嵌入式系统设计方法概论李曦llxx@ustc.edu.cn计算机系、计算机应用研究室内容提要•系统论概要•现行嵌入式系统（软件）开发方法–基于”宿主机－目标机“的交叉编译方法•嵌入式系统基本度量指标与权衡•嵌入式系统协同设计方法与流程•嵌入式系统开发环境llxx@ustc.edu.cn2/71系统论•由生物学家L.V.贝塔朗菲在1920‘s提出，1968年确立–任何系统都是一个有机整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加–系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新性质•亚里士多德：”整体大于部分之和“•“系统”的定义–由若干相互关联的要素以一定结构形式连接，具有明确的边界，共同完成某种功能的有机整体。llxx@ustc.edu.cn3/71系统分析•系统的特征–基本特征：整体性、联系性、层次结构性、动态平衡性、时序性–一致性：系统要协调一致•界面等–功能关系•每个部件的特征或行为必须对整体有贡献•每个部件的特征或行为依赖于其他部件•分析–分解、模块化、层次化、耦合度、聚合度llxx@ustc.edu.cn4/71系统建模•模型：对现实的抽象–不是现实，只是对现实中一些要素的反映•常见模型–图像模型：直观模拟现实情况–类比模型：采用类比方法描述对象属性–符号模型：数学模型llxx@ustc.edu.cn5/71系统建模评估•明确建模对象及其特征•定义设计空间•从设计空间中选择须建模分析的候选方案•对候选方案进行模拟评估–性能维–成本维：直接成本、使用成本、维修成本–时空维：系统存在的时空限度–扩展维llxx@ustc.edu.cn6/71嵌入式系统设计步骤llxx@ustc.edu.cn7/71嵌入式系统设计步骤•系统需求分析–确定设计任务和设计目标，并提炼出设计规格说明书，作为正式设计指导和验收的标准。–功能性需求：是系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等；–非功能性需求：包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。•体系结构设计–描述系统如何实现所述的功能和非功能需求•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。llxx@ustc.edu.cn8/71嵌入式系统设计步骤（续）•硬件/软件设计–基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详细设计–为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的–嵌入式系统设计的工作大部分都集中在软件设计上•采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。•系统集成–把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起，进行调试，发现并改进单元设计过程中的错误。•系统测试–是否满足规格说明书中给定的功能要求。llxx@ustc.edu.cn9/71Ourrequirementsformnamepurposeinputsoutputsfunctionsperformancemanufacturingcostpowerphysicalsize/weightllxx@ustc.edu.cn10/71Ex:GPSmovingmaprequirements•MovingmapobtainspositionfromGPSI-78•paintsmapfromlocaldatabase.ScotchRoadlat:4013lon:3219llxx@ustc.edu.cn11/71GPSmovingmapneeds•Functionality:Forautomotiveuse.Showmajorroadsandlandmarks.•Userinterface:Atleast400x600pixelscreen.Threebuttonsmax.Pop-upmenu.•Performance:Mapshouldscrollsmoothly.Nomorethan1secpower-up.LockontoGPSwithin15seconds.•Cost:$500streetprice=approx.$100costofgoodssold.llxx@ustc.edu.cn12/71GPSmovingmapneeds,cont’d.•Physicalsize/weight:Shouldfitindashboard.•Powerconsumption:CurrentdrawcomparabletoCDplayer.llxx@ustc.edu.cn13/71GPSmovin