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本文將描述嵌入式實(shí)時(shí)系統的關(guān)鍵特征，然后討論如何在所選擇或所開(kāi)發(fā)的硬件和軟件構件的基礎上開(kāi)發(fā)一個(gè)高效的嵌入式系統方案，并介紹開(kāi)發(fā)這些系統所需的獨特關(guān)鍵處理技術(shù)。 許多系統設計師將執行軟/硬件協(xié)同設計周期，即同時(shí)開(kāi)發(fā)硬件和軟件。理解硬件與軟件功能之間的關(guān)系以及對兩者進(jìn)行劃分有助于確保完全和正確地實(shí)現系統需求。 在定義和分析需求的初期階段，系統開(kāi)發(fā)者需要與設計工程師緊密合作，將要求實(shí)現的功能分配給硬件或軟件。這是根據早期系統仿真、建立原型和行為建模的結果，再加上對前面提及的多種因素的折衷以及過(guò)去的設計經(jīng)驗來(lái)進(jìn)行分配的。一旦完成這種分配，就將開(kāi)始詳細的設計和實(shí)現。當同時(shí)進(jìn)行硬件和軟件設計時(shí)，各種不同的分析技術(shù)將被應用到實(shí)時(shí)系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，它們包括：硬件和軟件仿真、硬件/軟件協(xié)同仿真、可規劃性建模(如速率單調性分析)、建立原型和增量開(kāi)發(fā)。 能夠用于各種不同抽象級的仿真技術(shù)可以對性能做出早期評估。低抽象級的仿真能夠用于對總線(xiàn)帶寬和數據流建模，而且它們對評估性能也非常有用。高抽象級的仿真能解決功能交互問(wèn)題，并研究硬件/軟件的折衷方案和驗證設計的有效性。運用仿真方法，復雜的系統能夠被抽象為基礎的元件和行為。仿真能幫助解決功能方面的問(wèn)題(數據和算法)、行為方面的問(wèn)題(處理的先后順序)或性能方面的問(wèn)題(資源利用率、吞吐量和時(shí)序)。 嵌入式實(shí)時(shí)系統的優(yōu)化十分重要。因為這些系統設計用于解決相對較窄范圍的問(wèn)題，所以硬件和軟件經(jīng)優(yōu)化后只要能執行好單個(gè)應用就行。目標是在硬件與軟件達到最佳平衡的條件下來(lái)設計系統。這個(gè)階段的主要影響因素包括處理器的選擇、如何在硬件與軟件之間分割應用以及整個(gè)系統的集成。 在為嵌入式實(shí)時(shí)系統選擇處理器時(shí)，應考慮以下因素： 1．性能：處理器必須具備足夠的性能來(lái)處理任務(wù)，并能支持產(chǎn)品的生命周期。 2．實(shí)現：根據具體的應用，需要的處理器可能是高度集成的產(chǎn)品，甚至于符合軍用規范。對于一個(gè)DSP應用，它可以在幾種方案中進(jìn)行選擇。一種選擇是ASIC。這種器件能被用作DSP協(xié)處理器，但對許多通用信號處理應用而言，它不是非常靈活。另一種選擇是RISC處理器。這種器件具有極快的時(shí)鐘速度，但可能不具備可伸縮性，而且可能還存在其它實(shí)時(shí)問(wèn)題。FPGA是一種快速器件，能非常迅速和高效地執行某些DSP功能，但與DSP相比，它們仍很難開(kāi)發(fā)。 在DSP中，一個(gè)簡(jiǎn)單的程序就能完成這些相同的功能。如果應用是宿主信號處理應用，那么選擇一款功能更強大、功耗更高的通用處理器可能沒(méi)有問(wèn)題。如果信號處理應用要求能快速升級，那么像DSP這樣的可編程器件將比定制的硬件解決方案更有吸引力。 3．工具支持：支持軟件創(chuàng )建、調試、系統集成、代碼調整和優(yōu)化的工具對于整個(gè)項目的成功非常重要。 4．操作系統支持：嵌入式系統應用的復雜性要求采用有益的抽象來(lái)降低復雜度。針對所選處理器優(yōu)化的商用操作系統能夠縮短應用開(kāi)發(fā)周期和產(chǎn)品上市時(shí)間。 5．過(guò)去的經(jīng)驗：以前使用所選處理器或處理器系列的經(jīng)驗可以減少學(xué)習新處理器、工具和技巧所需的時(shí)間。 6．仿真支持：周期精確的仿真技術(shù)在某些種類(lèi)的應用中十分重要，尤其對于數字信號處理，它的大部分功能是依靠仿真技術(shù)來(lái)驗證正確性的。