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技术专题
嵌入式系统设计：功能和流程
对于较大区域中的特定功能，其设计结合了软件和硬件的嵌入的系统称为嵌入式系统设计。在这一设计领域内，源自哈佛计算机体系结构的微控制器在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色。
哈佛架构利用独特的信号和存储路径来存储其数据和指令。术语“哈佛体系结构”起源于哈佛Mark I计算机（基于中继），该计算机将其数据存储在机电计数器中，并在24位宽的穿孔带上存储指令。
总之，嵌入式系统是工程学的组成部分，涉及受物理约束的计算。这些物理约束是通过涉及与物理世界的计算过程的两种类型的交互作用产生的：
对我们物理环境的反应
在物理平台上执行
我们将这些物理限制称为：
反应约束
执行约束
嵌入式系统功能
常见的反应约束条件可确定抖动，期限和吞吐量。这些特定约束的起源来自系统的行为要求。但是，典型的执行约束条件限制了可用处理器功率，速度和硬件故障率。这些特定限制的根源来自系统的实施要求。
我们研究计算机工程中的执行约束和控制理论中的反应约束。获得对具有两种类型的约束的计算交互的控制，可以满足设定的要求，这是嵌入式系统设计的关键。
从本质上讲，系统设计是一个过程（从需求中）得出一个模型的过程，系统可以从中自动地或多或少地生成模型。我们将模型定义为特定系统的抽象描述。例如，以软件设计为例，这是派生要编译的程序的过程。另一个例子是硬件设计，这是得出用于合成特定电路的硬件描述的过程。
嵌入式系统的过程
总之，嵌入式系统控制着其他各种电子设备，这使其成为一个控制器。如您所知，它由嵌入式软件，嵌入式硬件和环境组成。总体而言，嵌入式系统分为两类：微控制器和微处理器。我们在前面讨论了微控制器起源的基础。但是，微处理器的基础来自冯·诺依曼架构。
冯·诺依曼体系结构的主要元素如下：
将指令和数据存储为二进制数字。
将指令和数据存储在主存储器中。
依次从内存中检索指令，即按顺序检索一次。
嵌入式系统设计过程中的步骤
嵌入式系统设计过程中的各个步骤如下：
抽象：在此步骤中，我们抽象与系统有关的问题。
软件+硬件体系结构：在此阶段，我们在初始化设计过程之前已完全了解软件和硬件。
额外的功能特性：在此阶段，我们评估主要设计以全面了解我们需要实现的其他功能。
与系统有关的设计系列：设计系统时，有必要参考同一系列设计中的任何先前与系统有关的设计。
模块化设计：应该进行单独的模块设计，以便以后可以在需要时使用它们。
映射：这是我们进行软件映射的地方；例如，我们将程序流和数据流映射为一个。
用户界面设计：顾名思义，这与用户的需求相关。因此，我们正在考虑用户需求，系统功能和环境分析。
优化：在此阶段，我们将优化每个模块和每个组件，以确保软件团队完全理解要满足的要求。
嵌入式系统的计算任务
如您所知，嵌入式系统是执行计算任务的关键组件。通常，这是一个微控制器。但是，它很可能是数字信号处理器，FPGA甚至是微处理器。
请记住，每位嵌入式系统设计人员还需要全面熟悉固件开发。固件开发涉及以下方面：
编写代码：您应该具有汇编语言知识。尽管您没有在汇编中编写代码，但必须理解它。
配置外围设备：由于大多数嵌入式系统都使用外围设备，因此您必须了解它们的工作方式。
测试代码：在这里您可以系统地测试功能，同时使设备经受其操作环境典型的环境因素的影响。
改进代码：在这里，我们通过可能的调整和更正来改进代码，以确保代码处于功能状态。
调试代码：在这里我们可以找到功能代码中的其他错误。
验证代码：在此阶段，我们通过提供具有连续随机输入的代码来确认代码是否正确执行，从而确保设备正常运行且没有故障。
嵌入式系统的类型
移动设备
联网设备
独立嵌入式系统
实时嵌入式系统
嵌入式系统的元素或组件
微控制器
数字信号处理器
微处理器
处理器
嵌入式系统设计的挑战
以下是设计人员在设计嵌入式系统时面临的典型挑战：
安全
环境适应性
占用面积
能量消耗
硬件和软件更新
包装与整合
设计师还会遇到其他挑战，这些挑战主要涉及测试，例如：
验证可维护性
嵌入式硬件测试
验证阶段
嵌入式系统设计需要持久地识别，确定和满足要求。例如，可能存在其中需要更长电池寿命的设备。在这种情况下，嵌入式系统旨在满足这一特定功能要求。但是，嵌入式系统设计人员有责任识别重要的特性和功能，然后适当地设计设备。
计算机主板上的CPU芯片使用嵌入式系统来提供PC功能。
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