什么是嵌入式系统设计：设计过程中的步骤

嵌入式系统是一个控制器，它控制许多其他电子设备。它是嵌入式硬件和软件的组合。嵌入式系统有微处理器和微控制器两种。微处理器基于冯诺依曼模型/架构（其中程序+数据驻留在同一内存位置），它是计算机系统的重要组成部分，外部处理器和外围设备与之接口。它占用的面积更大，功耗也更大。微处理器的应用是个人计算机。本文讨论了嵌入式系统设计涉及的步骤。

什么是嵌入式系统设计？

定义： 将硬件和软件嵌入到一起以实现更大面积的特定功能而设计的系统称为嵌入式系统设计。在嵌入式系统设计中，微控制器起着至关重要的作用。微控制器基于哈佛架构，是嵌入式系统的重要组成部分。外部处理器、内部存储器和 I/O 组件与微控制器连接。占地面积小，功耗低。微控制器的应用是MP3、洗衣机。

嵌入式系统的类型

• 独立嵌入式系统
• 实时嵌入式系统
• 联网设备
• 移动设备

嵌入式系统的元素

• 处理器
• 微处理器
• 微控制器
• 数字信号处理器。

嵌入式系统设计流程的步骤

嵌入式系统设计流程/流程图中的不同步骤包括以下内容。

抽象

在这个阶段，与系统相关的问题被抽象出来。

硬件 – 软件架构

在开始任何设计过程之前，必须了解适当的硬件和软件知识。

额外的功能特性

要实现的额外功能要从主设计中完全理解。

系统相关设计族

在设计系统时，应该参考之前与系统相关的设计系列。

模块化设计

必须进行单独的模块设计，以便以后需要时可以使用。

映射

基于软件映射完成。例如，数据流和程序流映射为一个。

用户界面设计

在用户界面设计中，它取决于用户需求、环境分析和系统功能。比如在手机上，我们要降低手机的功耗，我们会关注其他参数，这样就可以降低功耗。

细化

每个组件和模块都必须适当地细化，以便软件团队能够理解。

架构描述语言用于描述软件设计。

• 控制层次结构
• 结构分区
• 数据结构和层次结构
• 软件程序。

嵌入式系统设计软件开发过程活动

设计任何系统以使其正常运行需要各种设计指标，它们是

嵌入式系统的设计指标/设计参数	功能
功耗	始终保持低位
性能	应该高
处理截止日期	流程/任务应在指定时间内完成。
制造成本	应该保持。
工程成本	硬件和软件的编辑-测试-调试成本。
尺寸	大小是根据内存 RAM/ROM/闪存/物理内存来定义的。
原型	它是开发系统和测试它所花费的总时间。
安全	系统安全要像手机锁一样，用户安全要像引擎故障安全措施一样要采取
维护	必须对系统进行适当的维护，以避免系统故障。
上市时间	开发的产品/系统投放市场所需的时间。

嵌入式软件开发过程活动

嵌入式软件开发过程活动主要包括以下内容。

规格

要制定适当的规格，以便使用该产品的客户可以通过该产品的规格并使用它而不会产生任何混淆。设计人员主要关注硬件、设计约束、生命周期、最终系统行为等规范。

架构

指定了硬件和软件架构层。

组件

在这一层，组件设计完成。单进程处理器、内存-RAM/ROM、外围设备、总线等组件

系统集成

在这一层，所有的组件都被集成到系统中，并测试其是否满足设计者的期望。

嵌入式系统设计中的挑战

在设计任何嵌入式系统时，设计人员都会面临如下挑战，

• 环境适应性
• 功耗
• 占用区域
• 打包集成
• 硬件和软件更新
• 安全
• 设计人员在测试设计时面临各种挑战，例如嵌入式硬件测试、验证阶段、验证可维护性。

嵌入式系统设计示例

• 自动巧克力自动售货机 (ACVM)
• 数码相机
• 智能卡
• 手机
• 移动计算机..等

自动巧克力自动售货机 (ACVM)

ACVM 的设计功能是每当孩子向 ACVM 插入一枚硬币时，就会为孩子提供巧克力。

设计步骤

设计步骤主要包括以下几个方面。

1. 要求
2. 规格
3. 硬件和软件功能。

要求

当孩子将硬币插入机器并选择他想要购买的特定巧克力时。

输入

• 硬币，用户选择。
• 每当插入硬币时，每个端口都会产生一个中断。
• 一个单独的通知被发送到每个端口。

输出

• 巧克力
• 退款
• LCD 上会显示一条消息，如日期、时间、欢迎消息。

系统功能

• 使用图形用户界面，孩子向系统命令孩子想要购买哪种巧克力。
• 图形用户界面有 LCD、键盘和触摸屏。
• 当孩子插入硬币时，如果插入的硬币超过所选巧克力的实际成本，机器就会送出巧克力。 ACVM 机器退款。
• 使用通用同步总线，ACVM 的所有者可以跟踪客户端位置。

设计指标

功耗

应根据显示尺寸和机械部件进行设计。

流程截止时间

必须设置定时器，以便每当孩子投入硬币时，ACVM 必须在几秒钟内做出响应，送出巧克力，如果超出则退款。
例如，如果响应时间为 10 秒，则 ACVM 应该送出巧克力并超过10秒内，在孩子投币并要求巧克力后10秒内退款。

规格

从下面的 ACVM 系统中，当孩子插入硬币时。代币根据显示的端口进行隔离，端口 1、端口 2、端口 5。收到硬币时，端口产生一个中断，这个中断被发送到读取金额值并增加。

这里的 LCD 显示成本、时间、欢迎等信息。在收集巧克力的地方存在港口交货。

硬件

ACVM 硬件架构有以下硬件规格

• 微控制器 8051
• 64 KB RAM 和 8MB ROM
• 64 KB 闪存
• 键盘
• 机械硬币分拣机
• 巧克力频道
• 硬币通道
• USB 无线调制解调器
• 电源

ACVM 软件

许多程序必须编写，以便在需要时可以在 RAM / ROM 中重新编程，例如，

• 巧克力价格上涨
• 更新要在 LCD 中显示的消息
• 机器功能的变化。

嵌入式系统是执行特定功能的硬件+软件的组合。有两种类型的微处理器和微控制器。在设计嵌入式系统时，需要考虑某些设计约束和规范，以便开发人员能够满足客户的期望并按时交付。本内容讲解了嵌入式系统设计ACVM的应用。这里有一个问题，在设计嵌入式系统时，环境约束的原因是什么？