任慰[1]2013年在《以实时操作系统为中心的嵌入式系统平台化设计研究》文中提出嵌入式系统正朝着复杂化、大规模化和智能化的方向发展，对功能、性能、功耗和成本等方面提出了更多的要求和约束。如何在不同的要求和约束之间取得平衡是未来嵌入式系统设计所必须面对的挑战。平台化设计（Platform-Based Design）是应对这一挑战，在嵌入式系统诸多要求和约束中取得平衡的有效方法之一。平台化设计是一种系统级的设计方法，既包括软件平台化也包括硬件平台化，其核心一方面是强调软硬件的可复用性和可编程性从而实现对不同应用的灵活性，另一方面是强调硬/软件协同设计从而实现设计的优化。针对实时和中小型嵌入式系统，以实时操作系统（Real-Time Operating System, RTOS）为中心的平台化设计是一种更为合适的选择。本文对以实时操作系统为中心的嵌入式系统平台化设计进行了详细研究，围绕开放实时嵌入式系统软件平台TOPPERS（Toyobashi OPen Platform of Embedded Real-timeSystem）提出并实现了一个面向中小型嵌入式系统软硬件全可编程的快速原型开发平台，具体应用在工业测量仪器仪表、移动机器人和运动控制等领域中。适当放宽成本和功耗约束后，改进和扩展后的平台也适用于高端嵌入式系统。本文工作主要贡献如下。实时操作系统作为本文中平台化设计的核心和基础，其功能、性能、可扩展性等因素对整个平台都有着极为重要影响。本文从定性和定量两方面对目前主要的、具有代表性的开源实时操作系统进行了详细评价，分析比较了各自的优缺点，提出了一系列评价指标以及相应的测量方法，为实时操作系统的设计、选型和应用提供了理论和实验依据。通过评价比较，本文选择了TOPPERS作为平台化设计核心和基础，同时介绍了对其不足之处所做的改进。本文具体研究了面向中小型嵌入式系统的平台化设计，针对该类系统的特点，提出并实现了一个软硬件全可编程快速原型开发平台。该平台硬件上基于处理器-可编程逻辑混合架构，软件上以TOPPERS为核心，提出并应用了以实时操作系统为中心的硬/软件协同设计方法，构建了相应的硬/软协同仿真环境。相关评价实验和在工业测量仪器仪表领域的实际应用显示该平台充分发挥了硬软件全可编程的特点和硬/软件协同设计的优势，在成本、功能和性能之间取得了较好的平衡。本文将平台化设计与所实现的基础平台具体应用于移动机器人领域，提出了一种新型混合实时移动机器人平台（Hybrid Real-time Mobile Robot Platform， HRMRP），实时、异构和组件化是其主要特点。该平台在结构上包含叁层，数据层负责外设接口和硬件加速，实时控制层负责实时控制，高性能层负责高级复杂的功能。HRMRP在硬件上进一步提升了核心器件的性能，在软件上针对移动机器人的特点设计了更多的中间件并引入了机器人分布式系统框架ROS（Robot Operating System），从而实现了一个更加完整的应用平台。最后针对更复杂的高端嵌入式系统，提出了相应的扩展和改进方法，研究了片上异构多核环境下平台化设计的若干关键问题。在适当放松成本和功耗约束的基础上，整个平台在功能、性能和灵活性上获得大幅度提升。本文实现了多核环境下实时操作系统与通用操作系统的共同运行，并借助硬件机制有效隔离两者，从而在获得通用操作系统所带来更加丰富功能的同时又保障了实时操作系统的实时性和可靠性。
