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1、嵌入式系统设计软硬件分开设计嵌入式系统设计软硬件分开设计接下来介绍接下来介绍软硬件分开独立设计软硬件分开独立设计先硬件后软件先硬件后软件先软件后硬件先软件后硬件第1页/共29页软硬件分开设计软硬件分开设计是传统的嵌入式系统设计方法。设计思想是l l系统分析员根据需求分析得出的系统基本功能系统分析员根据需求分析得出的系统基本功能要求，依据工作经验，粗略地把功能分配到硬要求，依据工作经验，粗略地把功能分配到硬件和软件中件和软件中l l分别设计、实现硬件和软件分别设计、实现硬件和软件l l再将软硬件集成。再将软硬件集成。第2页/共29页软硬件分开设计开始需求规约软硬件划分硬件设计软件设计软硬件集成测
2、试结束第3页/共29页软硬件分开设计按照软件、硬件设计的先后顺序，分为：l l先硬件后软件设计先硬件后软件设计l l先软件后硬件设计先软件后硬件设计上述设计方法中，以先硬件，后软件为主要设计模式。其原因是：l l1.1.认为硬件设计是重心认为硬件设计是重心l l2.2.认为软件是硬件的有益补充和完善；认为软件是硬件的有益补充和完善；l l3.3.沿袭早期嵌入式系统的设计方法。沿袭早期嵌入式系统的设计方法。第4页/共29页接下来介绍接下来介绍软硬件分开设计软硬件分开设计先硬件后软件先硬件后软件先软件后硬件先软件后硬件第5页/共29页先硬件后软件先硬件后软件的设计过程l l设计硬件子系统设计硬件子
3、系统l l定义硬件接口定义硬件接口l l设计软件子系统设计软件子系统l l定义软件接口定义软件接口l l软硬件集成测试软硬件集成测试第6页/共29页开始结束硬件设计硬件实现软件设计软件实现软硬件集成测试达到设计目标？是否第7页/共29页先硬件后软件设计硬件子系统应先了解硬件组件的来源l l硬件组件的来源有三种渠道硬件组件的来源有三种渠道 1.1.选用成形的硬件组件；选用成形的硬件组件；2.2.对成形的硬件组件进行适当修改；对成形的硬件组件进行适当修改；3.3.自己设计硬件组件。自己设计硬件组件。本课程围绕自己设计硬件组件讨论硬件子系统的设计第8页/共29页先硬件后软件硬件子系统的设计方法l l
4、采用自顶向下的方法采用自顶向下的方法 先将硬件分成各部分或模块；先将硬件分成各部分或模块；画出一张或多张硬件部件的框图，一个框图表示一画出一张或多张硬件部件的框图，一个框图表示一个单独的电路板或电路板的一部分（如：处理子系个单独的电路板或电路板的一部分（如：处理子系统、存储子系统、外设等模块）统、存储子系统、外设等模块）第9页/共29页先硬件后软件硬件功能的实现主要有5个关键步骤：l l1.1.功能定义；功能定义；l l2.2.原理图设计；原理图设计；l l3.PCB3.PCB设计；设计；l l4.4.制版组装；制版组装；l l5.5.硬件调试。硬件调试。第10页/共29页先硬件后软件1.功能
5、定义l l根据系统需求确定产品功能。根据系统需求确定产品功能。第11页/共29页先硬件后软件2.原理图设计l l是硬件设计的中心环节；是硬件设计的中心环节；l l设计之前，要熟悉本系统的特点，清楚当今电设计之前，要熟悉本系统的特点，清楚当今电子行业的发展，用最优化的方法解决每个问题；子行业的发展，用最优化的方法解决每个问题；l l原理图要做到标准化、通用化、模块化、具有原理图要做到标准化、通用化、模块化、具有可扩展性；可扩展性；l l原理图设计包括：电源设计、复位电路设计、原理图设计包括：电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、接口电路设计（时钟电路设计、接口电路设计（FlashFlash接口、
6、接口、JTAGJTAG接口、接口、USBUSB接口、键盘输入接口、接口、键盘输入接口、LCDLCD接接口、口、GPSGPS接口等）接口等）第12页/共29页先硬件后软件3.PCB设计l lPCBPCB（Printed Circuit BoardPrinted Circuit Board）即印制电路板）即印制电路板l l是置有集成电路和其他电子组件的薄板。是置有集成电路和其他电子组件的薄板。第13页/共29页先硬件后软件3.PCB设计（续）l l根据电路层数分类，根据电路层数分类，PCBPCB分为分为 单面板单面板 双面板双面板 多层板。常见的多层板一般为多层板。常见的多层板一般为4 4层板或层
7、板或6 6层板，复杂层板，复杂的多层板可达十几层。的多层板可达十几层。l l根据软硬进行分类，根据软硬进行分类，PCBPCB分为：分为：普通电路板普通电路板 柔性电路板（软板）。柔性电路板（软板）。第14页/共29页先硬件后软件3.PCB设计（续）l l单面板单面板 在最基本的在最基本的PCBPCB上，零件集中在其中一面，导线则上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上；集中在另一面上；因为导线只出现在其中一面，所以这种因为导线只出现在其中一面，所以这种PCBPCB叫作单叫作单面板；面板；单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能
