嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)方法PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法 第1頁/共84頁 第2頁/共84頁 第3頁/共84頁 第4頁/共84頁 第5頁/共84頁 第6頁/共84頁 第7頁/共84頁 第8頁/共84頁 第9頁/共84頁 第10頁/共84頁 第11頁/共84頁 問題問題： 功 能 、 性 能 要 求 、 價(jià) 格 、 開 發(fā) 周 期 等 約束 設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)： 選擇 折衷 分析比較 計(jì)算 評(píng)價(jià) 產(chǎn)品產(chǎn)品 方法方法 工具工具 第12頁/共84頁 自底向 上設(shè)計(jì) 自頂向 下設(shè)計(jì) 需求 規(guī)格說明 體系結(jié)構(gòu) 構(gòu)件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)集成 第13頁/共84頁 第14頁/共84頁 第15頁/共84頁 第16頁/共84頁 第1

2、7頁/共84頁 第18頁/共84頁 第19頁/共84頁 第20頁/共84頁 第21頁/共84頁 名稱GPS地圖 目的為開車者提供用戶級(jí)移動(dòng)地圖 輸入一個(gè)電源按鈕，兩個(gè)控制按鈕 輸出背光LCD，顯示分辨率400600 功能 使用5種接收器的GPS系統(tǒng)；三種用戶可選的分辨率，總是 顯示當(dāng)前的經(jīng)緯度 性能0.25秒內(nèi)即可更新一次屏幕 生產(chǎn)成本800元 功耗100mW 物理尺寸 及重量 不大于10cm20cm，350g 第22頁/共84頁 合不合理？ 能不能做？ 第23頁/共84頁 矛盾1 矛盾2 矛盾3 第24頁/共84頁 第25頁/共84頁 第26頁/共84頁 狀態(tài) 輸入 輸出 任務(wù) 決策 存儲(chǔ)

3、聽到蜂音聽到蜂音 撥打電話撥打電話 接通接通 撥號(hào)碼撥號(hào)碼 按撥按撥 號(hào)鍵號(hào)鍵 接聽電話接聽電話 按取按取 消鍵消鍵 放棄通話放棄通話 結(jié)束通話結(jié)束通話 第27頁/共84頁 第28頁/共84頁 第29頁/共84頁 第30頁/共84頁 第31頁/共84頁 4510B（ARM7） 地址空間 nM模塊I/O地址空間：64bytes nMA模塊增加了16Mbytes Memory地址空間 第32頁/共84頁 第33頁/共84頁 第34頁/共84頁 第35頁/共84頁 第36頁/共84頁 第37頁/共84頁 第38頁/共84頁 引入錯(cuò)誤數(shù)目 修改錯(cuò)誤開銷 開發(fā)周期系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì) 軟硬件 詳細(xì)設(shè)計(jì) 軟硬件

4、 實(shí)現(xiàn) 第39頁/共84頁 第40頁/共84頁 第41頁/共84頁 n用例圖分角色和用例兩部分。 n角色是與系統(tǒng)交互的人或物，而用例是系統(tǒng)提供的功能塊。 n使用用例觀察系統(tǒng)能夠?qū)⑾到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)目標(biāo)分開，有助 于開發(fā)人員了解最重要的部分，滿足用戶需求，而不會(huì)沉 浸于實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 第42頁/共84頁 n規(guī)格說明比需求分析更詳細(xì)，通 過UML設(shè)計(jì)可以使規(guī)格說明更直 觀、更清晰。 n首先，使用類圖描述系統(tǒng)處理的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如在車載GPS終端 的規(guī)格說明設(shè)計(jì)時(shí)可以使用類圖 描述需要接收的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)。 第43頁/共84頁 n在規(guī)格說明階段 ，還需要 識(shí)別出系統(tǒng)的對(duì)象。首先 以功能塊劃分，廣泛地找 出系統(tǒng)