程国达[2]2003年在《嵌入式系统的硬/软件协同设计研究》文中研究说明嵌入式计算机系统是用于完成特定功能的计算机系统，例如，激光打印机、移动电话、微波炉、汽车的防抱死控制器等，它一般是由微处理器、ASIC、总线、存储器等组成。随着微电子技术中的深亚微米技术的发展，嵌入式系统可以被集成到一块芯片上，形成片上系统“SOC”。如果说靠手工可以满足一些简单的，低性能的嵌入式系统的设计的话，那么，对于复杂的、高性能的嵌入式系统，手工设计将会非常困难。解决这个问题的有效方法是采用嵌入式系统的设计自动化技术。 嵌入式系统的设计自动化技术可以缩短系统的开发周期，降低开发费用，提高设计质量，使产品具有更强的市场竞争力。因此，它已经成为当前EDA领域的热点研究问题。目前，国内外许多大学、公司都有项目组在从事这项技术的研究工作。本文研究了嵌入式系统自动化设计技术中的一些问题，主要进行了以下4个方面的工作： 1．介绍和分析了具有代表性的嵌入式系统设计自动化系统，如Cool、Cosyma、SpecSyn、Chinook、Polis和Corsair等。提出了一个基于UML系统描述的，SystemC模拟验证的，利用CoCentric SystemC Complier进行硬件综合的自动化设计方案，这个方案最大特点是可实现性强。UML是一个面向对象的图形化语言，它提供的多种视图可以从静态和动态两个方面来描述系统，它的面向对象的特性不仅为系统的描述提供了便利条件，而且这个特性还有利于将UML描述的系统转换成SystemC。SystemC是一种适合于进行硬／软件协同设计和模拟的语言，它在C++语言的基础上扩充了硬件系统的描述功能。相对于C~x，HardwareC和SpecC来说，SystemC的优势在于，其一它本身有很强大的软件／硬件描述功能，其二由于有众多公司的支持，它的描述功能不断增强，其叁是与它相关的支持软件系统的不断推出，例如，Synopsys公司的模拟工具CoCentric SystemCStudio和硬件综合工具Cocentric SystemC Complier等。因此，SystemC很有希望成为标准的硬／软件协同设计和模拟语言。 2．提出了一个基于UML的嵌入式系统的描述和设计方法。其中，用例图用来描述系统设计中的设计需求和约束条件，约束条件主要包括最大功率、硬件逻辑门的最大使用数和软件代码的最大长度等。类用来描述所要设计系统的功能，类对象之间的相互作用在顺序图中描述。顺序图不仅描述对象之间通过消息的发送和接收所进行的相互作用，而且还描述了对象所必须满足的时间约束。状态图则用来描述对象内部的动态行为，在每个状态中都要完成一定的活动，这个活动用活动图来描述。为了在UML中描述系统的实时性能，本文设计了一个用于系统实时性能描述的实时包，在这个包中包括时钟类、定时器类和通讯类。其中，时钟类用于对象读取时间值，定时器类用于对象在活动过程中的计时功能，通讯类用于对象之间的通讯。此外，在本文中，还提出了用于顺序图与状态图的一致性、顺序图消息的连通性的形式化验证的算法。 3．UML描述的系统的模拟验证是用SystetnC来完成。目前，市场上还没有工具支持将UML描述的视图转换成SystemC代码。为此，本文提出并初步实现了一个将UML的用例图、顺序图、状态图和活动图中系统描述信息转换成SystemC代码的算法。转换算法分两步。第一步是分析UML的描述文件，并从文件中抽取用例图中的设计性能约束信息和顺序图中的时间约束信息生成约束文件 constraint，从顺序图信息生成 sequence文件和多幅顺序图综合后的文件srpseq，从类图生成class文件，从状态图生成state文件，从活动图生成activity文件；第二步是根据这些文件中的信息生成SystemC文件。