嵌入式應(yīng)用設(shè)計模式
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二、硬件設(shè)計
單片機，即一個芯片就是一個計算機，代表著計算機小型化的理想。隨著超大規(guī)模高速集成電路 VHSIC（VeryHighSpeedIntegratedCircuit）的發(fā)展，專用集成電路 ASIC（ApplicationSpecialIntegratedCircuit）設(shè)計已使片上系統(tǒng) SOC（SystemOnaChip）的設(shè)計與制造正在或已經(jīng)成為現(xiàn)實。單片機和SOC是硬件設(shè)計高度集成化的產(chǎn)物。高度集成可以增加系統(tǒng)的可靠性、縮小體積并降低成本。集成電路產(chǎn)品的集成度，目前仍然保持每18個月增長一倍的發(fā)展速度（摩爾定律），而產(chǎn)品的生命周期卻日趨縮短，因此，迫切要求提高ASIC芯片的設(shè)計速度。其中最重要的是盡可能重復(fù)運用已有的設(shè)計成果，采用具有知識產(chǎn)權(quán)的功能單元塊，即IP核（IntelligencePropertyCore）。因此，必須重視IP核的開發(fā)和重用。在設(shè)計方法上運用電子設(shè)計自動化（EDA）工具，使用 VHDL和Verilog硬件描述語言HDL（HardwareDescriptionLanguage）進(jìn)行硬件的設(shè)計。VHDL支持行為級描述，并有IEEE87和IEEE93標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計效率明顯高于Verilog，更加受歡迎。從集成電路的觀點看，單片機是IP核，常用接口芯片 8255、8250、8279等也有類似功能的IP核。8051單片機得到Philips、Atmel等眾多廠商的支持也得益于其IP核的互換和轉(zhuǎn)讓。內(nèi)含CPU的可編程邏輯器件已列入集成電路生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)計劃。模數(shù)混合的集成電路還存在設(shè)計制造難度。目前，嵌入式應(yīng)用硬件設(shè)計采用滿足要求的單片機是理想的選擇，采用CPU+PLD+AD/DA模式是明智的選擇?？删幊踢壿嬈骷陌l(fā)展經(jīng)歷了由GAL/PAL、EPLD向CPLD/FPGA（復(fù)雜可編程邏輯器件/現(xiàn)場可編程邏輯器件）發(fā)展，集成度越來越高。Lattice、Altera、Xilinx、AMD等公司提供可編程邏輯器件和EDA設(shè)計工具，支持HDL文本輸入和原理圖輸入，配備編輯、編譯、仿真、綜合、芯片編程等功能。通過在系統(tǒng)編程ISP（InSystemProgramming）或稱在線下載，利用微機并口配有的下載電纜和可編程器件的JTAG接口相連，即可修改系統(tǒng)中PLD部分的設(shè)計，實現(xiàn)硬件設(shè)計的軟化。系統(tǒng)定制電路部分的設(shè)計已從ASIC集成電路設(shè)計的殿堂變成電子工程師的必備知識。集成電路的設(shè)計和電子電路的設(shè)計在融合。當(dāng)然，單片機外接的簡單邏輯也可采用邏輯表達(dá)式和 ABEL語言設(shè)計GAL芯片或PSD器件實現(xiàn)。PSD器件上含有PLD、FLASH、EEPROM、RAM等，是單片機較理想的外接芯片。現(xiàn)內(nèi)置 FLASH的單片機也有帶JTAG或類似接口的產(chǎn)品，支持在線程序下載，生產(chǎn)廠家有TI、Atmel、Microchip等。只須簡單的下載開發(fā)工具，大大方便了程序的開發(fā)和現(xiàn)場的修改。在線修改是電子設(shè)計的革命，是發(fā)展方向。硬件電路設(shè)計采用VHDL語言是發(fā)展趨勢。VHDL語言是電子工程師的必備知識，VHDL語言比C語言還容易掌握。
國內(nèi)出版的VHDL書有：西安電子科技大學(xué)出版社的《VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計》（修訂版）、電子科技大學(xué)出版社的《VHDL實用教程》和清華大學(xué)出版社的《VHDL簡明教程》及《VHDL語言100例詳解》等。
