嵌入式系统加快设计流程的开发方案

在日益信息化的现代社会中，计算机和网络的应用已经全面渗透到日常生活中，各种应用嵌入式系统的电子产品也随处可见，计算机的应用经过桌面PC系统的空前之后，嵌入式系统的应用正风起云涌，广泛进入到工业、军事、通信、环保、电力、铁路、金融等众多领域。作为两大类型计算机之一的专用计算机系统、即嵌入式系统在应用数量上已经远远超过传统的通用计算机系统，嵌入式微控制器威廉希尔官方网站 的出现给现代工业控制领域带来了一次新的威廉希尔官方网站 革命。
　　嵌入式微控制器组成的系统可嵌入到任何需要控制的设备中，并且在工控领域的应用已经越来越广泛。嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）、板级（单板、模块）、芯片级（MCU、SoC）。当前使用的单片机与工控机是一种典型的嵌入式系统应用。随着Internet的飞速发展，对各种工控设备的网络功能要求也越来越高。大量的智能设备将通过网络相互传递信息和数据，实现智能化现场设备的功能自治性、系统结构的高度分散性以及监管控一体化。
　　在嵌入式系统的市场竞争愈加激烈的今天，如何快速地将符合需求的产品投入市场并在竞争中保持一席之地？成为众多嵌入式研发制造企业所面临的共同课题。
　　所以必须通过加快设计流程来提高设计质量，而目前大多企业普遍采取的解决方案是利用现成的商业化平台。嵌入式设备在开发过程中，除了必须考虑它的处理器架构、操作系统性能、以及其他组件之外，开发人员还必须了解一些例如：系统的哪些部分需要设计、哪些部分需要购买现成设备等等。
　　一般自行设计的方案，它的优势是可以全面地自定义最终的解决方案并优化成本，但是任何设计规格的更改或疏忽都会使成本高昂，且周期漫长。相反，使用商业现成的平台将增加产品的销售成本，或者可能会浪费一些不必要的成本，但是通常来说，现成的系统提供了更快的验证周期，因而也就具有更为快捷的设计流程，从而在更短的上市时间内保证设计的质量。
　　下文我们就将用于开发嵌入式系统的两种方案----自行设计或使用现成平台进行对比阐述，并且讨论与这两种方案相关的威廉希尔官方网站 和经济风险。
　　方案一：自行设计
　　开发之前，需要为系统的核心控制部分选择一种处理器威廉希尔官方网站 ，目前研祥采用以下五种威廉希尔官方网站 ：
　　1. 微控制器-微控制器的成本极为低廉，并且通常在单一的芯片上提供了集成的解决方案，且包括I/O外围设备。它们通常带有极小的片上存储容量，而且难以用于复杂性高和需要扩展的场合。此外，其时钟速率通常是10MHz的数量级，因此一般不能实现高性能的控制循环。
　　2. 嵌入式处理器-和微控制器相比，嵌入式处理器的时钟速率更高且通常具有外部存储接口，因而性能和扩展性并不成问题。但是应用程序需要进行复杂的驱动开发，因为嵌入式处理器通常并不带有片上interwetten与威廉的赔率体系 外围设备。此外，随着芯片封装威廉希尔官方网站 的发展，嵌入式处理器通常采用高密度的封装威廉希尔官方网站 ，例如球栅阵列封装（ball-grid array，即BGA），这将导致较复杂的制造流程，增添了更为困难的硬件调试工作。
　　3. 数字信号处理器（DSP）-DSP是一种专用的微处理器，它提供额外的指令以优化特定的数学函数，例如乘法和累加操作。DSP对于计算繁重的应用场合来说是极为有用的，但是通常需要专业的知识来利用它的软件性能。
　　4. 专用集成电路（ASIC）-ASIC芯片是专为某个特定的应用而设计的，不具有通用性。对于解决诸如功耗和产品成本等问题，ASIC被广泛认为是一种极好的方案。但是，极为昂贵的ASIC开发和制造流程通常让人望而却步，一般仅限于具有极大产量的产品。
　　5. 现场可编程门阵列（FPGA）-FPGA在自定义的ASIC设计和现成的威廉希尔官方网站 之间提供了极好的平衡。它们具有高度的专有化性能，同时可以通过编程重新配置逻辑模块，因而其开发成本与ASIC相比要低得多。虽然FPGA可以被应用于各种场合，但是一般来说复杂的FPGA设计并不常见，因为对于大部分习惯于使用C语言进行顺序编程的嵌入式软件开发者来说，VHDL编程格式显得十分陌生。
　　在许多情况下，单一的处理器威廉希尔官方网站 并不足以解决应用的需求，因此，混合式架构逐渐成为发展的方向。如图1所示，嵌入式处理器用于进行系统管理、用户界面和数据分析，而DSP负责与I/O模块和对数据进行初步处理等任务。这种混合式架构在嵌入式系统设计中变得十分普遍。
　　
　　图1：嵌入式处理器用于进行系统管理、用户界面和数据分析，而DSP或FPGA负责与I/O模块和对数据进行初步处理等任务
　　在确定了使用何种处理器威廉希尔官方网站 之后，设计人员还需要完成I/O电路的开发。如果嵌入式系统中存在任何的模拟信号，那么就需要使用模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）、以及相应的软件驱动。模拟电路的设计同样会遇到很多复杂的问题，限于篇幅本文不再赘述。