嵌入式系统第4章 嵌入式系统的硬件结构设计.ppt
主讲马洪连
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4.1概述
ARM公司将嵌入式微处理器内核作为知识产权IP
推向了市场，因此基于ARM架构的微处理器在市场上
占有众多份额，并被不同的具有IP的公司生产为不
同型号和封装格式的嵌入式微处理器。如具有处理
器内核形式的，也有处理器核形式的。
半导体厂商或片上系统SoC设计应用厂商采用ARM
架构来生产相应的MPU或SoC芯片。
ARM系统设计人员在MPU或SoC芯片的基础上根据
实际需求再进行硬件系统一级的扩展和软件系统的
裁剪和应用程序的编写。
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4.1.1、嵌入式系统的设计原则和步骤
嵌入式系统设计的重要特点是技术多样化，
即实现同一个嵌入式系统可以有许多不同的设计
方案选择，而不同的设计方案就意味使用不同的
设计和生产技术。
嵌入式系统设计一般步骤
1）需求分析2）体系结构设计
3）硬件/软件设计4）系统集成和系统测试
注意：各个阶段之间往往要求不断的反复和修改，
直至完成最终设计目标。
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嵌入式系统设计过程
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1）需求分析阶段包括
①分析用户的需求
②确定硬件软件
③检查需求分析的结果
④确定项目的约束条件
⑤概要设计
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需求分析-罗列用户的需求
（1）系统用于什么任务？
（2）系统接收什么输入和输出什么信号？
（3）用户需要如何同系统打交道？
（4）系统的重量和体积如何？
（5）系统需要连接何种外设？
（6）系统是否需要运行某些现存的软件？
（7）系统处理哪种类型的数据？
（8）系统是否要与别的系统通讯？
（9）系统是单机还是网络系统？
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需求分析-罗列用户的需求
（10）系统的响应时间是多少？
（11）需要什么安全措施？在什么样的环境下运行？
（12）外部存储媒介和内存需要多大？
（13）系统可拆装性,可靠性,牢固性的期望值是什么？
(14）如何给系统供电？
（15）系统如何向用户通报故障？
（16）是否需要任何手动或机械代用装置？
（17）系统是否将具有远程诊断或更正问题的功能？
（18）其他问题
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2）体系结构设计
l设计目的—描述系统的功能如何实现。
l决定因素—
①系统是硬实时系统还是软实时系统；
②操作系统是否需要嵌入；
③物理系统的成本、尺寸和耗电量是否是产品
成功的关键因素；
④选择处理器和相关硬件；
⑤其他。
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3）硬件/软件设计
（1）设计目的
决定哪些用硬件实现，哪些用软件实现。例如：
浮点运算；网络通信控制器实现的功能；软调制解
调器/硬调制解调器；软件压缩解压/硬件压缩解压图
像。
（2）硬件设计
①设计硬件子系统（top-down方法）分成模块；
设计框图。例如：CPU子系统、存储器子系统等。
②定义硬件接口
I/O端口；硬件寄存器；共享内存；硬件中断；
存储器空间分配；处理器的运行速度。
3）硬件/软件设计
（3）软件设计
n设计软件子系统：软件总体设计、模块设计。
n定义软件接口：模块接口、函数接口。
（4）检查设计
Ø小项目：自己审查设计文档
Ø中等项目：拿给同事朋友并向他们解释你的设计
Ø大型项目-审查会：设计者应作一个更正式的报告。
由于这是一个设计审查会，召集一群人，主要由工
程师组成，并尽可能包括一些对项目有不同看法角
度的成员，如做市场的人员、最终用户。
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4)系统集成与测试
Ø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，发现并改进设计过程中的错误。
Ø系统测试
对设计好的系统进行测试，看其是否满足给
定的要求。
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4.1.2嵌入式系统选型