嵌入式系统设计技术.ppt

第六章嵌入式系统设计技术,山东大学精品课程,嵌入式系统原理与接口技术,主编：贾智平张瑞华,清华大学出版社,2,内容提要,设计示例：车载GPS终端系统的设计,嵌入式系统的设计流程,嵌入式系统的组成,嵌入式系统设计的特点,3,嵌入式系统设计的特点,面向特定应用硬件和软件必须高效设计，保持竞争力需要交叉开发环境嵌入式系统程序需要固化嵌入式系统软件开发难度较大需要强大的硬件开发工具和软件包的支持，需要设计者从速度、功能和成本综合考虑,4,内容提要,设计示例：车载GPS终端系统的设计,嵌入式系统的设计流程,嵌入式系统的组成,嵌入式系统设计的特点,5,嵌入式系统的组成,6,硬件层,iPodnano拆机图片,硬件层是由嵌入式微处理器、存储器系统、通用设备接口和I/O接口组成，操作系统和应用程序都可以固化在ROM中,MP3随身听的硬件组成,7,中间层-BSP（板级支持包）,设计一个完整的BSP的步骤嵌入式系统的初始化片级初始化板级初始化系统级初始化硬件相关的设备驱动程序,BSP的两个特点操作系统相关性硬件相关性,8,内容提要,设计示例：车载GPS终端系统的设计,嵌入式系统的设计流程,嵌入式系统的组成,嵌入式系统设计的特点,9,嵌入式系统的设计流程,10,需求分析阶段,需求分析表格,11,规格说明阶段,系统规格说明说明系统做些什么，具有哪些方面的功能是系统开发、验收和管理的依据不能有任何歧义必须认真仔细编写，以便能够精确详尽地反映客户对系统各方面的需求是设计时必须明确遵循的要求和准则,12,体系结构设计,硬件平台的选择处理器的选择软件平台的选择操作系统的选择编程语言的选择集成开发环境考虑的因素硬件调试工具的选择软件组件的选择,体系结构描述系统如何实现所述的功能和非功能的需求，包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。,13,处理器的选择,IntelXscale，ARM指令集,IntelAtom，X86指令集,龙芯，MIPS指令集,处理器选择考虑因素处理器性能处理器技术指标功耗软件支持工具处理器是否内置调试工具供应商是否提供评估板,14,操作系统的选择,考虑以下几个方面：操作系统本身所提供的开发工具操作系统向硬件接口移植的难度操作系统的内存要求开发人员是否熟悉此操作系统及其提供的系统API是否提供硬件的驱动程序是否具有可裁剪性操作系统的实时功能,15,编程语言的选择,考虑因素：通用性可移植性程度执行效率可维护性,汇编语言,C/C+,JavaME,选哪个好呢？,16,集成开发环境考虑的因素,系统调试器的功能支持库函数编译器开发商是否持续升级编译器连接程序是否支持所有的文件格式和符号格式,17,硬件调试工具的选择,常用的硬件调试工具实时在线仿真器(ICE，In-CircuitEmulator)驻留监控软件ROM仿真器JTAG仿真器,18,设计硬件构件和软件构件,构件通常包括硬件（电路板，现场可编程门阵列等等）和软件模块构件的设计应与体系结构和规格说明保持一致为了缩短产品的开发周期，往往硬件和软件的设计是并行的软件设计上，采用面向对象的技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程当中经常采用的方法,19,系统集成和测试,20,内容提要,设计示例：车载GPS终端系统的设计,嵌入式系统的设计流程,嵌入式系统的组成,嵌入式系统设计的特点,21,统一建模语言UML,采用UML进行设计具有以下特点和优势UML语言简单,易学、易用UML采用可视化的图形描述，比较形象直观可以使不同技术背景的开发人员和设计人员很容易的相互交流UML语言是第三代面向对象建模语言的标准，被绝大多数业内人士认同UML采用图形化的设计，将系统的核心部分描述出来，可以供以后系统开发使用有利于项目的回溯和测试,22,UML的组成部分,用例视图,逻辑视图,部署视图,并发视图,组件视图,视图,图,模型元素,通用机制,部署图,组件图,活动图,协作图,顺序图,状态图,对象图,类图,用例图,节点等,状态,对象,类,规格说明,注解,修饰,23,用例图,用例是对系统提供的某个功能的描述，用例只描述系统功能，并不描述实现，也就是说，用例定义系统的功能需求。