌入式计算机) 是以嵌入式系统(xtng)的形式隐藏在各种装置、产品和系统(xtng)中共一百四十八页商业(shngy)计算机系统桌面(zhumin)计算机PCsPCsLaptopsMainframes（主机系统）Servers（服务器）嵌入式计算系统共一百四十八页1.1.1 嵌入式系统(xtng)的历史(1)Whirlwind(MIT)共一百四十八页嵌入式系统(xtng)的历史(2)Apollo Guidance Computer (AGC)共一百四十八页嵌入式系统(xtng)的历史(3)Int

5、el4004微处理器共一百四十八页今天(jntin)的嵌入式系统共一百四十八页后PC技术(jsh)的时代小到mp3，PDA等微型数字化产品(chnpn)，大到网络家电，智能家电，车载电子设备嵌入式系统是这个后PC时代的擎天之柱1999年世界电子产品产值已超过12000亿美元，2000年达到13000亿美元。共一百四十八页德州仪器OMAP处理器共一百四十八页嵌入式系统(xtng)的演变8031/8051单片机系统，自行编写程序；68360/386EX控制系统，自己编写简单的操作系统；32位嵌入式处理器pSoS嵌入式操作系统tcp/ip协议栈；各种SoC+嵌入式Linux/VxWorks+嵌入式W

6、eb 设备server以及各种复杂网络协议栈GUI图形界面无线模块(m kui)现代可移动的网络智能设备共一百四十八页未来(wili)的发展趋势SOC(片上系统(xtng)32-bit RISC CPUBuilt-in DSP coreBuilt-in interfaces to RAM and ROMBuilt-in DMA, interrupt and timing controllersBuilt-in interfaces to disk or flash memoryBuilt-in Ethernet/802.11 interfacesBuilt-in LCD/CRT interfa

7、cesBuilt-in A/D D/ABuilt-in Audio CodecBuilt-in Keyboard interface共一百四十八页SOC(片上系统(xtng)ExamplesIntel StrongARM SA-1110Motorola PowerPC MPC823eNEC VR4181Many, many more共一百四十八页Small (and cool) SOCsCamera-on-chip (Bell Labs) CMOS-based100,000 optical sensors in a 2D grid (active pixels)Very low powerCh

8、eap ($50)/news/1998/july/15/1.html共一百四十八页高集成度共一百四十八页信号处理系统Real-time video, set-top boxes, DVD players, medical equipment, residential gateways分布控制系统(kn zh x tn)Network routers, switches, firewalls, elevators综合“小”系统Mobile phones, home appliances, toys, smartcards, MP3 players, PDAs, digital cameras,

9、sensors1.1.2 嵌入式系统(xtng)的分类与特征共一百四十八页嵌入式系统应用(yngyng)特征大系统的一部分计算机外围设备特殊应用功能的H/W经过剪裁以适应具体特殊的应用可重复编程、升级始终工作与物理(wl)世界交互作用共一百四十八页无所不在(w su b zi)的嵌入式系统嵌入式系统的应用远远超过了各种通用计算机一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器：键盘、鼠标、软驱(run q)、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军

10、事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。 共一百四十八页经典(jngdin)应用CISCO的路由器以太网交换机商务通PDA手机(shu j)美国宇航局的火星探测器Sony的机器狗AIBO共一百四十八页嵌入式系统(xtng)的应用领域（一） 家用市场 机顶盒、掌上电脑、DVD、MP3、数码相机、数字电视、WebTV、网络冰箱、网络空调、家庭网关、智能家用电器、车载导航器系统等通信市场 电话交换系统，电缆系统，卫星和全球定位系统（L3D），数据交换设备，移动电话等工业市场 制造工厂，污水处理系统，发电站和电力传输系统，自动化工厂，控制系统开发，维护和测试的工具(gngj)，石油提炼和相

