发布时间 : 星期三 文章嵌入式系统基础更新完毕开始阅读
现产品开发的嵌入式系统的设计过程在各阶段内部及各阶段之间会发生大量的迭代与优化，前一步的设计缺陷会直接导致后面阶段设计任务无法完成，从而必须重新进行产品定义设计，这就会造成生产成本的提高，增加产品的开发时间。主要原因在于前期的需求分析工作一定要精细，确保准确无误，尽量减少开发过程中的需求变更。下面对各阶段给出具体的描述。 （1）项目论证阶段
项目论证阶段需要完成项目的可行性分析形成可行性研究报告， （2）系统方案阶段
通过项目论证评审后进入系统方案阶段，本阶段对产品需求加以分析、细化，并抽象出需要完成的功能列表，明确定义所要完成的任务。由于嵌入式设计分为硬件与软件设计两个部分，设计人员必须确定系统的哪些功能由硬件完成，那些功能由软件完成，这种选择成为“划分决策”，即软件与硬件的划分。最终形成产品研发的系统方案、研制规范、需求分析说明和系统方案论证报告。
产品功能包括系统的基本功能，如输入输出、操作方式等；产品的性能相对于一般软件工程的非功能性需求，它包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。为了使产品定义更加清晰明确，可以使用一个产品定义表格（如表1-2所示），它将系统的功能和性能需求综合起来。
表1-2需求分析表格
项目 名称 目的 输入输出 功能 性能 生产成本 功耗 物理尺寸和重量 描述 对于所完成项目的总体描述 满足系统要求的描述 系统输入输出的数据类型、数据特征和输入输出的设备类型 对于系统要完成工作的详细描述，系统数据的流向等 系统所要求处理的速度,实时性和实用性 主要是硬件构件和人员的花费 嵌入式系统有些设备依靠电池供电,所以必须考虑功耗问题 最终的产品因为使用的领域不同而大不相同,对系统的物理尺寸和重量有一定的了解有助于对系统体系结构的设计 本阶段需求分析工作对于产品的开发成败至关重要，因此必须严格控制产品需求变更，任何的需求变更都可能导致研发周期和研发成本巨大增大。 （3）系统设计阶段
在通过系统方案评审后，进入系统设计阶段，进入该阶段，软件开发部分需要进行软件需求分析。形成软件需求分析说明书。经过软件概要设计后，形成软件总体设计方案、软件开发接口规范等文档。硬件部分需要形成硬件总体设计方案（包括产品可信性设计）、系统内外接口定义及说明和单板设计规范（复杂产品）等。
（4）产品详细设计阶段
在产品设计阶段完成软硬件的详细设计，编制代码，形成软件个模块设计说明；硬件部分各单板的原理图、PCB和料单。同时还要完成产品的结构设计。 （5）制造联试阶段
完成产品详细设计后，进入产品制造联试阶段，本阶段完成产品的系统调试和可靠性测试，并形成相应的系统调试报告和可靠性测试报告。
完成以上阶段产品样机研制即完成。
将进入产品的小批量生产和中试阶段，进入产品的生产流程，这不再是本书的研究内容。
项目论证阶段 系统方案阶段 系统设计阶段 产品详细设计阶段 制造联试阶段
图1-3a 嵌入式系统的设计流程
1-3b电子信息产品研发流程
项目可行性研究任务书可行性研究项目论证阶段研制任务书项目可行性研究报告新产品名称、型号（规格）命名通知单系统需求分析系统设计阶段中的系统方案过程研制规范系统方案系统需求论证说明系统方案论证报告系统方案评审项目可行性评审软件需求分析软件需求说明书软件概要设计软件总体设计方案软件子系统设计方案（可选）软件模块设计方案（可选）数据库设计说明（针对大型数据库）软件接口规范硬件总体设计方案分系统设计方案（可选）关键件、重要件明细表系统可信性设计方案系统测试方案2系统内、外接口定义及说明13整机结构设计方案整机工艺设计方案可靠性试验方案单元/单板设计规范系统设计阶段中的系统设计过程产品组成部分命名系统软硬件配置说明系统设计评审单元/单板详细设计软件详细设计软件模块详细设计说明编码程序代码软件部分单板软件设计说明编码程序代码硬件部分单元/单板设计说明硬件功能模块设计可编程器件源文件电路原理图 PCB图料单PCB外形图拼板图结构设计文件1线缆组件设计图线缆组件汇总表线缆组件料单软件模块自测报告）单板运行程序清单单板硬件逻辑程序清单包装设计要求线缆、结构配置说明模块程序配置清单整机单板软件配置清单工程研制阶段中的详细设计过程单板测试软件自测软件单元/单板测试规程（可选）单元/单板自测报告单元/单板测试报告（可选）装配料单单板装配工艺要求单元装配及其布线工艺要求整机装配工艺要求整机布线工艺要求变压器（电感）技术要求随机资料产品标准外协件（外购件）技术条件模块清单系统调试说明、系统调试报告工程研制阶段中的制造联试过程23系统测试规程、系统测试报告可靠性检测报告成果鉴定（样机评审）
