嵌入式系统设计技术教案.pptx
会计学1嵌入式系统设计技术嵌入式系统设计技术2内容提要内容提要设计示例：车载设计示例：车载GPSGPS终端系统的设计终端系统的设计嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点第1页/共42页3嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点n n面向特定应用n n硬件和软件必须高效设计，保持竞争力n n需要交叉开发环境n n嵌入式系统程序需要固化n n嵌入式系统软件开发难度较大n n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第2页/共42页4内容提要内容提要设计示例：车载设计示例：车载GPSGPS终端系统的设计终端系统的设计嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点第3页/共42页5嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成第4页/共42页6硬件层硬件层硬件层硬件层iPod nano 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/OI/O接口组成，操作系统和应用程序都可以固化在接口组成，操作系统和应用程序都可以固化在ROMROM中中MP3随身听的硬件组成第5页/共42页7第6页/共42页8中间层中间层中间层中间层-BSP-BSP（板级支持包）（板级支持包）（板级支持包）（板级支持包）设计一个完整的BSP的步骤n n嵌入式系统的初始化片级初始化片级初始化 板级初始化板级初始化 系统级初系统级初始化始化n n硬件相关的设备驱动程序BSPBSP的两个特点的两个特点l操作系统相关性操作系统相关性l硬件相关性硬件相关性第7页/共42页9内容提要内容提要设计示例：车载设计示例：车载GPSGPS终端系统的设计终端系统的设计嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点第8页/共42页10嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程第9页/共42页11需求分析阶段需求分析阶段需求分析阶段需求分析阶段名称名称目的目的输入输入输出输出功能功能性能性能生产成本生产成本功耗功耗物理尺寸和重量物理尺寸和重量需求分析表格需求分析表格第10页/共42页12名称名称便携式网络电视便携式网络电视目的目的为用户提供移动网络和收看数字电视服务为用户提供移动网络和收看数字电视服务,同时具有同时具有广播和交互式多媒体应用功能广播和交互式多媒体应用功能输入输入触摸式面板触摸式面板,电源按钮电源按钮输出输出LCDLCD显示屏显示屏,内置喇叭内置喇叭功能功能l电子节目指南电子节目指南l高速数据广播高速数据广播l软件在线升级软件在线升级l因特网接入因特网接入l条件接收条件接收性能性能画面流畅清晰画面流畅清晰,30fps,30fps便携式网络电视设计的需求分析表格便携式网络电视设计的需求分析表格第11页/共42页13规格说明阶段规格说明阶段规格说明阶段规格说明阶段系统规格说明n n说明系统做些什么，具有哪些方面的功能n n是系统开发、验收和管理的依据n n不能有任何歧义n n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n n是设计时必须明确遵循的要求和准则第12页/共42页14体系结构设计体系结构设计体系结构设计体系结构设计n n硬件平台的选择n n处理器的选择处理器的选择n n软件平台的选择n n操作系统的选择操作系统的选择n n编程语言的选择编程语言的选择n n集成开发环境考虑的因素集成开发环境考虑的因素n n硬件调试工具的选择硬件调试工具的选择n n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。分以及系统的软件、硬件选型等。第13页/共42页15处理器的选择处理器的选择处理器的选择处理器的选择Marvell Xscale，ARM指令集Intel Atom，X86指令集龙芯，MIPS指令集处理器选择考虑因素处理器选择考虑因素处理器性能处理器性能处理器技术指标处理器技术指标功耗功耗软件支持工具软件支持工具处理器是否内置调试工具处理器是否内置调试工具供应商是否提供评估板供应商是否提供评估板第14页/共42页16操作系统的选择操作系统的选择操作系统的选择操作系统的选择考虑以下几个方面：考虑以下几个方面：l操作系统本身所提供的开操作系统本身所提供的开发工具发工具l操作系统向硬件接口移植操作系统向硬件接口移植的难度的难度l操作系统的内存要求操作系统的内存要求l开发人员是否熟悉此操作开发人员是否熟悉此操作系统及其提供的系统系统及其提供的系统APIAPIl是否提供硬件的驱动程序是否提供硬件的驱动程序l是否具有可裁剪性是否具有可裁剪性l操作系统的实时功能操作系统的实时功能第15页/共42页17编程语言的选择编程语言的选择编程语言的选择编程语言的选择考虑因素：n n通用性n n可移植性程度n n执行效率n n可维护性汇编语言汇编语言C/C+Java ME选哪个好选哪个好呢？呢？