嵌入式系统设计方法的演化―从单片机到单片系统(（推荐7篇））由网友“半糖月亮s”投稿提供，这次小编给大家整理过的嵌入式系统设计方法的演化―从单片机到单片系统，供大家阅读参考，也相信能帮助到您。
篇1：嵌入式系统设计方法的演化―从单片机到单片系统
嵌入式系统设计方法的演化―从单片机到单片系统
摘要：在介绍嵌入式系统设计方法变化背景的基础上，综述嵌入式系统设计方法的不同层次，从单片 机应用到单片系统设计的演化，并提出了发展战略。关键词：嵌入式系统 设计 单片系统(SOC) 硬件描述语言(HDL) IP内核
一、嵌入式系统设计方法变化的背景
嵌入式系统设计方法的演化总的来说是因为应用需求的牵引和IT技术的推动。
1.随着微电子技术的不断创新和发展，大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高。硅材料与人类智慧的结合，生产出大批量的低成本、高可靠性和高精度的微电子结构模块，推动了一个全新的技术领域和产业的发展。在此基础上发展起来的器件可编程思想和微处理（器）技术可以用软件来改变和实现硬件的功能。微处理器和各种可编程大规模集成专用电路、半定制器件的大量应用，开创了一个崭新的应用世界，以至广泛影响着并在逐步改变着人类的生产、生活和学习等社会活动。
2.计算机硬件平台性能的大幅度提高，使很多复杂算法和方便使用的界面得以实现，大大提高了工作效率，给复杂嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。
3.高性能的EDA综合开发工具（平台）得到长足发展，而且其自动化和智能化程度不断提高，为复杂的.嵌入式系统设计提供了不同用途和不同级别集编辑、布局、布线、编译、综合、模拟、测试、验证和器件编程等一体化的易于学习和方便使用的开发集成环境。
4.硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)的发展为复杂电子系统设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。它的描述能力和抽象能力强，给硬件电路，特别是半定制大规模集成电路设计带来了重大的变革。目前，用得较多的有已成为IEEE为 STD1076标准的VHDL、IEEE STD 1364标准的Verilog HDL和Altera公司企业标准的AHDL等。
由于HDL的发展和标准化，世界上出现了一批利用HDL进行各种集成电路功能模块专业设计的公司。其任务是按常用或专用功能，用HDL来描述集成电路的功能和结构，并经过不同级别的验证形成不同级别的IP内核模块，供芯片设计人员装配或集成选用。
IP（Intellectual Property）内核模块是一种预先设计好的甚至已经过验证的具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。它有几种不同形式。IP内核模块有行为（behavior）、结构（structure）和物理（physical）3级不同程度的设计，对应有主要描述功能行为的“软IP内核(soft IP core)”、完成结构描述的“固IP内核(firm IP core)”和基于物理描述并经过工艺验证的“硬IP内核(hard IP core)”3个层次。这相当于集成电路（器件或部件）的毛坯、半成品和成品的设计技术。
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篇2：论文之嵌入式系统设计方法的演化从单片机到单片系统及发展策略
论文之嵌入式系统设计方法的演化从单片机到单片系统及发展策略
摘要：在介绍嵌入式系统设计方法变化背景的基础上，综述嵌入式系统设计方法的不同层次，从单片 机应用到单片系统设计的演化，并提出了发展战略。
关键词：嵌入式系统 设计 单片系统(SOC) 硬件描述语言(HDL) IP内核
一、嵌入式系统设计方法变化的背景
嵌入式系统设计方法的演化总的来说是因为应用需求的牵引和IT技术的推动。
1.随着微电子技术的不断创新和发展，大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高。硅材料与人类智慧的结合，生产出大批量的低成本、高可靠性和高精度的微电子结构模块，推动了一个全新的技术领域和产业的发展。在此基础上发展起来的器件可编程思想和微处理（器）技术可以用软件来改变和实现硬件的功能。微处理器和各种可编程大规模集成专用电路、半定制器件的大量应用，开创了一个崭新的应用世界，以至广泛影响着并在逐步改变着人类的生产、生活和学习等社会活动。