其中，用synseq去生成主函数swain＊文件，用 state和 class去生成模块文件，用 activity去生成进程文件。 4．硬／软件划分算法是嵌入式系统自动化设计中关键技术之一，本文在比较了现有硬／软件划分算法的基础上提出了一个约束驱动和松弛时间消除相结合的硬／软件划分算法，它是 GCLP／IBS［对测分算法的改进和扩充。该算法由两部分组成。第一部分是根据约束的紧迫度决定节点用硬件还是用软件执行；第二部分则通过消除节点之间的松弛时间进一步优化硬／软件划分。这个算法与GCLP／IBS算法相比，时间复杂度下降了n倍，其中n是节点个数。此外，还提出了一个获取硬／软件划分所需要的硬／软件面积和其对应的执行时间的方法。
张江陵, 郑世珏, 胡金柱[3]2005年在《基于移动嵌入式系统硬/软件协同设计的EHSC算法》文中研究指明嵌入式系统设计的一个重要任务就是寻找硬/软件最佳搭配方案。随着系统复杂性的不断提高,采用嵌入式系统硬/软件协同设计是提高设计质量的有效手段。本文在讨论嵌入式系统设计一般方法的基础上,阐述了系统的硬/软件协同设计技术和硬件/软件划分方法,提出了以系统硬/软件划分策略为基础,系统组件的权重值为参考,组成元素划分为依据的设计理念,构造了基于移动环境的系统的硬/软件协同设计的EHSC(EmbeddedHardware/Soft-wareCodesign)模型。并依照此模型,实现了一种移动嵌入式系统“电子书包”阅读器的设计和开发。
万星新[4]2007年在《基于ARM的绣花机嵌入式控制系统设计》文中提出当今绣花机市场蓬勃发展，绣花机控制系统作为绣花机最核心的部分，是提高性能和降低成本的关键。本文结合浙江虎王科技有限公司与浙江大学的合作项目“绣花机控制系统”，设计出一套基于ARM的技术先进、功能精简、高性价比的绣花机控制系统。论文按照嵌入式系统的开发过程，先根据市场需求划分了控制系统的功能模块并构建了总体架构，选择了系统的软硬件平台，然后采用先进的设计方法对绣花机控制系统的硬件和软件进行了设计。第一章介绍了绣花机及其控制系统的发展过程和现状，论述了嵌入式系统的定义、特点和发展，阐述了ARM的发展历史、研究和应用现状，提出了论文的主要研究内容，最后给出了论文的总体结构。第二章阐述了嵌入式系统的开发过程，选择了软硬件协同设计法为本系统的设计方法，论述了EDA技术的工作范围和设计步骤，详细讨论了软件的结构化设计方法和面向对象设计方法的原理，最后给出了绣花机控制系统的设计原则。第叁章根据市场需求划分了绣花机控制系统的功能模块，构建了系统总体架构，并分析了每个模块的具体功能；根据选型原则选出了适用于绣花机控制系统的上位机和下位机CPU芯片、操作系统及开发环境。第四章根据总体架构，在选好的CPU芯片的基础上确定了绣花机控制系统的硬件框架，详细设计了电源电路、复位电路、存储器接口电路、键盘与显示电路、USB接口电路、串行通信接口电路和下层机电接口电路。第五章按照上位机和下位机的层次构建了绣花机控制系统的软件框架，设计了键盘输入模块、图形显示模块、USB驱动模块、花样存储与管理模块、串口通信模块、机电控制模块的程序。第六章回顾与总结全文的主要研究内容，归纳了本文的主要研究成果，并对今后的研究工作作了展望。