5、的主要對(duì)象；然后 使用合作圖描述它們之間 的關(guān)系。 n圖中描述了車載GPS終端 的主要對(duì)象，根據(jù)框圖可 以進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化 第44頁/共84頁 最后，在規(guī)格說明階段進(jìn) 行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)描述。即規(guī) 范系統(tǒng)完成一定功能的主 要流程。這可以利用活動(dòng) 圖進(jìn)行。圖中顯示了GPS 數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，車載GPS終 端系統(tǒng)所進(jìn)行的處理流程。 第45頁/共84頁 n規(guī)格說明完成后，需要對(duì)系統(tǒng)的各 個(gè)模塊及模塊之間的關(guān)系仔細(xì)地分 析，從而確定哪些部分使用硬件完 成，哪些部分使用軟件實(shí)現(xiàn)。在本 例中，需要硬件實(shí)現(xiàn)的模塊有GPS 接收模塊、電源模塊、用戶控制模 塊、LCD顯示模塊和GSM通訊模 塊。所有的控制邏輯和數(shù)據(jù)計(jì)算全

6、部由主控制器的軟件實(shí)現(xiàn)。 n系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)分支：硬件設(shè)計(jì) 及軟件設(shè)計(jì)。使用的合作圖和構(gòu)件 圖對(duì)系統(tǒng)的硬、軟件分別進(jìn)行系統(tǒng) 設(shè)計(jì)。圖中用構(gòu)件圖描述了車載 GPS終端系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)架構(gòu) 第46頁/共84頁 n接下來對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。對(duì)于某些大型工程，甚至需要把 每一個(gè)構(gòu)件作為一個(gè)項(xiàng)目，重新以需求分析、規(guī)格說明開始展開構(gòu)件設(shè)計(jì)循 環(huán)。在構(gòu)件設(shè)計(jì)中，除了可以使用已經(jīng)介紹過的各種UML圖外，通常還需 要使用狀態(tài)圖和順序圖圖描述具體的系統(tǒng)流程細(xì)節(jié)。 n在本例中GSM模塊共有四個(gè)狀態(tài)：待命、有問題、通話中、短消息通訊中 。使用狀態(tài)圖描述它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如圖所示。 第47頁/共84頁 順序

7、圖顯示了一個(gè) 特定對(duì)象進(jìn)行特定 操作時(shí)所遇到的流 程。 圖中顯示了車載終 端用戶甲在遇到危 險(xiǎn)按下報(bào)警按鈕后 系統(tǒng)的處理過程。 第48頁/共84頁 第49頁/共84頁 第50頁/共84頁 第51頁/共84頁 第52頁/共84頁 SystemSystem ConceptsConcepts Sys/HWSys/HW Require.Require. AnalysisAnalysis Sys/SWSys/SW Require.Require. AnalysisAnalysis Operation.Operation. Testing and Testing and Eval.Eval. Softwa

8、reSoftware Require.Require. AnalysisAnalysisPrelim.Prelim. DesignDesign DetailedDetailed DesignDesign Coding,Coding, Unit test.,Unit test., Integ. testInteg. test SW DevelopmentSW Development HWCIHWCI TestingTesting CSCICSCI TestingTesting SystemSystem Integ. and Integ. and testtest HardwareHardware

9、 Require.Require. AnalysisAnalysis Prelim.Prelim. DesignDesign DetailedDetailed DesignDesign Fabric.Fabric. HW DevelopmentHW Development 第53頁/共84頁 Sys/HWSys/HW Require.Require. AnalysisAnalysis Sys/SWSys/SW Require.Require. AnalysisAnalysis HardwareHardware Require.Require. AnalysisAnalysis Software

10、Software Require.Require. AnalysisAnalysis Operation.Operation. Testing and Testing and EvaluationEvaluation SW DevelopmentSW Development HW DevelopmentHW Development SystemSystem Integ. and Integ. and testtest HWCIHWCI TestingTesting CSCICSCI TestingTesting Integrated Modeling Substrate Integrated

11、Modeling Substrate（一體化建模底層）（一體化建模底層） Prelim.Prelim. DesignDesign Prelim.Prelim. DesignDesign DetailedDetailed DesignDesign DetailedDetailed DesignDesign Fabric.Fabric. Coding,Coding, Unit test.,Unit test., Integ. testInteg. test System Concepts 第54頁/共84頁 CONTROLLER VLD IDCT PIPE MC PIPE HOST INTERFA

12、CE REG FILE ARITHMETIC UNIT BIT STREAM PRE-PROCESS CHANNEL & PICTURE STORE DISPLAY UNIT decoded pel out bit stream cmd or data Merge&store 在這種設(shè)計(jì)模式下，設(shè)計(jì)者將所有的工作交予硬件控制的方式 來完成，這種設(shè)計(jì)的好處在于所有的設(shè)計(jì)工作都可按照傳統(tǒng)的 設(shè)計(jì)流程來進(jìn)行 第55頁/共84頁 RISC CPU Audio/Video Core Bus Interface Unit MemoryI/O Device 在這種設(shè)計(jì)方式下，結(jié)合了處理器上執(zhí)行軟 件程序以及