第16页/共42页18集成开发环境考虑的因素集成开发环境考虑的因素n n系统调试器的功能 n n支持库函数 n n编译器开发商是否持续升级编译器 n n连接程序是否支持所有的文件格式和符号格式 第17页/共42页19硬件调试工具的选择硬件调试工具的选择硬件调试工具的选择硬件调试工具的选择 常用的硬件调试工具 n n实时在线仿真器(ICE，In-Circuit Emulator)n n驻留监控软件 n nROM仿真器 n nJTAG仿真器 第18页/共42页20设计硬件构件和软件构件设计硬件构件和软件构件设计硬件构件和软件构件设计硬件构件和软件构件n n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n n构件的设计应与体系结构和规格说明保持一致n n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n n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第19页/共42页21系统集成和测试系统集成和测试系统集成和测试系统集成和测试 白盒测试白盒测试黑盒测试黑盒测试测试规划测试规划根据程序的内部结构，如语句的控根据程序的内部结构，如语句的控制结构，模块间的控制结构以及内制结构，模块间的控制结构以及内部数据结构等进行测试部数据结构等进行测试根据用户的规格说明，即针对命令、信息、根据用户的规格说明，即针对命令、信息、报表等用户界面及体现他们的输入数据与输报表等用户界面及体现他们的输入数据与输出数据之间的关系的对应关系，特别是针对出数据之间的关系的对应关系，特别是针对功能进行测试功能进行测试优点优点能够对程序内部的特定部位进行覆能够对程序内部的特定部位进行覆盖测试盖测试能站在用户的立场上进行测试能站在用户的立场上进行测试缺点缺点无法检验程序的外部特性，无法对无法检验程序的外部特性，无法对未实现规格说明的程序内部欠缺部未实现规格说明的程序内部欠缺部分进行测试分进行测试不能测试程序内部特定部位，如果规格说明不能测试程序内部特定部位，如果规格说明错误，则无法发现错误，则无法发现方法举例方法举例语句覆盖语句覆盖判定覆盖判定覆盖条件覆盖条件覆盖判定判定-条件覆盖条件覆盖基本路径覆盖基本路径覆盖循环覆盖循环覆盖模块接口覆盖模块接口覆盖基于图的测试基于图的测试等价类划分等价类划分边值分析边值分析比较测试比较测试第20页/共42页22内容提要内容提要设计示例：车载设计示例：车载GPSGPS终端系统的设计终端系统的设计嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成嵌入式系统设计的特点嵌入式系统设计的特点第21页/共42页23统一建模语言统一建模语言UML 采用采用UMLUML进行设计具有以下特点和优势进行设计具有以下特点和优势n nUMLUML语言简单语言简单,易学、易用易学、易用n nUMLUML采用可视化的图形描述，比较形象直观采用可视化的图形描述，比较形象直观n n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交流n nUMLUML语言是第三代面向对象建模语言的标准，被绝大多数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业内人士认同n nUMLUML采用图形化的设计，将系统的核心部分描述出来，可采用图形化的设计，将系统的核心部分描述出来，可以供以后系统开发使用以供以后系统开发使用n n有利于项目的回溯和测试有利于项目的回溯和测试第22页/共42页24UMLUML的组成部分的组成部分的组成部分的组成部分 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第23页/共42页25用例图用例图用例图用例图 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 第24页/共42页26类图类图类图类图 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第25页/共42页27 对象图对象图对象图对象图 n n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n n对象图显示的不是实际的类，而是类的多个对象的实例n n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第26页/共42页28状态图状态图状态图状态图 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 第27页/共42页29顺序图顺序图顺序图顺序图 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 第28页/共42页30协作图协作图协作图协作图 n n协作图像顺序图一样显示动态协作，如果上下文是需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，那么选择顺序图需要重点强调的方面，那么选择顺序图 n n协作图显示多个对象以及它们之间的关系常把协作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当作一个对象图来绘制 