11、关的贮运设施，建筑设备，计算机辅助制造系统，能源控制系统，核电站，机器人系统等商业和金融市场 自动柜员机，信用卡系统，售货端系统，安全系统等共一百四十八页嵌入式系统(xtng)的应用领域（二）办公市场 电话系统，传真系统，复印机，计时系统，照相机和摄象机运输市场 航空、铁路、公路运输系统，燃料服务，航空管理，信令系统，雷达系统，交通指挥系统，停车系统，售票系统，乘客信息系统，检票系统，行李处理系统，应急设备等建筑市场 电力供应，备用电源和发电机，火警控制系统，供热和通风(tng fng)系统，电梯和升降系统，车库管理，安保系统，电子门锁系统，楼宇管理系统，闭路电视系统，电子保险柜，警铃等医疗市

12、场 心脏除颤器，心脏起搏器，患者信息和监视系统，MN光设备，理疗控制系统，电磁成像系统等军事 武器控制共一百四十八页嵌入式系统热点(r din)应用信息家电车载系统(xtng)军事工业医疗器械共一百四十八页汽车(qch)电子多到100个微处理器Engine control unitEmissions controlDiagnosticsAutomatic transmissionAccessories (doors, windows etc)共一百四十八页1.1.3 嵌入式系统(xtng)的组成共一百四十八页嵌入式系统的基本(jbn)组成与设计 嵌入式系统主要(zhyo)由嵌入式处理器、相关支

13、撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”共一百四十八页嵌入式处理器 嵌入式系统的核心部件 品种总量已经超过(chogu)1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半共一百四十八页嵌入式系统硬件(yn jin)主流32,64位微处理器是目前嵌入式系统(xtng)的核心主要硬件厂商包括Intel，Motorola(FreeScale)，Philip(NXP)，AMD，ARM，Ti等每个月都有新产品出现共一百四十八页微处理器Intel40048位:Z80/Z8,8051,PIC32位:ARM,MIPS共一百四十八页以处理器的位数来划

14、分(hu fn)4位8位16位32位64位单片机型TMS1000COPS8048/49/508051/526801/04/05 Z88096/9768200ARM RISC COREMIPS 32 COREMIPS 64 CORE一般用途型400440408085 6809Z80 6502 68028086 8028680186 Z800080386 80486 68000/10/20/30/40Pentium II/III共一百四十八页不同(b tn)等级的处理器应用：嵌入式处理器应用产品4位遥控器 相机 防盗器 玩具 简易计量表等8位电视游戏机 空调 传真机 电话录音16位手机 摄象机 录

15、象机 各种多媒体应用32位MODEM 掌上电脑 路由器 数码相机 GPRS 网络家庭64位高级工作站 新型电脑游戏机 各种多媒体应用共一百四十八页CPUMPU (Micro-Processor Unit) :微处理器MCU(Microcontroller Unit):微控制器DSP(Digital Signal Processor):数字(shz)信号处理器SoC(System On Chip):系统芯片,片上系统共一百四十八页通用(tngyng)处理器Intel80 x86Motorola 68HCxxxSPARCPowerPC共一百四十八页嵌入式微处理器(MPU) 通用计算机中的CPU增强

16、工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面功能与和工业控制计算机相似嵌入式处理器目前(mqin)主要有386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等共一百四十八页32位嵌入式处理器目前嵌入式处理器按其体系结构的不同(b tn)可分为五大类ARMMIPSPOWER PCX86SH系列 共一百四十八页共一百四十八页ARM体系结构ARM 公司(n s)的ARM RISC处理器ARM 7 Thumb 家族ARM 9 Thumb 家族ARM 10 Thumb 家族共一百四十八页Intel StrongARMStrongARM 110StrongARM 1100StrongARM

17、1110StrongARM 1111共一百四十八页INTEL的Xscale架构(ji u)处理器基于ARM V5TE体系结构兼容ARM V5TE ISA指令集（不支持浮点指令集）在处理器内核周围提供了指令和数据存储器管理单元(dnyun)指令、数据和微小数据缓存写缓冲、挂起缓冲和分支目标缓冲器电源管理性能监控调试JTAG单元以及协处理器接口MAC协处理器内核存储总线共一百四十八页MIPS体系结构从1986年推出R2000处理器以来，陆续推出R3000、R4000、R8000等。之后,MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布了MIPS32和MIPS64体系结

