开发嵌入式系统时做出明智选择所涉及的知识点非常广泛,它包括了对嵌入式实时系统特征的理解,对硬件和软件组件的选择与协同设计,以及系统优化的策略。以下是对这些知识点的详细说明:
一、嵌入式实时系统的关键特征
嵌入式实时系统不同于一般的通用系统,它需要在预定的、有限的时间内响应外部事件。关键特征包括:
1. 实时性:系统必须能在规定的时间内完成特定的处理任务。
2. 可预测性:系统的行为和响应时间可以预测,具有一定的稳定性。
3. 高可靠性:嵌入式系统通常在关键应用中使用,对可靠性的要求非常高。
4. 有限资源:嵌入式系统资源受限,如处理能力、存储空间、能源供应等。
二、硬件和软件的协同设计
嵌入式系统的设计往往采用软硬件协同设计方法,通过软件和硬件的整合设计来达到系统性能最优化。关键的协同设计技术包括:
1. 软/硬件划分:基于早期的系统仿真、原型建立和行为建模来确定哪些功能由硬件实现,哪些由软件实现。
2. 仿真技术:利用硬件和软件仿真、协同仿真、可规划性建模、原型建立和增量开发等多种仿真技术来评估系统性能。
3. 性能评估:在不同抽象级别的仿真能够评估总线带宽、数据流、功能交互、资源利用率、吞吐量和时序等问题。
三、嵌入式实时系统优化
嵌入式实时系统设计的目标是让硬件和软件达到最佳平衡,以执行特定应用。在优化过程中主要考虑的因素有:
1. 处理器选择:处理器性能、实现方式、工具支持、操作系统支持、过去的经验、仿真支持、应用支持、成本、功耗、遗留代码、算法复杂性和面市时间等。
2. 硬件/软件分割:将应用分割成硬件和软件两部分,平衡两者之间的关系,以优化整体性能。
3. 整合:确保硬件与软件之间能够无缝地协同工作。
四、处理器选择的重要性
处理器作为嵌入式系统的核心,其选择对系统的性能、成本和功耗有着重要影响。在选择处理器时,需要关注的几个要点包括:
1. 处理器性能:确保处理器有足够的能力处理当前任务,并能满足产品生命周期的需求。
2. 实现方式:考虑是选择专用集成电路(ASIC)、精简指令集计算(RISC)处理器、现场可编程门阵列(FPGA)还是数字信号处理器(DSP)。
3. 工具与操作系统支持:合适的开发工具和针对处理器优化的操作系统能够缩短开发周期和产品上市时间。
4. 过去经验与仿真:过往使用经验可帮助减少学习时间,周期精确的仿真技术有助于验证系统的正确性。
5. 应用支持与成本:选择能够提供强大应用支持的处理器可以简化开发过程,并且需要考虑成本对于产品市场竞争力的影响。
6. 功耗:对于依靠电池供电的便携式设备,低功耗处理器将延长电池寿命。
7. 遗留代码与算法复杂性:选择能够兼容现有代码和高效执行特定算法的处理器,可加快开发进度和提升性能。
五、系统优化策略
为了设计出高效的嵌入式系统,需要执行一系列的优化策略。这些策略包括:
1. 最小化资源使用:确保系统的每项资源都得到充分利用,避免不必要的浪费。
2. 系统集成:将硬件和软件无缝集成,减少不必要的开销。
3. 代码优化:对编写的软件代码进行优化,提高运行效率和响应速度。
4. 系统可扩展性:确保系统设计具有足够的灵活性,以便在未来可以进行升级和扩展。
开发嵌入式系统时的明智选择涉及到对实时系统特性的深入理解、软硬件协同设计与优化、以及对处理器等关键组件的合理选择和使用。上述知识点为开发者提供了指导,帮助他们从多个维度综合考虑,在设计过程中做出最佳决策。