8、交叉而必须绕独自的路径），所一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。以只有早期的电路才使用这类的板子。第15页/共29页先硬件后软件3.PCB设计（续）l l双面板双面板 电路板的两面都有布线；电路板的两面都有布线；两面间有适当的电路连接。这种电路间的两面间有适当的电路连接。这种电路间的“桥梁桥梁”叫做导孔；叫做导孔；导孔是在导孔是在PCBPCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接；与两面的导线相连接；双面板的面积比单面板大一倍；双面板的面积比单面板大一倍；布线可互相交错（可绕到另一面）；布线可互相交错（可绕到
9、另一面）；适合用于比单面板复杂的电路。适合用于比单面板复杂的电路。第16页/共29页先硬件后软件3.PCB设计（续）l l多面板多面板 用一块双面作内层、二块单面作外层用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层；或二块双面作内层、二块单面作外层；通过定位系统及绝缘粘结材料交替在通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板，也称多层印刷线路板；电路板，也称多层印刷线路板；板子的层数代表有几层独立的布线层，板子的层数代表有几层独立的布线层，通常层数都是偶数
10、。通常层数都是偶数。第17页/共29页先硬件后软件3.PCB设计（续）l l电子产品功能越复杂、回路距离越电子产品功能越复杂、回路距离越长、接点脚数越多，长、接点脚数越多，PCBPCB所需层所需层数亦越多，如高级消费性电子、信数亦越多，如高级消费性电子、信息及通讯产品等；息及通讯产品等；l l软板主要应用于需要弯绕的产品中：软板主要应用于需要弯绕的产品中：如笔记型计算机、照相机、汽车仪如笔记型计算机、照相机、汽车仪表等。表等。第18页/共29页先硬件后软件3.PCB设计（续）l lPCBPCB设计主要指版图设计；设计主要指版图设计；l l需要考虑外部连接的布局、内部电子元件的优需要考虑外部连接
11、的布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保化布局、金属连线和通孔的优化布局、电磁保护、热耗散等各种因素。护、热耗散等各种因素。第19页/共29页先硬件后软件3.PCB设计（续）l l当今的当今的PCBPCB板制造技术向高密度、高精度、细板制造技术向高密度、高精度、细孔径、细导线、细间距、高可靠、多层化、高孔径、细导线、细间距、高可靠、多层化、高速传输、轻量、薄型方向发展；速传输、轻量、薄型方向发展；l l注意合理布局，系统电源入口做高低频滤波处注意合理布局，系统电源入口做高低频滤波处理，时钟电路尽量靠近芯片，高速总线走线尽理，时钟电路尽量靠近芯片，高速总线走线尽量等长，差
12、分信号线要平行等长，走线要规范。量等长，差分信号线要平行等长，走线要规范。第20页/共29页先硬件后软件4.制版组装l l一般交给专业公司完成；一般交给专业公司完成；l l元器件的焊接等可能要自己完成；元器件的焊接等可能要自己完成；l l在研发阶段，焊接组装由硬件设计人员完成，在研发阶段，焊接组装由硬件设计人员完成，在生产阶段，焊接组装由专门的人员完成。在生产阶段，焊接组装由专门的人员完成。第21页/共29页先硬件后软件5.硬件调试l l硬件调试包括：硬件调试包括：电源调试电源调试 各模块调试各模块调试 对比调试对比调试 时钟调试时钟调试 复位调试；复位调试；l l硬件调试需要经验和严谨的工作
13、态度，否则很硬件调试需要经验和严谨的工作态度，否则很难设计出成功的产品。难设计出成功的产品。第22页/共29页先硬件后软件软件子系统的设计l l长期以来，受硬件组件自身处理速度和处理能长期以来，受硬件组件自身处理速度和处理能力的限制，系统软件不能处理复杂的、大量的力的限制，系统软件不能处理复杂的、大量的程序，只能依据硬件组件提供的环境进行软件程序，只能依据硬件组件提供的环境进行软件设计。设计。第23页/共29页先硬件后软件在此环境下的软件子系统的设计内容包括：l l1.1.定义软件接口；定义软件接口；l l2.2.规定系统启动和关闭过程；规定系统启动和关闭过程；l l3.3.规定出错处理方案；
14、规定出错处理方案；l l4.4.监视计时器。监视计时器。第24页/共29页先硬件后软件先硬件后软件设计存在的问题l l1.1.过多地依赖系统分析员的经验；过多地依赖系统分析员的经验；l l2.2.如果出现问题，需要返回重新设计；如果出现问题，需要返回重新设计；l l3.3.只能用于系统规模比较小的嵌入式系统开发。只能用于系统规模比较小的嵌入式系统开发。第25页/共29页接下来介绍接下来介绍软硬件分开设计软硬件分开设计先硬件后软件先硬件后软件先软件后硬件先软件后硬件第26页/共29页先软件后硬件先软件后硬件的设计思想l l先设计软件指的是先设计那些与硬件无关的软先设计软件指的是先设计那些与硬件无关的软件部分，如数据处理算法等；件部分，如数据处理算法等；l l与硬件关系密切的软件需要等到硬件确定后再与硬件关系密切的软件需要等到硬件确定后再设计。设计。先软件后硬件设计主要应用在算法很复杂的场合。第27页/共29页第28页/共29页感谢您的观看。第29页/共29页