18、构标准，集成了原来所有的MIPS指令集，并且(bngqi)增加了许多更强大的功能。此后MIPS公司又陆续开发了高性能、低功耗的32位和64位处理器内核。 共一百四十八页共一百四十八页MIPS Core系列(xli)在MIPS的32位内核中4K系列对应于SOC应用设计；M4K系列内核是为在下一代消费电子、网络、宽带应用中越来越受欢迎的多CPU SOC所设计；4KE系列具有目前32位通用(tngyng)嵌入式处理器中最高的DMIPS/MHz性能指标；4KS系列由于采用了特殊的SmartMIPS体系结构，特别适用于需要安全数据传输的领域，比如网络、智能卡等；Pro Series系列则通过特有的Cor

19、Extend技术，使得SOC设计获得了空前的灵活性；24K系列除了支持CorExtend技术以外，还为Java和图形应用做了特别的优化。5K和20Kc系列属于MIPS的64位内核5K能提供1.4DMIPS/MHz的性能以及最低350MHz的运行速率。20Kc是当今最快的可授权嵌入式处理器内核。一般运行在600MHz，具有7段流水线的20Kc内核，能提供1.2GFLOPS的峰值浮点运算能力。共一百四十八页在嵌入式处理器市场中，基于MIPS内核的处理器占据了相当大的数量2002年，一共(ygng)付运了8700万片采用MIPS内核的嵌入式处理器。份额仅次于ARM位居全球第二。在目前快速增长的比如C

20、able Modem、DSL Modem、DVD录像机等领域内，MIPS的市场份额位居第一。MIPS的合作伙伴包括了AMD，IDT，NEC，TI，SONY等众多厂商共一百四十八页Motorola的DragonBall VZ 共一百四十八页Power PC体系结构 Motorola半导体（现Freescale半导体）联合(linh)IBM以及苹果电脑 共一百四十八页SH体系结构SH(SuperH)系列是由前日立半导体公司（现Renesas公司）推出的嵌入式处理器 SH系列的CPU指令格式是固定的，只有一个字长，绝大多数指令是单周期完成的，即使是复杂的乘加指令也仅需2个时钟周期 为了克服(kf)内

21、存访问的瓶颈，SH的CPU简化寻址方式，采用Load/Store(装载/存储)结构，并且在片内设置高速缓存，以减少访问内存的时间 共一百四十八页1999年底，SH系列(xli)累计生产达1.18亿片。SH系列投入市场后，用量最多的是工业，占总量的36%，第二位是办公自动化，占总量的26%；第三位是消费领域；再其次的是通信领域。此外，汽车导航、定位、控制系统，也是SH系列不小的一个市场。在美国，SH系列占有较大的市场份额 共一百四十八页嵌入式微控制器(MCU)又称单片机 以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串

22、行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种( zhn)必要功能和外设微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 共一百四十八页典型(dinxng)微控制器Motolora 68HC11xxIntel 8051Microchip PICARM共一百四十八页嵌入式微控制器(MCU)共一百四十八页嵌入式DSP处理器(DSP) DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通(ptn

23、g)指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。共一百四十八页嵌入式DSP处理器(DSP)有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和ADI的ADSP系列。TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及(yj)性能更高的C6000和C8000系列。ADSP目前有已经发展成为ADSP21xx(16位)，ADSP2106x(32位)等几个不同系列的处理器。共一百四十八页嵌入式片上系统(xtng)(SOC)在一个硅片上实现一个复杂的系统 整个嵌入式系统大部分均可集成(j chn)到一块或几块芯片中去应用系统电路板将变得很简洁 共一

24、百四十八页SOC设计(shj) 共一百四十八页SoC具有(jyu)的优势 降低耗电量：随电子产品向小型化、便携化发展，对其省电需求将大幅提升，由于SoC 产品多采用内部讯号的传输，可以(ky)大幅降低功耗。 减少体积：数颗IC 整合为一颗SoC 后，可有效缩小电路板上占用的面积，达到重量轻、体积小的特色。丰富系统功能：随微电子技术的发展，在相同的内部空间内，SoC 可整合更多的功能元件和组件，丰富系统功能。提高速度：随着芯片内部信号传递距离的缩短，信号的传输效率将提升，而使产品性能有所提高。节省成本：理论上，IP 模块的出现可以减少研发成本，降低研发时间，可适度节省成本。不过，在实际应用中，由