上面是一个评分系统用例图,24,类图,类图显示系统中各个类的静态结构。类可以以多种方式相互连接在一起：关联、依赖、特殊化或者打包。上面是评分系统的类图,25,对象图,对象图是类图的一个实体，它使用的符号与类图基本上相同对象图显示的不是实际的类，而是类的多个对象的实例用带下滑线的对象名来表示对象和显示一个关系中的所有实例,26,状态图,状态图是对类的描述的补充。它用于显示类的对象可能具备的所有状态，以及那些引起状态改变的事件,27,顺序图,顺序图显示多个对象之间的动态协作，顺序图重点是显示对象之间发送的消息的时间顺序,28,协作图,协作图像顺序图一样显示动态协作，如果上下文是需要重点强调的方面，选择协作图，如果时间或顺序是需要重点强调的方面，那么选择顺序图协作图显示多个对象以及它们之间的关系常把协作图当作一个对象图来绘制,29,活动图,活动图用于显示一系列顺序的活动。它主要用来描述在一个操作内执行的哪些活动活动图由多个动作状态组成，这些动作状态包含将被执行的活动（一个动作）的规格说明,30,组件图,组件图是用代码组件来显示代码物理结构的组件可以是二进制组件、源代码组件或一个可执行的组件,31,部署图,部署图用于显示系统中的硬件和软件的物理结构部署图可以显示实际的计算机和设备（或者Node），同时还有它们之间的必要的连接，也可以显示这些连接的类型,32,UML中的模型元素,在UML各种图中使用的概念都称为模型元素一个模型元素是用语义、该元素的正式定义或者用一条明确的语句中该元素所代表的准确意义来定义的,33,车载GPS终端系统简介,车辆可以通过终端和GPS卫星进行实时、准确的定位，并能够通过无线通讯网络上报远程的车辆控制中心系统中心可以通过终端远程监视车行轨迹，甚至在特殊情况下通过终端控制车辆终端还装备车载电话，并可以在出现特殊的情况下及时的通知车辆调度控制中心另外，通过终端车辆还可以接收少量的调度信息,GPS是指全球定位系统（GlobalPositionSystem）车载GPS终端是置于机动车内的实时定位装置应用对象是需要定位、调度的车队，例如：运输车队、警车和出租车等,34,需求分析,主要的角色有两个：车辆调度中心用户和车载终端用户。终端用户可以拨打车载电话等；而调度中心可以查询车辆位置，发送调度信息，控制车辆等,35,规格说明,使用类图描述系统所要处理的数据结构上图描述车载GPS终端需要接收的GPS卫星信号,在规格说明阶段，需要识别出系统的对象。首先以功能块划分，广泛地找出系统的主要对象然后使用协作图描述它们之间的关系。上图描述了车载GPS终端的主要对象,36,规格说明（续）,最后，在规格说明阶段还需要进行系统的业务描述规范系统完成一定功能的主要流程，这可以利用活动图进行左图显示了当GPS数据到达时，车载GPS终端系统所进行的处理流程,37,系统体系结构,对系统的各个模块及模块之间的关系仔细地分析，从而确定哪些部分用硬件完成，哪些部分用软件实现用协作图和组件图对系统的硬、软件分别进行系统设计,38,构件设计与测试,GSM通讯模块的状态图,在构件设计中，通常使用状态图、顺序图描述具体的系统流程,39,构件设计与测试（续）,车载终端用户与车辆调度中心通讯的处理过程，显示了车载终端用户在遇到特殊情况下通过车载电话或按键与调度中心保持通讯的系统的处理过程,40,思考题,嵌入式系统的设计与传统系统设计具有哪些异同点？结合嵌入式系统的典型组成，试分析常见的嵌入式产品（如PDA，手机等）大体的结构组成？统一建模语言（UML）包括那几部分，各个部分的组成又由那些？试画出UML中常用的几种图形，如用例图，类图，顺序图等等。试着给出电梯的状态转换图？结合嵌入式设计的具体流程和UML的相关知识，设计电梯调度系统。,