基于集成軟硬件平臺的設計方法加速嵌入式系統開發

孫沛

摘 要：針對單片機、機器人等應用對編程技能的需求，正在開發軟硬件結合的平臺;使用圖形化編程環境，以電子元件和模塊為硬件，從想法萌芽到軟件設計和電路模塊立即實現想法。接頭與結構裝配的物理設計效果;電子應用能力提升。

關鍵詞：軟硬件平臺;嵌入式;開發

引言

當今社會正處于技術快速普及的時代。在過去的幾十年里，計算機已經從少數人才負擔得起的昂貴研究設備變成了無處不在的個人助手。GPS也從軍事技術演變為幾乎所有移動電子設備中都存在的組件，從定位導彈的方法到搜索周圍咖啡館的方法。嵌入式系統設計也變得越來越流行。為了理解這種轉變，有必要研究典型的設計團隊結構以及團隊如何根據市場需求和系統設計技術發展而變化。傳統的嵌入式系統設計團隊由硬件工程師、軟件工程師和機械工程師在一名或多名應用領域專家的指導下組成。這些領域的專家根據他們對特定領域（如醫療、石油勘探或設備監控）的深入了解來指導設計團隊。每個設計的成功在很大程度上取決于領域專家是否能夠將他們的想法準確地傳達給具有使用標準嵌入式工具鏈技能的工程師團隊。

由于領域專家通常缺乏使用復雜嵌入式系統構建工具的經驗，這些工具成為專家將其專業知識轉化為最終產品的障礙——減少快速迭代的次數，這對于優化設計和縮短上市時間至關重要。更重要的是，在過去，許多領域的專家都缺乏有效的執行團隊來首先將他們的想法轉化為設計。此外，復雜多樣的嵌入式工具鏈需要龐大的執行專家團隊，這也提高了開發新型嵌入式系統的門檻。

許多領先的設計團隊現在都意識到將領域專家置于設計過程的最前沿，將大型專業團隊劃分為多個小型靈活團隊的重要性，以便他們可以更加專注于將專業領域知識轉化為創新實踐。

1圖形化語言編程

眾所周知，計算機只能識別布爾量T或F，在數字表示中為1或0。所謂計算機語言就是代表程序的特定的1或0序列。但是人們通常無法理解這些序列并記住導致頭痛的原因。程序是機器識別的語言所描述的現實世界，空間分析是程序代碼所代表的計算機應用。由于兩者對應的問題和表達方式不同，程序開發變得復雜。工程中的圖形設計分析方法，如流程圖、框圖、表格、文本等，沒有語法和語義定義，是非正式的方法。很難用準確的語法和語義定義來匹配編程語言。主要原因是編程語言只有“一維”屬性，由一系列字符組成;而平面設計分析具有“二維”屬性。基本上有兩種方法可以解決這個問題。一是將平面設計分析轉化為線性表示，使設計方法形式化;二是賦予編程語言“二維”屬性，從而更容易匹配設計結果。事實上，圖形編程語言都采用了這種編程方式。圖形程序代碼包含符號和線條。符號對應于文本語言中的代碼。代碼之間的相互傳輸由線路終止。圖形化編程就像由符號和線條組成的流程圖或網絡圖，而不是順序命令文件，因此具有二維功能。圖形編程軟件具有可視化界面和封裝的可視化控件。流程圖或網絡圖描述了系統的運行過程，各部分在運行過程中執行一定的操作;流程圖中的符號可以設置參數或變量值，動態改變程序的結構和操作順序。尋找非常適合自己理解和觀察的圖形代碼是設計師的習慣。這些圖形代碼本身意味著需要計算機知識或特定編程語言語法的概念。這降低了程序設計的復雜度，提高了程序設計的效率。換句話說，圖形代碼由計算機軟件進行處理以進行控制和管理，這對于非計算機專家來說非常重要。圖形可以被視為可以直接表達某些事物的圖像。同時，更容易記憶和理解，因為圖片的特征更加生動形象。用戶可以自由添加不同類型的程序模塊和圖標，給它們命名參數，實現信息的傳遞，這也是對象編程（OOP）的核心思想之一。使用符號而不是代碼，所有程序員需要做的就是在需要時調用符號并連接。可以實現編程。整個過程就像把設計思路寫在紙上，畫框圖一樣，直觀、簡單、有趣，你可以馬上把你的創意變成現實。