徐宝成[5]2007年在《基于ARM的嵌入式便携终端系统的研究与设计》文中认为随着嵌入式技术的快速发展,特别是嵌入式微处理器处理能力的大幅提高和嵌入式操作系统广泛使用,嵌入式系统已成为后PC时代一个新的发展方向。本论文对基于ARM的嵌入式便携终端系统进行了全面的分析和研究,采用嵌入式系统的硬/软件协同设计方法,实现了一个面向嵌入式终端系统的应用实例。文中首先对嵌入式终端系统做出了整体规划,在此基础上选择了嵌入式终端系统的软、硬件平台,针对所选定的XSBase255评估板硬件平台,扩展了相应的GSM通信模块,并对其BootLoader启动流程进行了分析;其次,在硬件平台上建立了Linux 2.6.10内核的交叉编译环境,实现了嵌入式Linux操作系统、Jffs2文件系统、典型的嵌入式Linux设备驱动程序和嵌入式Qt图形系统的配置与移植;最后,本文详细阐述了嵌入式信息交互平台的模型、以及该平台设计与实现的过程。通过在系统软、硬件平台上进行嵌入式SQLite数据库的移植和扩展,解析用户请求的格式化信息,实现了短信方式的信息交互服务和数据上传管理,完成了一个面向应用的实体系统。本文所实现的嵌入式信息交互平台,结合嵌入式技术与公共通信网络,嵌入式终端设备可以利用无线网络接口与服务器互联,能构架在计算机网络和移动通信网络之上,有效地解决了分布式信息交互的一些实际问题,符合目前数字化信息服务的趋势。
孟庆洋[6]2007年在《基于软硬件协同理论的PDA设计与实现》文中研究指明随着嵌入式产品需求的日益增加，嵌入式系统的规模也变得愈发复杂。传统的软硬件各自的开发模式使得目标系统资源优化不够，可靠性、安全性和实时性都难以保障，开发周期和成本也受到很大影响，已无法满足现代嵌入式设计的要求。90年代兴起的软硬件协同设计方法弥补了传统设计方法的不足。随着对其研究的不断深入，它在嵌入式系统中已从开始的一般规则转变成为主流的技术。现有的协同设计方法有很多，但大多数方法都是针对芯片级嵌入式系统的SOC设计，且其中很多方法或是系统分析阶段开销较大，自动化层次低，设计覆盖的范围小；或是算法设计及实现开销大，对初始条件敏感度高，针对实际设计环境的应用性不强。为了弥补以上不足，本文首先分析了当今嵌入式系统中的问题与矛盾，指出了传统嵌入式设计的不足和软硬件协同设计的优势；并对现有协同设计方法进行了比较，指出了各种协同设计方法的优势和不足。在这些方法的基础上提出了面向系统级的Dual-trees软硬件协同设计方法，该方法采用UML对嵌入式系统进行描述，并通过UML分析生成系统的行为树与资源树。通过对行为树、资源树的分析，得出实际的系统架构，并找出行为节点间合理的作用方式，从而得出合理的嵌入式系统设计方案。与现有的软硬件协同设计方法相比，该方法定义了较为完整的资源类，充分地考虑了实际设计环境，具有算法设计及实现开销小、对初始条件敏感度低、实际应用性强等优点。此外，本文在Dual-trees方法的指导下，详细地分析了一种典型嵌入式系统——PDA系统，并针对设计结果进行了实际的开发与实现。该方法无论在PDA软硬件选材还是合理设计上都起到了重要的作用，在缩短PDA的具体开发周期、提高PDA的可靠性与性价比、使PDA设计方案更易于调整与复用等方面都有着重要意义。最后，将该PDA系统与现有PDA系统进行了比较，该PDA系统具有低成本、高可靠、多功能和用户界面友好等特性。在竞争日益激烈的嵌入式市场中，这些特点将会有非常重要的意义。
