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嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)
摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)在日常生活與工作中的作用越來(lái)越大，信息技術(shù)的發(fā)展日益迅速。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為當(dāng)今信息技術(shù)的核心部分，對(duì)我國(guó)的各行各業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)嵌入式開發(fā)就是對(duì)于除了電腦之外的所有電子設(shè)備上操作系統(tǒng)的開發(fā)，開發(fā)對(duì)象有手機(jī)，掌上電腦，機(jī)電系統(tǒng)等。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，則是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的核心環(huán)節(jié)。
更高的應(yīng)用需求，對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求。
與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)本身的升級(jí)，也使得嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)面臨更大的挑戰(zhàn)。
本文主要分析了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)為更好的適應(yīng)和滿足市場(chǎng)，而需要面對(duì)的諸多挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵詞：嵌入式;設(shè)計(jì)技術(shù);挑戰(zhàn);市場(chǎng);性能
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著本質(zhì)上的不同，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在很多情況下需要考慮的是為其產(chǎn)品性能，生命周期和商業(yè)驅(qū)動(dòng)做優(yōu)化，而不是努力提高其最大計(jì)算吞吐量。
對(duì)于一個(gè)有市場(chǎng)適應(yīng)能力的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的成功與否更重要的是其在性價(jià)比上的優(yōu)勢(shì)。
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。
由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自身功能和具體應(yīng)用環(huán)境的限制，其在設(shè)計(jì)技術(shù)上會(huì)面臨如下兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)：
1 系統(tǒng)自身發(fā)展升級(jí)挑戰(zhàn)
應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和用戶要求的逐漸提高推動(dòng)了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的升級(jí)，而在升級(jí)過(guò)程中，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)作為系統(tǒng)開發(fā)的核心環(huán)節(jié)，無(wú)法避免的要面對(duì)來(lái)自整個(gè)系統(tǒng)的全面挑戰(zhàn)。
1.1 單片機(jī)向多模塊組合轉(zhuǎn)變
隨著用戶對(duì)備選方案數(shù)量要求的提高，嵌入式系統(tǒng)從過(guò)去單一的單片機(jī)應(yīng)用模式，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛱峁└嗖煌瑢哟畏桨傅亩鄻踊Ｊ健?/p>
通過(guò)重用和組合IP核構(gòu)件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的片上SoC系統(tǒng)，是目前嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最高形式。
通過(guò)利用FPGA和IP模塊進(jìn)行功能組合PSoC/SOPC設(shè)計(jì)，徹底改變了過(guò)去單片機(jī)從底層全權(quán)包攬的單一設(shè)計(jì)局面。
1.2 對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)的要求更高
經(jīng)過(guò)幾年發(fā)展，目前高端嵌入式系統(tǒng)都是建立在RTOS基礎(chǔ)之上的，所以很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)人員就要學(xué)習(xí)全新的RTOS技術(shù)。
這無(wú)疑是一次設(shè)計(jì)技術(shù)的重頭再來(lái)，需要設(shè)計(jì)人員做到從觀念認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)技術(shù)的一次徹底轉(zhuǎn)變。
1.3 運(yùn)用新開發(fā)工具進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)
嵌入式設(shè)計(jì)從8/16位轉(zhuǎn)向功能更強(qiáng)大的32位MCU，升級(jí)之后，開發(fā)工具的投入就成為了系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中最大的障礙。
升級(jí)之后的開發(fā)環(huán)境不僅加大了系統(tǒng)投資數(shù)目，對(duì)其使用的技術(shù)有了更高要求，其開發(fā)工具較之前也有了更復(fù)雜的變化。
使用新系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，如何正確選擇處理器架構(gòu)、評(píng)估嵌入式操作系統(tǒng)，以及使用陌生的開發(fā)工具，都是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。
1.4 多種技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)
嵌入式系統(tǒng)對(duì)軟硬件的協(xié)同配合有著超高的要求，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，軟硬件設(shè)計(jì)的同步與集成是主要問(wèn)題。
由于技術(shù)細(xì)節(jié)處的不斷增加，控制軟硬件一致性與正確性需要消耗極大的時(shí)間。
目前業(yè)界已經(jīng)開發(fā)Polis、CosYma及Chinook等多種方法和工具來(lái)支持集成式軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)。
這使得系統(tǒng)可以跨越硬件和軟件平臺(tái)復(fù)用，并支持設(shè)計(jì)空間探索。
是一種統(tǒng)一軟硬件的開發(fā)方法。
2 應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的重點(diǎn)性能挑戰(zhàn)
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)在滿足用戶多樣性需求和自身不斷升級(jí)方面的提升與完善是信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但是其最根本的基礎(chǔ)性能提高則是市場(chǎng)判定該系統(tǒng)是否卓越，亙古不變的標(biāo)準(zhǔn)。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，基礎(chǔ)性能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)如下：
