基于集成软硬件平台的设计方法加速嵌入式系统开发

孙沛

摘 要：针对单片机、机器人等应用对编程技能的需求，正在开发软硬件结合的平台;使用图形化编程环境，以电子元件和模块为硬件，从想法萌芽到软件设计和电路模块立即实现想法。接头与结构装配的物理设计效果;电子应用能力提升。

关键词：软硬件平台;嵌入式;开发

引言

当今社会正处于技术快速普及的时代。在过去的几十年里，计算机已经从少数人才负担得起的昂贵研究设备变成了无处不在的个人助手。GPS也从军事技术演变为几乎所有移动电子设备中都存在的组件，从定位导弹的方法到搜索周围咖啡馆的方法。嵌入式系统设计也变得越来越流行。为了理解这种转变，有必要研究典型的设计团队结构以及团队如何根据市场需求和系统设计技术发展而变化。传统的嵌入式系统设计团队由硬件工程师、软件工程师和机械工程师在一名或多名应用领域专家的指导下组成。这些领域的专家根据他们对特定领域（如医疗、石油勘探或设备监控）的深入了解来指导设计团队。每个设计的成功在很大程度上取决于领域专家是否能够将他们的想法准确地传达给具有使用标准嵌入式工具链技能的工程师团队。

由于领域专家通常缺乏使用复杂嵌入式系统构建工具的经验，这些工具成为专家将其专业知识转化为最终产品的障碍——减少快速迭代的次数，这对于优化设计和缩短上市时间至关重要。更重要的是，在过去，许多领域的专家都缺乏有效的执行团队来首先将他们的想法转化为设计。此外，复杂多样的嵌入式工具链需要庞大的执行专家团队，这也提高了开发新型嵌入式系统的门槛。

许多领先的设计团队现在都意识到将领域专家置于设计过程的最前沿，将大型专业团队划分为多个小型灵活团队的重要性，以便他们可以更加专注于将专业领域知识转化为创新实践。

1图形化语言编程

众所周知，计算机只能识别布尔量T或F，在数字表示中为1或0。所谓计算机语言就是代表程序的特定的1或0序列。但是人们通常无法理解这些序列并记住导致头痛的原因。程序是机器识别的语言所描述的现实世界，空间分析是程序代码所代表的计算机应用。由于两者对应的问题和表达方式不同，程序开发变得复杂。工程中的图形设计分析方法，如流程图、框图、表格、文本等，没有语法和语义定义，是非正式的方法。很难用准确的语法和语义定义来匹配编程语言。主要原因是编程语言只有“一维”属性，由一系列字符组成;而平面设计分析具有“二维”属性。基本上有两种方法可以解决这个问题。一是将平面设计分析转化为线性表示，使设计方法形式化;二是赋予编程语言“二维”属性，从而更容易匹配设计结果。事实上，图形编程语言都采用了这种编程方式。图形程序代码包含符号和线条。符号对应于文本语言中的代码。代码之间的相互传输由线路终止。图形化编程就像由符号和线条组成的流程图或网络图，而不是顺序命令文件，因此具有二维功能。图形编程软件具有可视化界面和封装的可视化控件。流程图或网络图描述了系统的运行过程，各部分在运行过程中执行一定的操作;流程图中的符号可以设置参数或变量值，动态改变程序的结构和操作顺序。寻找非常适合自己理解和观察的图形代码是设计师的习惯。这些图形代码本身意味着需要计算机知识或特定编程语言语法的概念。这降低了程序设计的复杂度，提高了程序设计的效率。换句话说，图形代码由计算机软件进行处理以进行控制和管理，这对于非计算机专家来说非常重要。图形可以被视为可以直接表达某些事物的图像。同时，更容易记忆和理解，因为图片的特征更加生动形象。用户可以自由添加不同类型的程序模块和图标，给它们命名参数，实现信息的传递，这也是对象编程（OOP）的核心思想之一。使用符号而不是代码，所有程序员需要做的就是在需要时调用符号并连接。可以实现编程。整个过程就像把设计思路写在纸上，画框图一样，直观、简单、有趣，你可以马上把你的创意变成现实。