25、于芯片结构的复杂性增强，也有可能导致测试成本增加，及生产成品率下降。共一百四十八页SoC 芯片设计(shj)中 的IP 模块 SoC 的设计基础是IP（Intellectual Property）复用技术。 已有的IC 电路以模块的形式(xngsh)在SoC 芯片设计中调用这些可以被重复使用的IC 模块就叫做IP 模块 IP 模块是一种预先设计好，已经过验证，具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。它有2 种不同形式：软IP 核(soft IP core)和硬IP 核(hard IP core) 共一百四十八页嵌入式外围设备(wi wi sh bi)嵌入式外围设备是指，在嵌入式硬件系统(xtn

26、g)中，除了嵌入式处理器之外的完成存储、通信、保护、调试、现实等辅助功能的其他部件。共一百四十八页嵌入式外围设备(wi wi sh bi)根据外围设备的功能可分为以下3类：存储器类型：静态易失型存储器(RAM/SRAM)，动态存储器(DRAM)，非易失型存储器(ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)。其中，FLASH(闪存)以可擦写次数多，存储速度快，容量大及价格便宜等有点在嵌入式领域得到广泛的应用。接口类型：目前(mqin)存在的所有接口在嵌入式系统中都有其广泛的应用，但是以下几种接口的应用最为广泛，包括RS-232接口(串口)、IrDA(红外)、SPI(串行设备接口)、I2C、US

27、B、Ethernet和普通并口。显示类型：CRT、LCD和触摸屏等外围显示设备。共一百四十八页嵌入式软件的组成(z chn)共一百四十八页嵌入式系统软件(x tn run jin)的特征 (1) 软件要求固态化存储 (2) 软件代码高质量、高可靠性 (3) 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 (4) 多任务操作系统是知识集成(j chn)的平台和走向工业标准化道路的基础 共一百四十八页嵌入式软件主流(zhli)VxWorks 是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。Palm Os，是Palm公司(n s)的操作系统，和微软的Windows CE是PDA操作系统的两大巨头。共一

28、百四十八页实时(sh sh)系统实时系统(RealTime System)一个能够在指定或者确定的时间内完成系统功能及对外部或内部事件在同步或异步时间内做出响应的系统，在逻辑(lu j)或时序控制中如果出现偏差将会引起严重后果。共一百四十八页实时(sh sh)系统分类软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好硬实时系统对系统响应时间有严格要求，一旦系统响应时间不能满足，就可能会引起系统崩溃或致命(zhmng)的错误，一般在工业控制中应用较多。共一百四十八页嵌入式系统的应用(yngyng)特点复杂的算法用户界面(yn h ji min)实时性多速率：多媒体流

29、制造成本功率共一百四十八页嵌入式系统(xtng)的核心-微处理器实现(shxin)数字系统的有效手段可选择面宽，产品更新换代快节省开发成本共一百四十八页1.1.4 嵌入式系统设计面临(minlng)挑战成本实时性功耗(n ho)可升级可靠性测试、调试、开发环境受限共一百四十八页1.2 嵌入式系统(xtng)设计过程需求规格说明体系结构构件设计(硬件(yn jin)，软件)系统集成共一百四十八页设计(shj)流程共一百四十八页1.2.1 需求分析(fnx)(功能与非功能)功能性能成本与价格物理尺寸和重量(zhngling)功耗共一百四十八页GPS移动(ydng)地图经度(jngd)： 纬度：共一

30、百四十八页需求(xqi)表格名称目的输入输出功能性能成本（生产，设计）物理尺寸(ch cun)与重量功耗共一百四十八页GPS移动地图(dt)需求表格名称：GPS移动地图目的：为驾驶员提供(tgng)用户级移动地图输入：一个电源按钮，两个控制按钮输出：逆光LCD，显示分辨400600功能：使用5种接收器的GPS系统，三种用户可选的分辨率，显示当前经纬度性能：0.25秒刷新成本：100美元功耗：100mW，4节AA电池工作8小时物理尺寸和重量：不大于12盎司共一百四十八页1.2.2 规格(gug)说明(Specification)需求(xqi)细致化需求精确化需求系统化需求形式化共一百四十八页1.