第29页/共42页31活动图活动图活动图活动图 n n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n n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）的规格说明第30页/共42页32组件图组件图组件图组件图 n n组件图是用代码组件来显示代码物理结构的组件图是用代码组件来显示代码物理结构的n n组件可以是二进制组件、源代码组件或一个可执行的组组件可以是二进制组件、源代码组件或一个可执行的组件件 第31页/共42页33部署图部署图部署图部署图 n n部署图用于显示系统中的硬件和软件的物理结构部署图用于显示系统中的硬件和软件的物理结构n n部署图可以显示实际的计算机和设备（或者部署图可以显示实际的计算机和设备（或者NodeNode），同），同时还有它们之间的必要的连接，也可以显示这些连接的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类型 第32页/共42页34UMLUML中的模型元素中的模型元素中的模型元素中的模型元素 n n在UML各种图中使用的概念都称为模型元素n n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 第33页/共42页35车载车载GPS终端系统简介终端系统简介 n n车辆可以通过终端和车辆可以通过终端和GPSGPS卫星进行实时、准确的定位，并能够通过无卫星进行实时、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线通讯网络上报远程的车辆控制中心系统n n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控制车辆n n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调度控制中心n n另外，通过终端车辆还可以接收少量的调度信息另外，通过终端车辆还可以接收少量的调度信息 lGPSGPS是指全球定位系统（是指全球定位系统（Global Global Position SystemPosition System）l车载车载GPSGPS终端是置于机动车内的实终端是置于机动车内的实时定位装置时定位装置l应用对象是需要定位、调度的车队，应用对象是需要定位、调度的车队，例如：运输车队、警车和出租车等例如：运输车队、警车和出租车等第34页/共42页36需求分析需求分析需求分析需求分析 n n主要的角色有两个：车辆调度中心用户和车载终端用户。主要的角色有两个：车辆调度中心用户和车载终端用户。n n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，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，控制车辆等发送调度信息，控制车辆等 第35页/共42页37规格说明规格说明规格说明规格说明 l使用类图描述系统所要处理的数据结构l上图描述车载GPS终端需要接收的GPS卫星信号l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l然后使用协作图描述它们之间的关系。上图描述了车载GPS终端的主要对象第36页/共42页38规格说明（续）规格说明（续）规格说明（续）规格说明（续）n n最后，在规格说明阶段还需要进行系统的业务描述n n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n n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第37页/共42页39系统体系结构系统体系结构系统体系结构系统体系结构 n n对系统的各个模块及模块之间的关系仔细地分析，从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而确定哪些部分用硬件完成，哪些部分用软件实现n n用协作图和组件图对系统的硬、软件分别进行系统设用协作图和组件图对系统的硬、软件分别进行系统设计计 第38页/共42页40构件设计与测试构件设计与测试构件设计与测试构件设计与测试 GSMGSM通讯模块的状态图通讯模块的状态图 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第39页/共42页41构件设计与测试（续）构件设计与测试（续）构件设计与测试（续）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心保持通讯的系统的处理过程 第40页/共42页42思考题思考题思考题思考题n n嵌入式系统的设计与传统系统设计具有哪些异同点？n n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？n n统一建模语言（UML）包括那几部分，各个部分的组成又由那些？n n试画出UML中常用的几种图形，如用例图，类图，顺序图等等。n n试着给出电梯的状态转换图？n n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。第41页/共42页