2.计算机硬件平台性能的大幅度提高，使很多复杂算法和方便使用的界面得以实现，大大提高了工作效率，给复杂嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。
3.高性能的EDA综合开发工具（平台）得到长足发展，而且其自动化和智能化程度不断提高，为复杂的嵌入式系统设计提供了不同用途和不同级别集编辑、布局、布线、编译、综合、模拟、测试、验证和器件编程等一体化的易于学习和方便使用的开发集成环境。
4.硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)的发展为复杂电子系统设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。它的描述能力和抽象能力强，给硬件电路，特别是半定制大规模集成电路设计带来了重大的变革。目前，用得较多的有已成为IEEE为 STD1076标准的VHDL、IEEE STD 1364标准的Verilog HDL和Altera公司企业标准的AHDL等。
由于HDL的发展和标准化，世界上出现了一批利用HDL进行各种集成电路功能模块专业设计的公司。其任务是按常用或专用功能，用HDL来描述集成电路的功能和结构，并经过不同级别的验证形成不同级别的IP内核模块，供芯片设计人员装配或集成选用。
IP（Intellectual Property）内核模块是一种预先设计好的甚至已经过验证的具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。它有几种不同形式。IP内核模块有行为（behavior）、结构（structure）和物理（physical）3级不同程度的设计，对应有主要描述功能行为的“软IP内核(soft IP core)”、完成结构描述的“固IP内核(firm IP core)”和基于物理描述并经过工艺验证的“硬IP内核(hard IP core)”3个层次。这相当于集成电路（器件或部件）的毛坯、半成品和成品的设计技术。
软IP内核通常是用某种HDL文本提交用户，它已经过行为级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具体的物理信息。据此，用户可以综合出正确的门电路级网表，并可以进行后续结构设计，具有最大的灵活性，可以很容易地借助于EDA综合工具与其他外部逻辑电路结合成一体，根据各种不同的半导体工艺，设计成具有不同性能的器件。可以商品化的软IP内核一般电路结构总门数都在5000门以上。但是，如果后续设计不当，有可能导致整个结果失败。软IP内核又称作虚拟器件。
硬IP内核是基于某种半导体工艺的物理设计，已有固定的拓扑布局和具体工艺，并已经过工艺验证，具有可保证的性能。其提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件，是可以拿来就用的全套技术。
固IP内核的设计深度则是介于软IP内核和硬IP内核之间，除了完成硬IP内核所有的设计外，还完成了门电路级综合和时序仿真等设计环节。一般以门电路级网表形式提交用户使用。
TI，Philips和Atmel等厂商就是通过Intel授权，用其MCS51的IP内核模块结合自己的特长开发出有个性的与Intel MCS51兼容的单片机。
常用的IP内核模块有各种不同的CPU(32/64位CISC/RISC结构的CPU或8/16位微控制器/单片机，如8051等)、32/64位DSP（如320C30）、DRAM、SRAM、EEPROM、Flashmemory、A/D、D/A、MPEG/JPEG、USB、PCI、标准接口、网络单元、编译器、编码/解码器和模拟器件模块等。丰富的IP内核模块库为快速地设计专用集成电路和单片系统以及尽快占领市场提供
了基本保证。