周小兵[7]2004年在《嵌入式系统Internet方案的设计与实现》文中认为嵌入式Internet是一门方兴未艾的技术,有着广阔的市场前景。目前,许多公司都在致力于嵌入式Internet技术的开发,并提出了多种嵌入式系统与Internet 互联的解决方案。如emWare 公司的EMIT 技术、Microchip 公司的iPIC 系列单片机、Scenix 公司的SX 系列单片机、Seiko 公司的iChip S7600A 芯片以及P&S 公司的Webchip PS2000 芯片就是其中的代表产品。本文在分析了嵌入式系统应用的特点和目前嵌入式Internet发展现状的基础上提出了面向8/16位MCU嵌入式系统,以嵌入式网关为中心的解决方案。该方案采用叁星公司的S3C4510B 32位MCU,操作系统采用μCLinux,目标是开发出低成本、高性能、配置简便灵活,可支持多种简单的通信协议的功能强大的嵌入式网关。该网关支持TCP/IP协议,运行Web服务程序, 形成一个用户可以通过网络浏览器进行远程访问的服务器。本文从总体设计和软件设计、硬件设计方面给出了系统的详细规划。同时具体阐述了各个模块的开发实现过程。文章结束处对整个课题项目作出总结,并指出了在项目开发过程中存在的一些问题以及下一步继续努力的方向。
陆竞晓[8]2005年在《嵌入式光纤布喇格光栅传感信号解调系统的研究》文中研究说明光纤布喇格光栅的研制推动了光纤传感器的发展,现今光纤布喇格光栅传感器已广泛的应用于的健康结构检测,智能材料,电力工业,医药和化工等众多领域。光纤布喇格光栅传感器实用化面临的关键性技术研究之一,就是如何检测光栅布喇格波长微小偏移,传统的检测手段包括借助于光学分析仪器,如光谱仪等,但往往价格昂贵,体积庞大,并不适合于工程应用;更重要的是无法直接给出波长变化的对应电信号,供于自动控制、实时监测等方面;其它各种解调方案出现解决了上述部分问题,但它们仍存在接口类型单一,解调速度和精度具有局限性;更为关键的是,解调后信号的分析与处理必须依靠计算机及其相应的解调软件来实现。鉴于以上这些,设计开发出一套接口类型丰富,适应网络需要,解调速度快、精度高,易于携带,并具有独立的数据处理和显示能力的光纤布喇格光栅传感信号解调系统成为需要,因而进行嵌入式光纤布喇格光栅传感信号解调系统的研究。本文的理论知识部分,简单介绍了光纤光栅、光纤布喇格光栅的传感原理、光纤布喇格光栅传感器及应用,同时对解调技术进行了探讨,列举了几种较为常见的解调方法,如匹配光栅滤波法、非平衡扫描迈克尔逊干涉仪法等,着重分析了可调谐法布里-泊罗腔方法;在嵌入式技术方面,则简单介绍了嵌入式系统的定义、嵌入式系统的组成、嵌入式系统的发展等,及其相应的开发设计流程及方法。在嵌入式光纤布喇格光栅传感信号解调系统的具体实现上,硬件核心采用了嵌入微处理器,叁星公司推出的S3C44B0X作为一款基于AR7TDMICPU内核的16/32位RISC微处理器,以其低成本、高性能的突出特性成为手持式设备和普通应用的广泛选择;采用键盘作为系统的输入设备,LCD作为系统的显示输出设备,同时提供了串行、USB、以太网接口,SDRAM和FLASH等。软件方面,实现了嵌入式操作系统的移植,人机交互的建立,串行、USB和以太网的通信等,同时对于解调信号的采集和处理过程也做了一定的介绍。
郭天天[9]2006年在《嵌入式系统软硬件划分技术研究》文中进行了进一步梳理软硬件划分是软硬件协同设计的关键技术之一,划分结果对最终的设计方案有非常重要的影响。软硬件划分主要包括:处理单元分配、任务指派和任务调度叁个方面,根据系统的结构可分为二向划分、多向划分和动态可重构系统划分;根据优化目标的数量,可分为单目标划分和多目标划分。论文深入研究了嵌入式系统的软硬件划分技术,主要包括四个方面的内容。首先以实时信息处理系统为例研究了单目标二向划分,根据二向划分的特点,采用列表调度的思想,提出了一种构造式单目标二向划分算法,定义了系统资源紧迫度和节点局部属性两个评价度量,在遍历系统任务图的同时确定系统任务的映射域和开始时间,通过动态调整映射目标避免陷入局部最优。