2图形化编程原理

目前最常用的编程范式仍然是冯诺依曼机的运行机制，纯数据流的动态模型主要用于图形语言编程。由于图形程序的二维特性，在程序执行时，只有模块的入口数据全部到达时才执行模块，不能很好地与事件驱动操作系统协调。因此，系统的响应速度和运行效率不高。LinkBoy图形化编程平台是一个协同调度内核，一个面向对象的事件触发模型，一个由软硬件集成环境的电子元件组成的积木模块。它使用定义的函数库和图形语法来完成产品项目的调试和运行。与其他编程语言不同，平台中的程序不是从“main（”开始的。用户编程的过程是编写每个事件的响应代码，每个事件由系统后台自动检测和触发，如作为红外接收器，用家用彩电遥控器按对着它的按钮会触发“红外接收事件”;当有人按下开关时，会触发“打开事件”等。有专门的嵌入式操作系统在后台，不仅执行各个组件的底层驱动，还会分发各个组件触发的事件，用户只需要完成事件处理代码即可。

3行业案例

将创新医疗器械推向市场的一个转型案例是KCBioMedix，这是一家致力于解决早产儿常见喂养问题的医疗器械公司。KCBioMedix开发了一款名为NTrainerSystem的产品，它实际上是一种电脑控制的奶嘴，可以帮助医生评估宝宝的喂养能力，帮助宝宝学习吸吮。一开始，公司成立了一个小团队，初步计划将设计的商业化外包。但为了降低成本、缩短开发时间，并直接应用成员丰富的神经科学和节律刺激疗法知识，团队成员决定自己完成设计。通过采用基于平台的软硬件方法，减少底层开发，KCBioMedix实现了更快的设计迭代，让领域专家更直接地参与进来。最终，开发时间从预期的4个月缩短到仅4周，成本也比预期减少了25万美元。

4可重新配置的现成硬件

集成硬件和软件平台的第一个重要部分是可重新配置的现成硬件。通过采用基于平台的方法，嵌入式系统设计人员可以专注于算法设计、原型设计和快速部署，而无需自行开发复杂的硬件和软件。

5可互换的I/O和生态系统

集成软件和硬件平台的另一个基本组件是可互换的I/0。集成可互换I/O的平台不仅提供了灵活性和可重用性，使同一块计算板可以用于具有不同I/O集的多种设计，同时还可以创建一个由以下部分组成的系统COTS和定制1/O。生态系统的组成。这

这些生态系统对于嵌入式平台的功能扩展非常重要，让该领域的专家无需定制设计即可使用各种I/O、工业总线等信号和设备。

6结论

集成软硬件平台的第三个核心组件是高级系统设计软件。这些工具可以在开发過程中对系统架构和I/O进行抽象，从而提高生产效率并减少系统设计人员管理组件之间的通信、操作系统调用、系统时序和I/O等底层实现细节的需要解释。此外，高级设计软件的抽象有助于简明地描述功能行为，并在硬件或通信接口发生变化时促进代码重用。在开发基于异构架构的嵌入式系统时，高级系统设计工具可以抽象出单个计算元素（如FPGA）的架构，并提供一个领域专家可以使用的统一编程模型，以便他们可以使用不同元素的功能.最终，这些工具和基于平台的方法可以极大地简化设计过程，并使领域专家能够更好地将想法变为现实。

参考文献

[1]基于集成软硬件平台的设计方法加速嵌入式系统开发[J].《电子测量技术》，2013：125-126.

[2]唐鸿彬，蒋川湘，徐方云.基于嵌入式系统软硬件联合设计方法[J].电子技术与软件工程，2018：199.

[3]管毅.基于ARM嵌入式软硬件系统设计[J].信息与电脑（理论版），2015：20-21.