5.软件技术的进步，特别是嵌入式实时操作系统EOS(Embedded Operation System）的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台。EOS是一种功能强大、应用广泛的实时多任务系统软件。它一般都具有操作系统所具有的各种系统资源管理功能，用户可以通过应用程序接口API调用函数形式来实现各种资源管理。用户程序可以在EOS的基础上开发并运行。它与通用系统机中的OS相比，主要有系统内核短小精悍、开销小、实时性强和可靠性高等特点。完善的EOS还提供各种设备的驱动程序。为了适应网络应用和Internet应用。还可以提供TCP/IP协议支持。目前流行的EOS有3Com公司的Palm OS、Microsoft公司的Windows CE和Windows NT Embedded4.0、日本东京大学的Tron和各种开放源代码的嵌入式Linux以及国内开发成功的凯思集团的Hopen OS和浙江大学的HBOS。
二、嵌入式系统设计方法的变化
过去擅长于软件设计的编程人员一般对硬件电路设计“敬而远之”，硬件设计和软件设计被认为是性质完全不同的技术。
随着电子信息技术的发展，电子工程出身的设计人员，往往还逐步涉足软件编程。其主要形式是通过微控制器（国内习惯称作单片机）的应用，学会相应的汇编语言编程。在设计规模更大的集散控制系统时，必然要用到已普及的PC机，以其为上端机，从而进一步学习使用Quick BASIC，C，C++，VC和VB等高级语言编程作系统程序，设计系统界面，通过与单片机控制的前端机进行多机通信构成集中分布控制系统。
软件编程出身的设计人员则很少有兴趣去学习应用电路设计。但是，随着计算机技术的飞速发展，特别是硬件描述语言HDL的发明，系统硬件设计方法发生了变化，数字系统的硬件组成及其行为完全可以用HDL来描述和仿真。在这种情况下，设计硬件电路不再是硬件设计工程师的专利，擅长软件编程的设计人员可以借助于HDL工具来描述硬件电路的行为、功能、结构、数据流、信号连接关系和定时关系，设计出满足各种要求的硬件系统。
EDA工具允许有两种设计输入工具，分别适应硬件电路设计人员和软件编程人员两种不同背景的需要。让具有硬件背景的设计人员用已习惯的原理图输入方式，而让具有软件背景的设计人员用硬件描述语言输入方式。由于用HDL描述进行输入，因而与系统行为描述更接近，且更便于综合、时域传递和修改，还能建立独立于工艺的设计文件，所以，擅长软件编程的人一旦掌握了HDL和一些必要的硬件知识，往往可以比习惯于传统设计的工程师设计出更好的硬件电路和系统。所以，习惯于传统设计的工程师应该学会用HDL来描述和编程。
三、嵌入式系统设计的3个层次
嵌入式系统设计有3个不同层次。
1.第1层次：以PCB CAD软件和ICE为主要工具的设计方法。
这是过去直至现在我国单片机应用系统设计人员一直沿用的方法，其步骤是先抽象后具体。
抽象设计主要是根据嵌入式应用系统要实现的功能要求，对系统功能细化，分成若干功能模块，画出系统功能框图，再对功能模块进行硬件和软件功能实现的分配。
具体设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所需要使用的元器件进行选择和组合，其选择的基本原则就是市场上可以购买到的性价比最高的通用元器件。必要时，须分别对各个没有把握的部分进行搭试、功能检验和性能测试，从模块到系统找到相对优化的方案，画出电路原理图。硬件设计的关键一步就是利用印制板(PCB)计算机辅助设计(CAD)软件对系统的元器件进行布局和布线，接着是印制板加工、装配和硬件调试。
工作量最大的部分是软件设计。软件设计贯穿整个系统的设计过程，主要包括任务分析、资源分配、模块划分、流程设计和细化、编码调试等。软件设计的工作量主要集中在程序调试，所以软件调试工具就是关键。最常用和最有效的工具是在线仿真器(ICE)。
2.第2层次：以EDA工具软件和EOS为开发平台的设计方法。
随着微电子工艺技术的.发展，各种通用的可编程半定制逻辑器件应运而生。在硬件设计时，设计师可以利
用这些半定制器件，逐步把原先要通过印制板线路互连的若干标准逻辑器件自制成专用集成电路(ASIC)使用，这样，就把印制板布局和布线的复杂性转换成半定制器件内配置的复杂性。然而，半定制器件的设计并不需要设计人员有半导体工艺和片内集成电路布局和布线的知识和经验。随着半定制器件的规模越来越大，可集成的器件越来越多，使印制板上互连器件的线路、装配和调试费用越来越少，不仅大大减少了印制板的面积和接插件的数量，降低了系统综合成本，增加了可编程应用的灵活性，更重要的是降低了系统功耗，提高了系统工作速度，大大提高了系统的可靠性和安全性。