13、硬件譯碼組件來完成。帶來的好 處是： 1. 整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變得更有可伸縮性，通 過修改軟件程序的內(nèi)容便可增加系統(tǒng)的 功能，甚至在整個(gè)硬件規(guī)格都已確定后 ，仍可通過軟件的更新來做某些程度的 修正。 2. 中央處理器可以用來分擔(dān)較不耗資源的 運(yùn)算工作 3. 利用處理器來分配調(diào)度，可提高各硬件 的使用率以及減少原需硬件的面積，以 達(dá)到降低成本的目的 第56頁/共84頁 第57頁/共84頁 第58頁/共84頁 第59頁/共84頁 第60頁/共84頁 第61頁/共84頁 第62頁/共84頁 第63頁/共84頁 第64頁/共84頁 第65頁/共84頁 第66頁/共84頁 第67頁/共84頁 第68頁/共8

14、4頁 第69頁/共84頁 第70頁/共84頁 第71頁/共84頁 第72頁/共84頁 第73頁/共84頁 第74頁/共84頁 第75頁/共84頁 第76頁/共84頁 第77頁/共84頁 2021-7-31 第78頁/共84頁 1.用例圖用例圖：主要從用戶的角度描述系統(tǒng)的功能，通常用于與系 統(tǒng)客戶交流，提取用戶的需求。 2.靜態(tài)圖靜態(tài)圖(Static diagram)：包括類圖類圖和對(duì)象圖對(duì)象圖。 類圖類圖描述系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。在類圖中可以體現(xiàn)類的 主要內(nèi)容和功能、類之間的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系。 對(duì)象圖對(duì)象圖是類圖的實(shí)例,幾乎使用與類圖完全相同的標(biāo)識(shí) 。他們的不同點(diǎn)在于對(duì)象圖顯示類的多個(gè)對(duì)象實(shí)例，而

15、 不是實(shí)際的類。一個(gè)對(duì)象圖是類圖的一個(gè)實(shí)例。 3.行為圖行為圖(Behavior diagram) ，描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型和組成對(duì) 象間的交互關(guān)系，包括狀態(tài)圖狀態(tài)圖和活動(dòng)圖活動(dòng)圖。 狀態(tài)圖狀態(tài)圖提供了建模對(duì)象的各種狀態(tài)及它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān) 系。它提供建模系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功能。 活動(dòng)圖活動(dòng)圖著重于顯示系統(tǒng)的功能流，顯示用例框圖中某個(gè) 用例的事件流。它定義了工作流從何時(shí)開始、哪里開始 、按什么順序發(fā)生、最終在哪結(jié)束。 返回 第79頁/共84頁 4.交互圖交互圖(Interactive diagram)，描述對(duì)象間的交互關(guān)系，包 括順序圖順序圖和合作圖合作圖。 順序圖順序圖描述業(yè)務(wù)過程的細(xì)節(jié)。這個(gè)框圖只顯示對(duì)

16、象， 不顯示類。 也就是說順序圖是針對(duì)某個(gè)特定情況、 特定對(duì)象進(jìn)行的描述。 合作圖合作圖不像順序圖那樣以時(shí)間順序描述，而是著重顯 示對(duì)象與角色之間的交互。其目的是讓質(zhì)量保證工程 師和系統(tǒng)建筑師分析對(duì)象之間處理過程的分布情況。 如果分布不合理，系統(tǒng)建筑師可能考慮重新分配處理 工作。 5.實(shí)現(xiàn)圖實(shí)現(xiàn)圖( Implementation diagram )。包括構(gòu)件圖構(gòu)件圖和配置圖配置圖 。 構(gòu)件圖構(gòu)件圖描述圖顯示模型的物理視圖，也顯示系統(tǒng)中軟 、硬件組件及其相互關(guān)系。 配置圖配置圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)。它可以顯 示實(shí)際的計(jì)算機(jī)和設(shè)備(用節(jié)點(diǎn)表示)以及它們之間的 連接關(guān)系,也可顯示連接的類型及部件之間的依賴性 。 返回 第80頁/共84頁 從應(yīng)用的角度看,當(dāng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),首先是描 述需求； 其次根據(jù)需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型，