然后研究了单目标多向划分,通过对多向划分问题及现有算法的分析,提出了一种基于搜索式算法的单目标多向划分算法,采用遗传算法求解处理单元分配问题,高效、异构任务调度算法完成任务的指派和调度,在一个循环内完成种群内所有个体的划分。在多目标多向划分中,针对适应度赋值和新种群生成这两个问题进行了重点研究,提出了一种基于Pareto排序的多目标多向划分算法,将Pareto方法和遗传算法紧密结合在一起,根据个体的Pareto等级和共享度确定其适应度,采用父种群和子种群共同构成新种群的策略,由遗传算法完成对解空间的搜索。最后研究了动态可重构系统的软硬件划分,在前人工作的基础上提出了一种映射算法。在映射过程中,首先根据资源约束进行初始映射,然后加入重构时间、DRL单元数量等参数,采用context预读取技术对系统任务作进一步的映射,以减小系统重构延迟,缩短系统执行时间。
俞孙皓[10]2013年在《基于UML的嵌入式系统软硬件划分建模方法研究》文中研究表明随着超大规模集成电路工艺技术的高速发展，器件尺寸变得越来越小，在单芯片上的集成的模块也越来越多，系统的功能也越来越复杂。在昂贵的芯片设计和制造成本，以及越来越短的开发周期的压力下，怎么能设计出成本和性能都符合要求的系统就成为系统设计研究领域的棘手课题之一。在这样的背景下，软硬件协同设计技术引起了研究人员的广泛关注。本文从嵌入式系统出发，试图寻找目前嵌入式系统设计存在的问题和缺点；通过对几种较有影响的软硬件协同设计方法Cosyma、POLIS、Cool等的研究，讨论了这几种方法的优点和存在的问题。作为软硬件协同设计的重要组成部分，在软硬件划分领域，过去己经有不少大学和机构进行了许多有意义的探索，有些软硬件划分方法己经在实用方面获得了一定的成功，有效的改善了系统的结构合理性，缩短了开发周期。本文在前人研究的基础上提出了一种基于UML的软硬件划分建模方法。在UML软硬件划分建模方法中，采用用例驱动技术，并针对系统的非功能性属性作了部分扩展，增加了对于系统软硬件划分所需的部分约束的要求；在此基础上，提出了一种从UML图到任务图的转化方法；通过Diane+任务模型对系统进行功能划分。在本文的最后，基于本文所提出的方法实现了一个简化的具有基本功能的卫星模型的建模，演示了基于UML的嵌入式平台软硬件协同设计建模的基本流程。
参考文献：
[1]. 以实时操作系统为中心的嵌入式系统平台化设计研究[D]. 任慰. 华中科技大学. 2013
[2]. 嵌入式系统的硬/软件协同设计研究[D]. 程国达. 复旦大学. 2003
[3]. 基于移动嵌入式系统硬/软件协同设计的EHSC算法[J]. 张江陵, 郑世珏, 胡金柱. 计算机科学. 2005
[4]. 基于ARM的绣花机嵌入式控制系统设计[D]. 万星新. 浙江大学. 2007
[5]. 基于ARM的嵌入式便携终端系统的研究与设计[D]. 徐宝成. 西安理工大学. 2007
[6]. 基于软硬件协同理论的PDA设计与实现[D]. 孟庆洋. 沈阳工业大学. 2007
[7]. 嵌入式系统Internet方案的设计与实现[D]. 周小兵. 电子科技大学. 2004
[8]. 嵌入式光纤布喇格光栅传感信号解调系统的研究[D]. 陆竞晓. 武汉理工大学. 2005
[9]. 嵌入式系统软硬件划分技术研究[D]. 郭天天. 国防科学技术大学. 2006
[10]. 基于UML的嵌入式系统软硬件划分建模方法研究[D]. 俞孙皓. 西安电子科技大学. 2013
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