这样，硬件设计人员从过去选择和使用标准通用集成电路器件，逐步转向自己设计和制作部分专用的集成电路器件，而这些技术是由各种EDA工具软件提供支持的。
半定制逻辑器件经历了可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL、复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA的发展过程。其趋势是集成度和速度不断提高，功能不断增强，结构趋于更合理，使用变得更灵活和方便。
设计人员可以利用各种EDA工具和标准的CPLD和FPGA等，设计和自制用户专用的大规模集成电路。然后再通过自下而上的设计方法，把用半定制器件设计自制的集成电路、可编程外围器件、所选择的ASIC与嵌入式微处理器或微控制器在印制板上布局、布线构成系统。
3.第3层次：以IP内核库为设计基础，用软硬件协同设计技术的设计方法。
20世纪90年代后，进一步开始了从“集成电路”级设计不断转向“集成系统”级设计。目前已进入单片系统SOC（System on a chip）设计阶段，并开始进入实用阶段。这种设计方法不是把系统所需要用到的所有集成电路简单地二次集成到1个芯片上，如果这样实现单片系统，是不可能达到单片系统所要求的高密度、高速度、高性能、小体积、低电压、低功耗等指标的，特别是低功耗要求。单片系统设计要从整个系统性能要求出发，把微处理器、模型算法、芯片结构、外围器件各层次电路直至器件的设计紧密结合起来，并通过建立在全新理念上的系统软件和硬件的协同设计，在单个芯片上完成整个系统的功能。有时也可能把系统做在几个芯片上。因为，实际上并不是所有的系统都能在一个芯片上实现的；还可能因为实现某种单片系统的工艺成本太高，以至于失去商业价值。目前，进入实用的单片系统还属简单的单片系统，如智能IC卡等。但几个著名的半导体厂商正在紧锣密鼓地研制和开发像单片PC这样的复杂单片系统。
单片系统的设计如果从零开始，这既不现实也无必要。因为除了设计不成熟、未经过时间考验，其系统性能和质量得不到保证外，还会因为设计周期太长而失去商业价值。
为了加快单片系统设计周期和提高系统的可靠性，目前最有效的一个途径就是通过授权，使用成熟优化的IP内核模块来进行设计集成和二次开发，利用胶粘逻辑技术GLT（Glue Logic Technology），把这些IP内核模块嵌入到SOC中。IP内核模块是单片系统设计的基础，究竟购买哪一级IP内核模块，要根据现有基础、时间、资金和其他条件权衡确定。购买硬IP内核模块风险最小，但付出最大，这是必然的。但总的来说，通过购买IP内核模块不仅可以降低开发风险，还能节省开发费用，因为一般购买IP内核模块的费用要低于自己单独设计和验证的费用。当然，并不是所需要的IP内核模块都可以从市场上买得到。为了垄断市场，有一些公司开发出来的关键IP内核模块（至少暂时）是不愿意授权转让使用的。像这样的IP内核模块就不得不自己组织力量来开发。
这3个层次各有各的应用范围。从应用开发角度看，在相当长的一段时间内，都是采用前2种方法。第3层次设计方法对一般具体应用人员来说，只能用来设计简单的单片系统。而复杂的单片系统则是某些大的半导体厂商才能设计和实现的，并且用这种方法实现的单片系统，只可能是那些广泛使用、具有一定规模的应用系统才值得投入研制。还有些应用系统，因为技术问题或商业价值问题并不适宜用单片实现。当它们以商品形式推出相应单片系统后，应用人员只要会选用即可。所以，3个层次的设计方法会并存，并不会简单地用后者取代前者。 初级应用设计人员会以第1种方法为主；富有经验的设计人员会以第2种方法为主；很专业的设计人员会用第3种方法进行简单单片系统的设计和应用。但所有的设计人员都可以应用半导体大厂商推出的用第3种方法设计的专用单片系统。
结束语
目前，在我国3个层次的设计分别呈“面”、“线”、“点”的状态。习惯于第1层次设计方法的电子信息系统设计人员需要逐步向第2层次过渡和发展；第2层次设计方法要由“线”逐步发展成“面”；第3层次设计方法需要国家有关部门根据IT发展战略和规划，组织各方面力量攻关、协调发展。第3层次设计方法要由“点”逐步发展成“线”。
篇3：单片机嵌入式系统程序引导装入设计
单片机嵌入式系统程序引导装入设计
C8051 Fxxx单片机具有很强的'在系统能力,能够通过现场或远程方式对单片机嵌入式系统程序代码进行更新.本文介绍了单片机嵌入式系统引导装入程序的设计方法和编程时应注意的问题,给出了完整引导装入程序的例程.