2圖形化編程原理

目前最常用的編程范式仍然是馮諾依曼機的運行機制，純數據流的動態模型主要用于圖形語言編程。由于圖形程序的二維特性，在程序執行時，只有模塊的入口數據全部到達時才執行模塊，不能很好地與事件驅動操作系統協調。因此，系統的響應速度和運行效率不高。LinkBoy圖形化編程平臺是一個協同調度內核，一個面向對象的事件觸發模型，一個由軟硬件集成環境的電子元件組成的積木模塊。它使用定義的函數庫和圖形語法來完成產品項目的調試和運行。與其他編程語言不同，平臺中的程序不是從“main（”開始的。用戶編程的過程是編寫每個事件的響應代碼，每個事件由系統后臺自動檢測和觸發，如作為紅外接收器，用家用彩電遙控器按對著它的按鈕會觸發“紅外接收事件”;當有人按下開關時，會觸發“打開事件”等。有專門的嵌入式操作系統在后臺，不僅執行各個組件的底層驅動，還會分發各個組件觸發的事件，用戶只需要完成事件處理代碼即可。

3行業案例

將創新醫療器械推向市場的一個轉型案例是KCBioMedix，這是一家致力于解決早產兒常見喂養問題的醫療器械公司。KCBioMedix開發了一款名為NTrainerSystem的產品，它實際上是一種電腦控制的奶嘴，可以幫助醫生評估寶寶的喂養能力，幫助寶寶學習吸吮。一開始，公司成立了一個小團隊，初步計劃將設計的商業化外包。但為了降低成本、縮短開發時間，并直接應用成員豐富的神經科學和節律刺激療法知識，團隊成員決定自己完成設計。通過采用基于平臺的軟硬件方法，減少底層開發，KCBioMedix實現了更快的設計迭代，讓領域專家更直接地參與進來。最終，開發時間從預期的4個月縮短到僅4周，成本也比預期減少了25萬美元。

4可重新配置的現成硬件

集成硬件和軟件平臺的第一個重要部分是可重新配置的現成硬件。通過采用基于平臺的方法，嵌入式系統設計人員可以專注于算法設計、原型設計和快速部署，而無需自行開發復雜的硬件和軟件。

5可互換的I/O和生態系統

集成軟件和硬件平臺的另一個基本組件是可互換的I/0。集成可互換I/O的平臺不僅提供了靈活性和可重用性，使同一塊計算板可以用于具有不同I/O集的多種設計，同時還可以創建一個由以下部分組成的系統COTS和定制1/O。生態系統的組成。這

這些生態系統對于嵌入式平臺的功能擴展非常重要，讓該領域的專家無需定制設計即可使用各種I/O、工業總線等信號和設備。

6結論

集成軟硬件平臺的第三個核心組件是高級系統設計軟件。這些工具可以在開發過程中對系統架構和I/O進行抽象，從而提高生產效率并減少系統設計人員管理組件之間的通信、操作系統調用、系統時序和I/O等底層實現細節的需要解釋。此外，高級設計軟件的抽象有助于簡明地描述功能行為，并在硬件或通信接口發生變化時促進代碼重用。在開發基于異構架構的嵌入式系統時，高級系統設計工具可以抽象出單個計算元素（如FPGA）的架構，并提供一個領域專家可以使用的統一編程模型，以便他們可以使用不同元素的功能.最終，這些工具和基于平臺的方法可以極大地簡化設計過程，并使領域專家能夠更好地將想法變為現實。

參考文獻

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