2.1 操作實(shí)時(shí)響應(yīng)
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入到對(duì)象系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，嵌入系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)不僅要求得到正確的結(jié)果，更要滿足時(shí)間交互過(guò)程的響應(yīng)要求。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有時(shí)需要要求設(shè)計(jì)技術(shù)按照軟件運(yùn)行最壞情況下的時(shí)間進(jìn)行預(yù)留，因?yàn)檐浖\(yùn)行耗費(fèi)的時(shí)間會(huì)立刻增加系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間，致使系統(tǒng)不能滿足嵌入對(duì)象系統(tǒng)提出的響應(yīng)時(shí)間。
“信號(hào)處理系統(tǒng)”、“緊急任務(wù)處理系統(tǒng)”就是典型的實(shí)時(shí)性要求很強(qiáng)的系統(tǒng)。
2.2 嵌入系統(tǒng)安全性
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常應(yīng)用于安全性很高的情況下，這就要求設(shè)計(jì)技術(shù)能夠保證系統(tǒng)極高的安全性能和可靠性能。
(1)可靠性能。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性是衡量其設(shè)計(jì)技術(shù)的重要標(biāo)準(zhǔn)，它要求設(shè)計(jì)技術(shù)滿足增長(zhǎng)系統(tǒng)生命周期，拓寬系統(tǒng)適用范圍，減少系統(tǒng)中的錯(cuò)誤，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至要降低嵌入式系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用。
為滿足如上諸多要求，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)該從工作溫度，抗震動(dòng)，抗電磁干擾，抗輻射等方面著手進(jìn)行全面加強(qiáng)。
(2)可用性能。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為達(dá)到提供預(yù)期的功能要求提高系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常需要采用故障避免、故障檢測(cè)與故障容錯(cuò)等設(shè)計(jì)技術(shù)。
(3)安全性能。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性，要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)盡量使系統(tǒng)能夠無(wú)錯(cuò)誤的完成預(yù)期功能，同時(shí)降低系統(tǒng)的危害程度，安全完成運(yùn)行任務(wù)。
(4)保密性能。
保密性能在網(wǎng)絡(luò)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中尤為重要。
通過(guò)現(xiàn)有的保密技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全措施基本可以保證數(shù)據(jù)的安全，但也無(wú)法做到完全保證。
這就需要我們通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)加入入侵檢測(cè)模塊來(lái)提升嵌入系統(tǒng)的保密性。
使入侵模塊成為整個(gè)系統(tǒng)的最后防線，在系統(tǒng)遭受威脅或被攻擊后，通過(guò)分析攻擊行為，有效保護(hù)系統(tǒng)免受同樣攻擊。
通常在設(shè)計(jì)時(shí)，都是利用技術(shù)通過(guò)提高嵌入系統(tǒng)的抗入侵能力來(lái)提高保密性，在遭到入侵時(shí)，嵌入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠進(jìn)行安全的現(xiàn)場(chǎng)重編程及提供重建保護(hù)等。
3 結(jié)語(yǔ)
互聯(lián)網(wǎng)在日常生活與工作中的作用越來(lái)越大，信息技術(shù)的發(fā)展日益迅速。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為當(dāng)今信息技術(shù)的核心部分，對(duì)我國(guó)的各行各業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，則是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的核心環(huán)節(jié)。
更高的應(yīng)用需求，對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求。
與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)本身的升級(jí)，也使得嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)面臨更大的挑戰(zhàn)。
本文通過(guò)以上對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的幾點(diǎn)分析，主要分析了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)為更好的適應(yīng)和滿足市場(chǎng)，而需要面對(duì)的諸多挑戰(zhàn)。
可以看出，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在市場(chǎng)上的需求日益增大，用戶的要求也在向多樣化和高標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì)發(fā)展。
這就要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，一方面要不斷與時(shí)俱進(jìn)熟練掌握新升級(jí)技術(shù)，來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)滿足多樣化需求;另一方面要保證系統(tǒng)基本的實(shí)時(shí)性與安全性。
只有這樣抓牢基礎(chǔ)，不斷提高才能在當(dāng)今的信息化社會(huì)中站穩(wěn)腳跟，不會(huì)被市場(chǎng)淘汰。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉洪濤，孫天澤.嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計(jì)[J].21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)規(guī)劃教材，2009，1：12-13.
[2]馮立杰，傅民倉(cāng)，李文波.多CPU嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，6：33-34.
[3]張濤.嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[J].中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)，2000，7：D10.
[4]徐敏，林瑞金，關(guān)健生.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，3：21-22.
[5]陳文智，王總輝.嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2011.5：49-62.
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