作 者：夏之俊 作者单位：武汉铁路职业技术学院,武汉 刊 名：科技资讯 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： “”(7) 分类号：N94 关键词：单片机 在系统 嵌入式设备篇4：单片机嵌入式系统开发方法论文
随着经济快速发展，我国已经进入到信息化时代，各种信息技术在改变着人们的生活。其中嵌入式技术就是被广泛应用到我们生活的各个方面，从智能穿戴到智能交通，都离不开嵌入式开发技术。本文主要介绍了单片机与嵌入式系统的开发方法，重点论述了开发者在开发过程中可能存在的问题，并结合自己的工作经验给出了切实可行的解决方案。
【关键词】信息化时代；嵌入式技术；智能穿戴；单片机；解决方案；开发方法
这些年随着信息化地不断发展，各种智能化产品被广泛应用在我们生活的各行各样。这其中离不开嵌入式技术的发展。从而智能家居到智能交通，处处体现着嵌入式技术发展，给人们的生活提供了极大的方便，促进了社会智能化发展。单片机嵌入式系统是基于单片机技术发展的一种数字系统。单片机给它提供了强有力的计算单元，是它能够完成对于数据的分析、计算，以及向执行器发送控制指令。同时单片机能够集成在很小的电路板上，这样更利于嵌入式技术能够产业化、集成化，这是因为这些特点使得单片机嵌入式技术能够被广泛应用在各个方面，如今基于单片机嵌入式开发技术已经很成熟了，在实际开发过程中仍然存在着很多问题，因此本文主要论述了单片机系统再设计时存在的一些问题，以及微核对于单片机技术设计的影响。希望能够更好促进单片机嵌入式技术的发展。
1嵌入式系统概述
单片机嵌入式系统主要使用单片机作为处理单元，同时结合传感器、执行器以及控制算法为一体的专用系统。它组成方面包括了处理器（单片机）、硬件设备（传感器）、操作系统（u-cos系统）等组成，具有远程控制、数据管理等强大功能。核心的器件技术单片机，能够对于传感器采集的数据进行分析、处理同时像控制单元发出控制指令，对于不同的项目需求可以把传感器、执行器与单片机集成在一块电路板上，这块电路板可以做的很小，像我们的运动手环，具体很高的集成度。这样就能高效完成项目需求，提高解决问题的效率和质量，从而最大程度提高人们的'生活水平。随着信息技术快速发展，单片机嵌入式系统往往具有了远程控制的功能，可以通过Wi-Fi技术、以太网模块等网络接口实现数据的联网功能。随着我国的单片机嵌入式技术已经取得了很大的发展，但是和国外发达国家相比仍然有很大的差距，尤其在单片机的制造上。除了8位单片机，在16位、32位单片机以及更高位数的单片机制造上和国外仍然有着很大的差距。除了集成度需要改进外，在容量和计算速度仍然有很大的提升空间，从而更好满足日益复杂的应用需求。
篇5：单片机嵌入式系统开发方法论文
基于单片机嵌入式系统的开发与设计主要使用的是软件集成开发工具（Keil、IAR等）以及电路设计工具（PCB工具），在具体的开发过程中需要开发者结合项目具体的实际需求，将其项目功能具体系统级功能，然后在进行划分为具体的模块功能，然后根据模块设计思想以及自顶而下的设计思想进行模块设计，这样更容易开发，同时也更容易发现错误并改正错误。嵌入式系统的在实际过程中需要结合具体的型号参数进行科学合理的设置，只有充分掌握单片机的内外资源才能更好地进行单片机嵌入式的设计。此外，在设计工作中，要合理配置系统中的资源，并设计相应的代码，以达到预期的功能。嵌入式系统追求集成和模块化，需要将各个功能模块集成到单片机中，实现单片机的远程调度、信号控制、数据管理等功能。在设计过程中，为了便于多设备的交叉使用，我们可以将各种应用接口设置为统一的标准，使嵌入式系统在特定的应用中能够标准化和标准化。同时，为了确保嵌入式系统的发展的合理性，可以提前进行模拟操作，并通过仿真发现操作是否有问题，如果有问题，可以及时解决，有效地减少了开发时间和加快工作进度。
篇6：单片机嵌入式系统开发方法论文