31、2.3 体系结构设计(shj)GPS接收器信号搜索引擎地图数据库转换器用户界面显示器共一百四十八页硬件(yn jin)体系结构显示器帧缓冲器主存储器CPUGPS信号(xnho)接收器I/O面板共一百四十八页软件体系结构数据库搜索(su su)用户界面(yn h ji min)位置时钟转换器共一百四十八页1.4系统(xtng)设计的形式化方法统一建模语言：UML面向对象建模语言：设计交互(jioh)对象；对象与实际软硬件对应；共一百四十八页设计(shj)方法Top-Down：由顶向下Bottom-Up：由底向上共一百四十八页程序设计(chn x sh j)历史自由(zyu)阶段：数据、代码混合；

32、代码运行时可修改；GoTo使用；结构化编程：数据、代码分离，尽量不使用GoTo；程序数据结构+算法面向对象：类的抽象类=数据+行为(属性+方法)共一百四十八页面向对象面向对象设计(shj)(OOD)面向对象编程(OOP)共一百四十八页类共享相同的属性、操作、方法、关系或行为的一组对象(duxing)的描述符；对象的模板对象：某个类的实例消息传递：对象通过在链接上发送消息产生行为共一百四十八页类类封装：属性和方法继承多态，算符重载(zhn zi)模板共一百四十八页UML图类图表示类与类间关系，类与类对象间的关系协同图表示对象间交互状态图表示结构通过状态转换实现起始、中止、关联等的模型顺序图表示对

33、象间交互、状态顺序共一百四十八页类图类名属性(状态)操作(行为)共一百四十八页类举例(j l)Displaypixels:array of pixel elementsmenu_itemsMouse_click()Draw_box()共一百四十八页关联(gunlin)类之间的联系链接：关联的实例化，对象(duxing)通过链接传递信息共一百四十八页关联(gunlin)举例CompanyPersonemploys1n共一百四十八页泛化一般物件与特殊(tsh)物件之间的关系泛化特化ShapeSquareCircleTriangle共一百四十八页派生(pishng)类组织成泛化的层次派生类继承父类所

34、有属性(shxng)、操作,又可以添加自身的属性(shxng)、操作派生类也称子类父类也称超类共一百四十八页派生(pishng)举例Shapewidthheightdraw()getArea()SquareCircledraw()draw()覆盖(fgi)共一百四十八页多态多态操作具有多种实现方式(fngsh)不同类可以不同的方式响应相同的消息子类可以覆盖父类的操作共一百四十八页多态EmployeePrint()WorkerManagerPrint()Print()共一百四十八页抽象类抽象操作不具有(jyu)具体的实现虚类虚函数共一百四十八页多态Shapedraw()getArea()Squa

35、reCircledraw()getArea()draw()getArea()共一百四十八页类的软件(run jin)实现Classdisplaypixels:pixeltypeIMAX,JMAX; public:display();pixeltype pixels(int i,int j)returnpixelsi,j;void set_pixel(pixeltype val,int i,int j)pixelsi,j=val;共一百四十八页派生类Displaypixels:array of pixel elementsmenu_itemsMouse_click()Draw_box()BW_D

36、isplayColor_DisplayColor_Map共一百四十八页多重继承(jchng)DisplayMultimedia_DisplaySpeaker共一百四十八页关联(gunlin)和链接Message setCount=2messagemsg=msg1length=1102messagemsg=msg2length=2114Message setCount:integermessagemsg=ADPCM_streamLength:integercontains共一百四十八页1.4.1结构(jigu)描述定义基本构件定义类及属性定义类界面(操作)类的软件实现类的派生(pishng)泛化