嵌入式系統的軟/硬件協(xié)同設計模型也使得處理器仿真器成為開(kāi)發(fā)流程中的一個(gè)有用工具。 7．應用支持：支持方式分為許多種——從通過(guò)熱線(xiàn)或網(wǎng)站提供的應用指南到預打包的軟件；從應用框架到可用的測試基準。某些DSP處理器還一并提供用于外圍設備的驅動(dòng)程序、板支持包以及其它“啟動(dòng)套件”。這些軟件使應用開(kāi)發(fā)者不必再編寫(xiě)沒(méi)有增值意義的軟件，如設備驅動(dòng)程序，轉而專(zhuān)注于為應用開(kāi)發(fā)增值功能，它們將使產(chǎn)品在市場(chǎng)上表現出個(gè)性化特色。 8．成本：嵌入式應用對成本非常敏感。幾美分的成本差異就能決定產(chǎn)品在市場(chǎng)上的成敗。 9．功耗：許多便攜型的嵌入式實(shí)時(shí)系統是依靠電池供電的。因此，電池壽命成為系統的一個(gè)重要參數。在這種情況下，應考慮采用針對便攜式應用優(yōu)化的低功耗器件。 10．遺留代碼：選用需要移植現有代碼的處理器可能會(huì )顯著(zhù)延長(cháng)開(kāi)發(fā)周期。選擇一款代碼兼容的器件則可以縮短或省去移植代碼的步驟。 11．算法復雜性：特定處理器能很高效地運行特定算法。選擇的處理器應該盡可能與應用相匹配。例如，包含大量控制代碼的有限狀態(tài)機應用應該選用RISC器件，如arm處理器。而諸如編碼、解碼和回波消除等信號處理應用則應當選用DSP或帶有信號處理加速器的某些器件。 12．面市時(shí)間：項目的最終期限可能會(huì )影響處理器的選擇。這與前述的幾項選擇標準有密切關(guān)系，如操作系統和其它軟件的可供應性以及代碼的可移植性問(wèn)題等。 因為嵌入式系統的預算不斷縮減，實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)和TCP/IP堆棧等商業(yè)技術(shù)已經(jīng)得到增強，加上對嵌入式系統的需求不斷擴展，所以采用現成商業(yè)技術(shù)的做法正變得越來(lái)越流行。使用現成商業(yè)技術(shù)可以縮短開(kāi)發(fā)周期的某些階段，包括編碼、調試、單元測試和代碼檢查等。 不過(guò)，如果決定購買(mǎi)而不是自主開(kāi)發(fā)，那么這將改變一家公司的基本開(kāi)發(fā)流程。選擇購買(mǎi)現成商業(yè)技術(shù)的公司預計要進(jìn)行的一些新工作包括：研究和評估供應商、產(chǎn)品評估以及后續與供應商的互動(dòng)和關(guān)系維護等。 很重要的一點(diǎn)是應該讓終端用戶(hù)和技術(shù)人員參與選擇現成商業(yè)技術(shù)供應商的過(guò)程。在選擇的過(guò)程中，不僅要考慮技術(shù)問(wèn)題，還要重點(diǎn)關(guān)注商業(yè)需求。影響成本的因素包括：易學(xué)性、易用性、供應商的信譽(yù)和穩定度、許可協(xié)議以及培訓事宜。在選擇供應商時(shí)的主要任務(wù)包括：研究和理解技術(shù)標準；向供應商征詢(xún)建議；評估供應商的建議并對他們作出排名；選擇一家供應商并與之簽署合同。 嵌入式系統供應商已經(jīng)認識到，他們需要通過(guò)提供軟件模塊和框架，來(lái)加速軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)程。在DSP領(lǐng)域，供應商提供了數百個(gè)DSP軟件給DSP設計師，供他們在產(chǎn)品和系統開(kāi)發(fā)中使用，其中包括參考框架。 在應用開(kāi)發(fā)的早期階段，已經(jīng)設計好的參考框架對于設計師而言是能夠用以啟動(dòng)項目的解決方案。參考框架包含在許多應用中可以通用的源代碼。設計師可以選擇最能滿(mǎn)足其系統需要的特定參考框架，然后將參考框架與算法(由其他供應商銷(xiāo)售的DSP商業(yè)現成技術(shù)或者它們自己開(kāi)發(fā)的算法)整合在一起，從而為一系列終端設備創(chuàng )造特定應用，包括寬帶、語(yǔ)音、視頻成像、生物測定和無(wú)線(xiàn)基礎設施等。 |