微核结构的设计应用可以很有效地提高嵌入式系统的移植性能力和扩展能力，但是随着项目需求难度不断增加，微内核的设计变得越来越复杂，这样不但没有提高单片机系统运行的性能，反正增加了单片机的功耗，特别是嵌入式系统在微控制器的通用性。当使用单片机在进行远程控制时，这个过程需要微核的参与，同时需要和数据进行不断交换，这大大增加了单片机的负担。因此设计者需要不断优化微内核，从而提高单片机系统的运行效率。对于微控制器来说，它主要是由系统时钟进行驱动的，在运行过程中需要根据时钟信号来不断完成读写指令地过程，当然这个过程可以使用软件进行控制，因此可以通过不断优化代码来提高微控制器的使用效率，从而最大程度发挥单片机的性能。另外在和微控制器在进行通信时主要实现的是消息机制，这样会大大增加微内核的开销。为了保证微内核的运行效率，需要对系统程序进行优化，使应用程序能够直接调用库程序，大大提高了微内核使用的灵活性。
4嵌入式技术的应用
嵌入式技术被广泛应用在各个行业，智能交通、智能家居、智能医疗等行业。这里我们主要介绍智能驾驶技术。首先打开汽车，选择自动驾驶，通过传感器采集复杂的路面信息、行人信息和交通标志信息，然后将融合的信息发给中央处理器进行处理，最后控制器控制汽车相关的执行结构，是汽车的速度方向等得到最完美的控制。其中嵌入式结合了传感器融合技术，人工智能算法，传感器网络通信技术等多种技术共同完成了无人驾驶功能。同时体现大数据处理以及需要高性能的CPU。因为汽车的行驶速度很快，要求处理处理一定要快，数据处理主要涉及的是图像处理，用到了卷积神经网络大大增加了计算量，所以高性能的CPU是必要的，这时候单片机就远远达不到要求，但是还是属于嵌入式技术一部分。
5结语
嵌入式技术一直是各个行业研究的热点，研究嵌入式技术是非常必要的。而且在科技发展的今天，嵌入式技术应用的产品在我们身边随处可见，加上人工智能算法和大数据的辅助，我国嵌入式技术一定会迎来快速发展，一定会使我们的生活变得更加美好。
参考文献
[1]苏燕,张建平,阮莹等.单片机嵌入式网络技术以及系统开发与实现[J].科技资讯,,14(13):28-29.
[2]彭铁牛.嵌入式实时操作系统在单片机上的开发应用研究[J].山东工业技术,2016(03):43-43.
篇7：面向对象的嵌入式系统设计方法
面向对象的嵌入式系统设计方法
摘要：通过UML语言对嵌入式系统建模，急准确地完成了分析人员与用户需形式化层次上的一致性，也为程序开发人员建立了清晰的程序结构和行为准则，大大缩短了系统开发周期，并使系统的升级和重用成为可能。本文通过一个用Atmel89C52单片机实现简单变频调速器系统，说明UML应用与嵌入式系统的分析设计方法。关键词：嵌入式系统面向对象分析设计UML有限状态机
1概述
随着我国装备制造业的发展，嵌入式系统已经成为制造业的核心技术。它被广泛地应用到工业控制、仿真系统、医疗仪器、信息家电、通信设备等众多领域。目前，围绕嵌入式系统展开研究和开发，已经成为计算机软硬件技术发展最活跃的方向之一。
嵌入式系统不同于通常纯粹的软件系统或硬件系统，而是软件与硬件通过在一起的，有些功能既可以用软件实现，也可以通过硬件实现。另外，嵌入式系统设计所面临的挑战不仅涉及到计算机软件和硬件，也会涉及到许多非计算机工程中的问题，诸如机械尺寸问题、功耗问题和制造成本问题等。即使是计算机工程方面的问题，大部分系统在实时性、可靠性和多速率等问题方面也都有特别要求。
目前，实现嵌入式系统的硬件方法主要有：定制逻辑（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）和嵌入式微处理器三种。在实际系统实施中，绝大多数系统是采用嵌入式微处理器方式，如单片机、单板机或嵌入式微处理器芯片等。这是因为用微处理器实现嵌入式系统是一种十分有效的方法，它使得在不同价位上设计不同特性的产品系列成为可能，并且能够扩充新特性以满足飞速发展变化的市场需求。
2嵌入式系统设计面临的问题和解决办法
