(2021年整理)一个典型的嵌入式系统设计和实现 (2).docx

嵌入式系统设计和实现 嵌入式系统设计和实现是计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展，嵌入式技术应用范围的急剧扩大。本文介绍了一种基于 ARM 和 FPGA，从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，MVB）嵌入式系统的设计和实现。 系统设计和实现通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下：确定嵌入式系统的需求；设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统，开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成；详细的软硬件设计和 RTL 代码、软件代码开发；软硬件的联调和集成；系统的测试。 一、步骤 1：确定系统的需求 嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的，市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。MVB 总线简介：MVB 是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB 总线相连，通过 MVB 总线来交换信息，形成一个完整的通信网络。 MVB 系统中的特点： * 拓扑结构：MVB 总线的结构遵循 OSI 模式，吸取了 ISO 的标准。 * 支持最多 4095 个设备，由一个中心总线管理器控制。 * 简单的传感器和智能站共存于同一总线上。 * 数据类型：MVB 总线支持三种数据类型：过程数据、消息数据、监视数据。 MVB 系统的基本需求： * 完全与 IEC-61375—1（TCN）国际标准兼容，支持 MVB 总线定义的三种数据类型过程数据、消息数据、监视数据。 * 系统可配置成为：总线管理器（BA）功能、总线管理器（BA）功能和通信功能、独立的通信功能。 * 采用 ARM7TDMI 的处理器。 * 采用实时操作系统。 * 供 TCN 的实时协议栈协议（RTP）。 * 支持 4096 逻辑端口的过程数据。 * 支持与上位 PC104 主机的双口 RAM 接口。 * 输入电压 5V。 * 工作环境温度：－40℃～75℃。 二、步骤 2：设计系统的体系结构 在设计系统的体系结构时，需要选择合适的处理器和相关外部设备，操作系统，开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成。ARM7TDMI 处理器是本系统的核心组件，它具有高性能、低功耗、实时操作系统等特点。 软硬件设计和 RTL 代码、软件代码开发是系统设计和实现的关键步骤。RTL 代码是 Register Transfer Level 的缩写，表示寄存器传输层，它是数字电路设计的中间表示形式。RTL 代码开发是指根据系统的需求和架构，使用描述语言（如 Verilog 或 VHDL）编写 RTL 代码，以便在 FPGA 中实现。 三、步骤 3：软硬件的联调和集成 软硬件的联调和集成是系统设计和实现的重要步骤。在这个步骤中，需要将软硬件组件集成为一个完整的系统，并对系统进行测试和验证。 四、步骤 4：系统的测试 系统的测试是系统设计和实现的最后一个步骤。在这个步骤中，需要对系统进行功能测试、性能测试、可靠性测试等，以确保系统满足要求和标准。 嵌入式系统设计和实现涉及到系统的需求、体系结构、软硬件设计、联调和集成、测试等多个环节。只有通过系统的分析、设计、实现和测试，才能创建一个可靠、实时、高性能的嵌入式系统。 在本文中，我们介绍了一种基于 ARM 和 FPGA，从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus，MVB）嵌入式系统的设计和实现。该系统满足 MVB 总线的要求，具有高性能、实时性和可靠性。该系统的设计和实现为嵌入式系统开发提供了一个实用的参考。