37、和继承共一百四十八页1.4.2行为(xngwi)描述描述(mio sh)操作；状态机；共一百四十八页状态(zhungti)转换ab共一百四十八页状态转换(zhunhun)：事件信号事件：外部(wib);内部事件：例程调用;定时器事件;共一百四十八页UML状态机规格(gug)说明共一百四十八页UML顺序(shnx)图共一百四十八页UML顺序(shnx)图对象时间流生命线对象生存期控制(kngzh)焦点共一百四十八页设计示例(模型(mxng)火车控制器)共一百四十八页设计(shj)示例(模型火车控制器)ECC|Command|Address|Header控制台共一百四十八页需求(xqi)表格名称：

38、模型(mxng)火车控制器目的：控制最多达8辆火车输入：调速、惯性设置，紧急停车、火车数量输出：火车控制信号功能：根据惯性设置发动机速度；响应紧急停车性能：至少每秒校正车速10次生产成本：50美元功耗：10W物理尺寸和重量：控制台适应双手操作，近似键盘大小；重量小于2磅共一百四十八页概念性规格(gug)说明Set-speedSet-inertiaEStop共一百四十八页概念性规格(gug)说明Set-inertiaSet-speedSet-speedSet-speedEstop:Console:Train_rcvr共一百四十八页概念性规格(gug)说明CommandEStopSet-inert

39、iaValue:unsigned-integerSet-SpeedValue:integer共一百四十八页概念性规格(gug)说明:console:receiver1.n:command共一百四十八页概念性规格(gug)说明ConsoleTransmitterFormatterPanelKnobs*Sender*共一百四十八页概念性规格(gug)说明TrainMotor interfaceControllerReceiverDetector*Pulser*Train Set共一百四十八页详细规格(gug)说明Knobs*Train-knob:integerSpeed-knob:integerI

40、nertia-knob:unsigned-integerEmergency-stop:booleanSet-knobs()Sender*Send-bit()Pulser*Pulse-width:unsigned-integerDirection:booleanDetector*read-bit():integer共一百四十八页详细(xingx)规格说明Paneltrain-number():integerspeed():integerinertia():integerestop():booleannew-settings()Motor-interfaceSpeed:integer共一百四十八页

41、详细规格(gug)说明Transmittersend-speed(adrs:integer,speed:integer)Send-inertia(adrs:integer,val:integer)Send-estop(adrs:integer)Receivercurrent:commandnew:booleanread-cmd()new-cmd(msg-type:command)rcv-speed(val:integer)Rcv-inertia(val:integer)共一百四十八页详细规格(gug)说明Formattercurrent-train:integercurrent-speednt

42、rains:integercurrent-inertiantrains:unsigned-integercurrent-etopntrains:booleansend-command()panel-active():booleanoperate()共一百四十八页详细(xingx)规格说明:Knobs:Panel:Formatter:TransmitterSpeed/inertia/EstopRead PanelPanel settingRead PanelPanel settingRead PanelPanel settingRead PanelPanel settingnew setting

43、Panel-activeSend-speedSend-inertiaSend-estopOperateTrain number改变控制改变车编号Set-knobs共一百四十八页详细(xingx)规格说明循环空转Update-panel()Send-command()Panel-active()改编号改控制Fomatter operate行为状态图共一百四十八页详细(xingx)规格说明Panel*:read-train-number()Panel*:read-speed()Panel*:read-inertia()Panel*:read-estop()ReturnCurrent-train=t

44、rain-knobUpdate-screenChanged=trueCurrent-speed=throttleChanged=trueCurrent-inertia=inertia-knobChanged=trueCurrent-estop=estop-button-valueChanged=true共一百四十八页详细(xingx)规格说明Controllercurrent-train:integercurrent-speedntrains :integercurrent-directionntrains :unsigned-integercurrent-etopntrains :boole