过去嵌入式系统分析和设计方面的主要问题为：①分析设计没有一个统一的标准；②分析设计方法不统一；③从分析设计到制作和编程没有一个始终一贯的工程化方法，使得产品形成的每一个过程人为因素影响十分严重；④分析设计的成果不能被开发类似项目或产品的重用。以上4个方面的问题成为多年来制约嵌入式系统发展的主要瓶颈，使得大部分从事嵌入式系统应用开发的组织和团体，基本上是采用小组甚至是作坊式的`动作模式。这使得开发较复杂或大型系统的工作变得十分困难甚至无法进行，或因为系统需求的不断变化或小组成员的流动导致项目失败。我们知道，人类之间要想达成对任何事件的交流，前提是实现对该事物形态（或表现形式）和行为的标准化，之后才可能实现对该事物形态（或表现形式）和行为的标准化，之后才可能实现对其的存储、处理和交流。嵌入式系统制作过程产品以上4方面问题的主要原因是没有一个对嵌入式系统需求、分析、设计、制作、测试和维护过程的结构特征和行业特征统一的工程化描述方法。目前，面向对象技术正是建立在对真实世界抽象思维的基础上，统一建模语言（UML）为这种思维提供了可视化工具，解决了以上难题。使用UML对嵌入式系统建模，不仅可以使系统分析设计实现标准化，而且完全可以实现系统分析、设计和制作、测试分别由不同的项目成员在统一、一贯的方式下完成，也使得系统分析和设计模型在相似系统中重用成为可能。
3系统建模
面向对象的嵌入式系统建模同任何软件密集型系统建模一样，从系统中的类建模开始。为了解类的结构，首先对系统工作过程作一个总体陈述。无论是采用问题空间词汇抽象方法还是采用用例（usecase）驱动建模方法，目标都是找到系统以类或对象作为构造块的类图。如果采用用例驱动的系统分析方法，该内容也可以用用例视图加以模型规格说明，然后使其作为系统白盒测试依据。由于使用用例视图做的规格说明篇幅比较大，本文仅用文字描述说明这部分内容。
本文所例举的系统为一小型变频调速器系统。对任何一个三相交流电机，在输入单相交流电源的情况下，实现6Hz到[9Hz，50Hz]区间内任一频率的稳步启动运转。系统用户界面包括2位数码显示器、一个运行/停止指示器、电源开/关指示器、6个按钮键盘和电源开关。2位显示器用于显示电机当前正在运转的频率，6个按键分别代表启动、停机、正点动、反点动、频率加和频率减。启动命令使电机从6Hz以每步0.2Hz的步长稳步提升到当前设置频率上后在该频率上稳定运转；正点动命令使电机稳定在6Hz上正向运转；反点动命令时，电机转动频率与正点动上同，但旋转方向相反；频率加命令在电机运转时使电机以1Hz/s的速率增加运转频率和当前预置频率，在电机停止时仅改变预置频率；频率减命令与频率加命令相反；停机命令则无论电机运行在什么状态下，都使电机停止运转。
系统类图如图1所示。图中有2个硬件类Button*和Light*，1个主动类Microcontrollor和3个一般类Convertor、Watchdog和Display。Button*类代表所有按钮;Light*类代表2个发光数码管和1个运行指示灯;主动类Microcontrollor是系统主控模块，完成所有对象的调度和管理；3个一般类为3个功能独立的程序模块。
图2为系统实施图。微处理器节点是系统的主控节点，采用Atmel89C52。其内部8KBFlashROM和128BRAM资源已能满足系统需要，因此不再增加外部存储器。与其它节点的连接完全通过其本身的串并接口就可完成。按钮节点代表所有按钮，在系统变化时也可以用键盘取代，本例为6个单独机械按钮。显示节点代表系统显示部分，本例为2个数码管和1个表示电同运行状态的发光二极管。运行监控节点具有两部分功能，其一是通过WatchDog技术监视微处理器的运行状况，另一个是监视变换器输出的脉冲宽度。变换器邛树熊设计为专用电路，通过微处理器并行口接受三相正弦脉冲，根据电机功率转换成本相电机线圈所需要的脉冲电压。三相电机节点不属于嵌入式系统本身，但为了说明本嵌入式系统与控制对象关系而布置在同一实施图中。