三、平臺模式
隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，人類社會正逐步進(jìn)入后PC時代，嵌入式應(yīng)用是當(dāng)今計算機發(fā)展的一個熱點。嵌入式應(yīng)用的從業(yè)人員來自各行各業(yè)，技術(shù)背景參差不齊，很多還是非電子類專業(yè)。應(yīng)用的設(shè)計帶有很大的自主性、隨意性。低水平重復(fù)勞動是制約產(chǎn)品設(shè)計水平的關(guān)鍵因素。20年來嵌入式應(yīng)用的發(fā)展，國內(nèi)業(yè)界已成一定氣候，嵌入式應(yīng)用設(shè)計亟待從隨意性設(shè)計轉(zhuǎn)入平臺開發(fā)模式。
平臺開發(fā)模式，即在一個設(shè)計集團(tuán)中，實行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)范化設(shè)計，將某一類產(chǎn)品領(lǐng)域的基本硬件結(jié)構(gòu)及基本軟件形成產(chǎn)品的“統(tǒng)一機芯”，即基礎(chǔ)平臺，并將基礎(chǔ)平臺相關(guān)的周邊擴(kuò)展電路及應(yīng)用軟件進(jìn)行優(yōu)化、篩選，形成基礎(chǔ)平臺的平臺庫資源。在開發(fā)新產(chǎn)品時，利用基礎(chǔ)平臺，并選擇平臺庫中的相關(guān)資源進(jìn)行。
嵌入式應(yīng)用設(shè)計亟待發(fā)展軟/硬IP產(chǎn)業(yè)，完善軟/硬IP功能庫。專家?guī)旌瘮?shù)是廣義的軟IP，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用使用的TCP/IP協(xié)議軟件是典型的軟IP。在平臺方式下，基礎(chǔ)軟硬件工作可解決在平臺之中。常用的外圍接口芯片8255、8250、8279等都可以做成類似功能的硬IP，軟件庫函數(shù)可包含它們的驅(qū)動程序。鍵盤可規(guī)范成8鍵、4×4鍵、8×8鍵設(shè)計，LED顯示可規(guī)范成8個或16個數(shù)碼管。顯示和鍵盤掃描可編成標(biāo)準(zhǔn)程序。嵌入式應(yīng)用的從業(yè)人員可互相借鑒交流 IP，建設(shè)自己的開發(fā)平臺。
基于平臺觀念的設(shè)計工具有我國東大阿爾派公司的NEST2000通用型嵌入式系統(tǒng)設(shè)計平臺和美國I- Logix公司的基于UML的面向嵌入式應(yīng)用的軟件開發(fā)環(huán)境——Rhapsody。NEST2000面向信息終端類產(chǎn)品設(shè)計，采用32位微處理器作為核心，支持FLASH、DRAM、SRAM等存儲器，具有LCD顯示、觸摸屏、語音、鍵盤、紅外調(diào)制解調(diào)器、條形碼閱讀器、IC卡等多種外圍接口模塊，其支撐軟件包括RTOS、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TCP/IP）、圖形用戶接口（GUI）、嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及JAVA平臺等。硬件模塊可以方便地根據(jù)用戶的需求進(jìn)行選擇使用，軟件平臺提供它們的驅(qū)動程序，在RTOS之上提供給用戶應(yīng)用程序接口（API），可以最快速度地完成產(chǎn)品應(yīng)用軟件的開發(fā)。Phapsody采用迭代增量式軟件開發(fā)方法，支持可視化建模，支持基于模型調(diào)試。更令人驚訝的是，改變模型，代碼隨之改變，并可自動生成可讀性好，可直接使用的C、C++、 JAVA語言代碼。隨著平臺觀念逐步深入人心，愿嵌入式應(yīng)用的設(shè)計人員都能建設(shè)平臺、使用平臺，借鑒前人的設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗，利用自己的技術(shù)儲備，以最快的速度推出新產(chǎn)品。
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