45、anoperate()Issue-command()共一百四十八页详细(xingx)规格说明循环(xnhun)空转issue-command()Receive-command()Controller operate行为状态图共一百四十八页详细(xingx)规格说明:Receiver:Controller:Motor-interface:PulserSet-pulseSet-pulseSet-pulseSet-pulseSet-pulsePanel-activeRead-cmdNew-cmdCmd-typeRcv-speedoperate共一百四十八页详细(xingx)规格说明CommandTy

46、pe:3-bitsAddress:3-bitsParity:1-bitEstopType=000Set-inertiaType=001Value:3-bitsSet-speedType=010Value:7-bits共一百四十八页软硬件协同(xitng)设计共一百四十八页传统(chuntng)的嵌入式系统设计模型SystemConceptsSys/HWRequire.AnalysisSys/SWRequire.AnalysisOperation.Testing and Eval.SoftwareRequire.AnalysisPrelim.DesignDetailedDesignCoding,

47、Unit test.,Integ. testSW DevelopmentHWCITestingCSCITestingSystemInteg. and testHardwareRequire.AnalysisPrelim.DesignDetailedDesignFabric.HW DevelopmentDOD-STD-2167A共一百四十八页传统的嵌入式系统(xtng)设计过程传统软硬件设计过程的基本特征:系统在一开始就被划分为软件和硬件两大部分软件和硬件独立进行开发设计“Hardware first” approach often adopted隐含的一些问题:软硬件之间的交互受到很大限制软硬

48、件之间的相互性能影响很难评估系统集成相对滞后，NRE较大因此:Poor quality designs（设计质量差）Costly modifications（设计修改(xigi)难）Schedule slippages（研制周期不能有效保障）共一百四十八页传统(chuntng)设计过程中的尖锐矛盾随着设计(shj)复杂程度的提高，软硬件设计(shj)中的一些错误将使开发过程付出昂贵的代价 “Hardware first” approach often compounds software cost because software must compensate for hardware in

49、adequacies共一百四十八页软硬件设计过程发展方向(fngxing)协同设计SystemConceptsSys/HWRequire.AnalysisSys/SWRequire.AnalysisHardwareRequire.AnalysisSoftwareRequire.AnalysisOperation.Testing and EvaluationSW DevelopmentHW DevelopmentSystemInteg. and testHWCITestingCSCITestingFranke91Integrated Modeling SubstrateIntegrated Mo

50、deling SubstratePrelim.DesignPrelim.DesignDetailedDesignDetailedDesignFabric.Coding,Unit test.,Integ. test IEEE 1991共一百四十八页软硬件协同(xitng)设计的基本需求统一的软硬件描述方式软硬件支持统一的设计和分析工具（技术）允许在一个(y )集成环境中仿真（评估）系统软硬件设计支持系统任务在软件和硬件设计之间的相互移植交互式软硬件划分技术允许多个不通的软硬件划分设计进行仿真和比较辅助最优系统实现方式决策Partitioning applied to modules to bes

51、t meet design criteria (functionality and performance goals)共一百四十八页软硬件协同设计(shj)的基本需求 (cont.)完整的软硬件模型基础Supports evaluation at several stages of the design processSupports step-wise development and integration of hardware and software正确的验证方法确保系统设计(shj)达到目标要求共一百四十八页软硬件协同(xitng)设计的优势在设计初始阶段就可进行软硬件交互设计和调

52、整Provides continual verification throughout the design cycle（贯穿整个设计周期）Separate HW/SW development paths can lead to costly modifications and schedule slippages关键技术（如可编程逻辑综合技术、器件接口和功能模型描述）的进步 使得软硬件交互设计变得简单(jindn)起来共一百四十八页典型(dinxng)的软硬件协同设计过程 SystemIntegrationInstruction set levelHW/SW evaluationUnifie

53、d representation(Data/control flow) HW/SWPartitioning Interface Synthesis Software SynthesisSWHardware SynthesisHW System Description(Functional)Concurrent processesProgramming languages FSM-directed graphs Another HW/SWpartition共一百四十八页经典的软硬件协同(xitng)设计方法Analysis of Constraintsand RequirementsSystem Specs.HW/SWPartitioningHardware Descript.Software Descript.HW Synth. andConfigurationInterface Synthe