图3为系统有限状态机行为模型。系统开机上电后，经过初始化处理自动进入到等待状态，在等待状态，Microcontrollor对象根据用户键盘按钮命令，调度相应的操作对象。当用户发出正或反点动命令时，系统进入点动运行态，此时Convertor对象输出6Hz正或反相序三相脉冲。当用户松开正或反点动按钮时，系统返回等待状态。在系统预置频率设定正确的情况下，用户按启动按钮时，系统先进入到启动运行态。在此状态时系统从6Hz开始按每步0.2Hz的步长稳步增加电机运转频率，直到达到预置频率时进入到稳定运行态。在稳定运行态用户可以改变预置频率，步长为1Hz。每次预置频率的改变事件，都会产生从稳定运行态到启动运行态的交替变动。当系统运行出现故障时，进入到故障处理状态处理，完成后自动返回到等待状态。
4系统实现
4.1数据处理
由于本文例举的系统为一小型变频调速嵌入式系统，所有三相正弦波形的PWM脉冲都由Atmel89C52的P1.0～P1.5端口输出。当把任何频率正弦波形分解成N等分时（N为6的整数倍），则要用N个等幅而不等宽的矩形脉冲来等效，每个脉冲区间如图4。每个频率正弦波划分为6个相序，每个相序为60°。每个相序分为N/6个区间，每区间分为7个小区间。每个区间采用中心对称脉冲波形，因此在每个小脉冲边沿只有一相功率驱动开关换相而使驱动电源电流平衡变化。在任何一相换相时，由软件自动加死区保护（死区时间一相上下臂开关同时关闭，如图4中竖双线间部分），以免功率驱动开关在换相瞬间上下臂同时导通而损坏元件。
虽然对于不同频率每个相序内脉冲区间数和占空比有所不同，但输出的波形却是相同的。又因为每个区间的7个小区间波形是中心对称的，因此在输出最后3个小波形时，只要把前3个小波形的占空时间和输出波形数据倒读并输出就可以完成。另外，每个脉冲区间仅需要4个占空定时T区间，t2，t3，t4（见下节说明），并且每个相序仅需要4个脉冲波形数据就可以了。三相正弦波区间数据关系如表1.
表1三相正弦波区间数据关系
相序IIIIIIIVVVI电压关系Ua>Ub>UcUb>Ua>UcUb>Uc>UaUc>Ub>UaUc>Ua>UbUa>Uc>Ub波形数据2AH,29H,19H,152AH,26H,25H,152AH,26H,16H,152AH,1AH,16H,15H2AH,1AH,19H,15H2AH,29H,19H,15区间数N/6N/6N/6N/6N/6N/6小区间定时t4,t3,t2,t1,t2,t3,t4
4.2系统资源配置
当系统的分析与设计采用面向对象方法时，并不意味着所使用的编程语言也一定是面向对象的。事实上，这种分析设计方法的具体实现可以使用任何编程语言（如汇编语言或C语言）；但是，在程序设计上要尽可能地使用面向对象的思想，如体现程序结构方面的封装性、消息传递等。这种才会使程序结构清晰，便于应付随着需求变化而产生的不断更新和系统维护。
在实现本系统时，系统最重要的资源是程序存储器和定时器。由于采用了上小节所讨论的数据处理技术，大大压缩了数据空间。在实现时，把6Hz～50Hz频率空间划分成7个大的区段，使每个区间的脉冲周期在900μs左右，区间周期定时使用单片机内部的T2定时器的常数自动重装入方式。由于区间周期与输出频率关系是确定的（T区间=1/Nf频率），片内T0定时器用于区间内小区间t2、t3、t4定时，而t1定时由t1=T区间-2×t2-2×t3-t4计算得到。T1定时器用于监视系统输出的脉冲宽度，当P1口任何一端输出脉冲宽度超过1000μs时，系统通过中断进入故障处理状态。另外，系统还设一WatchDog电路X5045，监视系统程序运行情况。当程序运行异常时，系统通过复位进入到故障处理状态。系统的显示接口通过单片机串行接口实现。
5讨论
由于嵌入式系统的实现工具基本上都是非面向对象的，因此如何使面向对象的分析设计与非面向对象的实现工具之间的衔接就成为了一个值得探讨的问题。另外，嵌入式系统一般都具有不同于大型软件系统的具体要求，如实时性、可靠性、机械尺寸、能耗（如电池供电）要求等，因此在实现系统时还应根据开发者的经验进行特别处理。但是，采用面向对象建模后再实现系统实现的方法，为系统建立了可视化的组织结构和行业结构，实现了用户需求的可视化表示，缩短了系统的开发周期，很好地适应了用户需求的变化。
★ 嵌入式实习总结
★ 课设心得体会
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