1-3c
电子信息产品研发过程文档体系
1.1.3嵌入式系统的软硬件划分
随着芯片设计和制造技术水平的发展，微处理器的运算速度得到很大提高，因此很多传统上必须由硬件实现的功能现在可以使用软件实现。与此同时，近年来，FPGA技术的提高和大容量、低成本的新型FPGA的出现，为高性能的数字控制系统提供了新的实现方法。
有软硬件划分需要的功能都是那些既可以用软件实现又可以用硬件实现的功能，具体到实际的物理系统中，就是那些既可以用微处理器系统实现也可以用FPGA或模拟元件实现的功能。 在软硬件划分的问题上，一般遵循以下几个原则： (1) 性能原则
不管使用软件还是硬件实现特定的功能，首先要满足性能要求。 （2）性价比原则
对于嵌入式系统产品，很大比例的产品为成本敏感型的消费类电子，对于该系统来说，最重要的是分析对于同一个功能，实现低成本产品开发以满足市场竞争的需要。 （3）资源利用率原则
目前新型的微处理器往往集成了大量的外围元件，如串行接口、计数器、 PWM和 AD等，也就常说的片上系统SOC（system on chip），在性能相同的情况下，价格比分立系统低廉。因此，很多系统面临的情况是使用了SOC芯片以后，不但可以实现那些符合高性价比原则的功能，还会有一些剩余的资源，由于微处理器所运行的控制软件的性能与微处理器的使用率有关，当使用率越低时，软件的相应速度会越快，或者可以以较低速度来运行微处理器。而且FPGA的运行速度与逻辑资源也有关系，逻辑资源利用率越低，可以运行的速度越快。而数字系统的运行速度与可靠性是有直接关系的。当运行速度接近极限速度时，可靠性就会降低，因此适当保留一定设计冗余对提高系统的可靠性是有很大帮助的，同样也有利于将来的性能升级和维护。
这3个原则之间不是相互独立的，而是互相影响的，当具体实施时要综合考虑这几个原则，从而做出最优的选择。
1.1.4嵌入式系统的产品硬件详细设计
硬件是嵌入式系统运行的载体也是嵌入式系统的基础，嵌入式系统硬件为嵌入式系统软件的运行环境，限定了嵌入式系统软件的资源。体现嵌入式系统所能完成的功能。嵌入式系统的硬件设计是在嵌入式系统软硬件划分的基础上，对划分为硬件部分的功能单元所进行的设计。通常，嵌入式系统的产品硬件详细设计包含以下几个部分。 1．嵌入式系统硬件选择
嵌入式系统硬件的选择包括硬件平台和嵌入式处理器的选择、外围设备的选择和接口电路的选择。 l）选择硬件平台
（1）重用已有的系统已实现的接近或相似的功能模块。 （2）考虑是否能用单处理器实现。
( 3 ) 如果需要用多个处理器，选用能够满足需求的最少数量实现。
（4）在多处理器设计中，控制和管理用一个处理器实现，简化操作。系统中其他处理器分别处理系
统中的工作负载（例如数字信号处理）
2）选择处理器
嵌入式系统硬件的核心部件是嵌入式微处理器。在选择处理器时主要考虑以下几方面的因素： (1) 处理器性能
处理器的性能取决于多个方面的因素，如处理器的时钟频率，内部寄存器的大小，指令字的长度等。对于许多需要使用处理器的嵌入式系统设计来说，目标不是在于挑选速度最快的处理器，而是在于选取能够满足系统要求的处理器。 （2）处理器技术指标
目前许多嵌入式处理器都集成了外围设备的功能，减少了芯片的数量，增强了系统的功能，降低了整个系统的开发费用。必须首先考虑的是，系统所要求的硬件能否较容易连接到处理器。其次是考虑该处理器的一些支持芯片，如DMA控制器，内存管理器，中断控制器，串行设备和时钟等的配置。 (3) 处理器功耗
嵌入式微处理器最大并且增长最快的市场是手持设备、电子记事本、PDA、手机、GPS 导航器、智