嵌入式系统原理与技术课件：chap2 -1嵌入式系统的设计方法.ppt

1、第3章 嵌入式系统的设计方法3.1 嵌入式系统的总体结构3.2 嵌入式系统开发过程第3章 嵌入式系统的设计方法23.1 嵌入式系统的总体结构 嵌入式系统一般都由嵌入式微处理器系统和被控对象组成。嵌入式微处理器系统由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。第3章 嵌入式系统的设计方法3硬件层硬件层由嵌入式微处理器、外围电路和外设组成。 在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、复位电路、调试接口和存储器电路，就构成一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM或者Flash中。可在此基础上增加了LCD、键盘、USB接口，以及其他一些功能的扩展电路。第3章 嵌入式系统的设计方法4BSP（B

2、oard Support Package，板级支持包）硬件层与软件层之间为中间层，也称为BSP将系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。BSP是主板硬件环境和操作系统的中间接口，是软件平台中具有硬件依赖性的那一部分，一般具有相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置等功能。纯粹的BSP一般包含的内容是与系统有关的驱动程序，第3章 嵌入式系统的设计方法5n软件层软件层主要是操作系统，有的还包括文件系统、图形用户接口和网络系统等。n功能层功能层由基于操作系统开发的应用程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。功能层是面向被控对象和用户的，为了方便用户操作，往往需

3、要具有友好的人机界面。第3章 嵌入式系统的设计方法63.2嵌入式系统开发过程 嵌入式软件的开发与传统的软件有许多共同点，它继承了许多传统软件开发的开发习惯。但由于嵌入式软件运行于特定的目标环境，与传统软件的开发又有着很大的不同。3.2.1 嵌入式系统的开发特点3.2.2 嵌入式系统的开发流程3.2.3 调试嵌入式系统 第3章 嵌入式系统的设计方法7嵌入式系统的开发特点 1交叉开发环境交叉开发环境嵌入式软件以宿主机宿主机/目标机模式目标机模式开发，所需要的开发环境称为交叉开发环境。交叉开发环境交叉开发环境分为宿主机部分和目标机部分，两者以统一的通信协议进行通信，宿主机向目标机发送命令，目标机接收

4、、执行命令并将结果返回宿主机，从而实现两机之间的交互控制。第3章 嵌入式系统的设计方法8n宿主机（Host）通用计算机(PC),通过串口或网络连接与目标机进行通信。 n目标机（Target）嵌入式系统实际运行环境，也可以是能替代实际环境的仿真系统。第3章 嵌入式系统的设计方法9n2为了保证稳定性和实时性，选用RTOS开发平台n对简单系统可以用传统方法，从底层用汇编语言编写程序，利用在线仿真器（ICE）、在线调试器（ICD）等开发工具进行软件的调试。对于那些复杂的嵌入式系统，为了合理地调度多任务、利用系统资源，用户选配RTOS开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保证软

5、件质量。n3生成代码需要固态化存储n嵌入式应用程序开发环境是PC机，但运行的目标环境却千差万别，可以是PDA，也可以是仪器设备。而且应用软件在目标环境下必须存储在非易失性存储器中，保证系统在掉电重启后仍能正常使用。所以，应用软件在开发完成以后，应生成固化版本，都固化在单片机本身或烧写到目标环境的Flash中运行。n4软件代码具有高质量、高可靠性第3章 嵌入式系统的设计方法10嵌入式系统的开发流程 各个阶段之间往往要求不断地反复和修改，直到完成最终完成设计目标。第3章 嵌入式系统的设计方法111需求分析阶段 分析系统的需求，。根据系统的需求，确定设计任务和设计目标，提炼出设计规格说明，作为正式指

6、导设计和验收的标准。 2体系结构设计根据设计规格说明书，进行体系结构的设计。即如何实现所述的功能和非功能需求，包括对硬件、软件的功能划分，以及系统的软件、硬件和操作系统的选型等。第3章 嵌入式系统的设计方法12n3硬件/软件设计 基于体系结构，对系统的软、硬件进行详细设计和实现。n4系统集成和测试 系统软件、硬件集成，进行调试，发现并改进单元设计的错误。n5代码固化 程序写入到非易失性存储器，如Flash固化。 第3章 嵌入式系统的设计方法13调试嵌入式系统 嵌入式系统的调试有多种方法，可分为模拟器方式、ICE（In-Circuit Emulator，在线仿真器）方式、ICD（In-Circu

7、it Debugger，在线调试器）方式和监控器方式。1模拟器方式调试工具和待调试的嵌入式软件都在主机上运行，通过软件手段模拟执行为某种嵌入式处理器编写的源程序。简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源程序，分配虚拟存储空间和外设，进行语法和逻辑上的调试。如：skyeye第3章 嵌入式系统的设计方法14n2在线仿真器方式 在线仿真器ICE是一种完全仿造调试目标CPU设计的仪器。仿真器与目标板通过仿真头连接，与主机有串口、并口、以太网口或USB口等连接方式。 仿真器运行所有的CPU动作，并且可以在其使用的内存中设置非常多的硬件中断点，可以实时查看所有需要的数据，从而给调试过程带来很多便利。由于

8、仿真器自成体系，调试时可以连接目标板，也可以不接目标板。第3章 嵌入式系统的设计方法153监控器方式主机和目标板通过某种接口（通常是串口）连接，主机上提供调试界面，被调试程序下载到目标板上运行监控程序是一段运行于目标机上的可执行程序，主要负责监控目标机上被调试程序的运行情况，与宿主机端的调试器一起完成对应用程序的调试。监控程序包含基本功能的启动代码，并完成必要的硬件初始化，等待宿主机的命令。 被调试程序通过监控程序下载到目标机，就可以开始进行调试。监控器方式操作简单易行，功能强大，不需要专门的调试硬件，适用面广，能提高调试的效率，缩短产品的开发周期，降低开发成本。正因为以上原因，监控器方式才能够广泛应用于嵌入式系统的开发之中。第3章 嵌入式系统的设计方法16n4在线调试器方式 使用ICD和目标板的调试端口连接，发送调试命令和接收调试信息，可以完成必要的调试功能。一般情况下，在ARM芯片的开发板上采用JTAG边界扫描口进行调试。摩托罗拉公司采用专用的BDM调试接口。 使用合适的开发工具可以利用这些接口。例如，ARM开发板，可以将JTAG调试器接在开发板的JTAG口上，通过JTAG口与ARM处理器核进行通信。由于JTAG调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此许多接口问题，如高频操作限制、电线长度的限制等被最小化了。该方式是目前采用最多的一种调试方式。