本文將描述嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵特征，然后討論如何在所選擇或所開發(fā)的硬件和軟件構(gòu)件的基礎(chǔ)上開發(fā)一個(gè)高效的嵌入式系統(tǒng)方案，并介紹開發(fā)這些系統(tǒng)所需的獨(dú)特關(guān)鍵處理技術(shù)。

許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)師將執(zhí)行軟/硬件協(xié)同設(shè)計(jì)周期，即同時(shí)開發(fā)硬件和軟件。理解硬件與軟件功能之間的關(guān)系以及對(duì)兩者進(jìn)行劃分有助于確保完全和正確地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求。

在定義和分析需求的初期階段，系統(tǒng)開發(fā)者需要與設(shè)計(jì)工程師緊密合作，將要求實(shí)現(xiàn)的功能分配給硬件或軟件。這是根據(jù)早期系統(tǒng)仿真、建立原型和行為建模的結(jié)果，再加上對(duì)前面提及的多種因素的折衷以及過去的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行分配的。一旦完成這種分配，就將開始詳細(xì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。當(dāng)同時(shí)進(jìn)行硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，各種不同的分析技術(shù)將被應(yīng)用到實(shí)時(shí)系統(tǒng)的開發(fā)過程中，它們包括：硬件和軟件仿真、硬件/軟件協(xié)同仿真、可規(guī)劃性建模(如速率單調(diào)性分析)、建立原型和增量開發(fā)。

能夠用于各種不同抽象級(jí)的仿真技術(shù)可以對(duì)性能做出早期評(píng)估。低抽象級(jí)的仿真能夠用于對(duì)總線帶寬和數(shù)據(jù)流建模，而且它們對(duì)評(píng)估性能也非常有用。高抽象級(jí)的仿真能解決功能交互問題，并研究硬件/軟件的折衷方案和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性。運(yùn)用仿真方法，復(fù)雜的系統(tǒng)能夠被抽象為基礎(chǔ)的元件和行為。仿真能幫助解決功能方面的問題(數(shù)據(jù)和算法)、行為方面的問題(處理的先后順序)或性能方面的問題(資源利用率、吞吐量和時(shí)序)。

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)化十分重要。因?yàn)檫@些系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于解決相對(duì)較窄范圍的問題，所以硬件和軟件經(jīng)優(yōu)化后只要能執(zhí)行好單個(gè)應(yīng)用就行。目標(biāo)是在硬件與軟件達(dá)到最佳平衡的條件下來設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這個(gè)階段的主要影響因素包括處理器的選擇、如何在硬件與軟件之間分割應(yīng)用以及整個(gè)系統(tǒng)的集成。

在為嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)選擇處理器時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：

1．性能：處理器必須具備足夠的性能來處理任務(wù)，并能支持產(chǎn)品的生命周期。

2．實(shí)現(xiàn)：根據(jù)具體的應(yīng)用，需要的處理器可能是高度集成的產(chǎn)品，甚至于符合軍用規(guī)范。對(duì)于一個(gè)DSP應(yīng)用，它可以在幾種方案中進(jìn)行選擇。一種選擇是ASIC。這種器件能被用作DSP協(xié)處理器，但對(duì)許多通用信號(hào)處理應(yīng)用而言，它不是非常靈活。另一種選擇是RISC處理器。這種器件具有極快的時(shí)鐘速度，但可能不具備可伸縮性，而且可能還存在其它實(shí)時(shí)問題。FPGA是一種快速器件，能非常迅速和高效地執(zhí)行某些DSP功能，但與DSP相比，它們?nèi)院茈y開發(fā)。

在DSP中，一個(gè)簡(jiǎn)單的程序就能完成這些相同的功能。如果應(yīng)用是宿主信號(hào)處理應(yīng)用，那么選擇一款功能更強(qiáng)大、功耗更高的通用處理器可能沒有問題。如果信號(hào)處理應(yīng)用要求能快速升級(jí)，那么像DSP這樣的可編程器件將比定制的硬件解決方案更有吸引力。

3．工具支持：支持軟件創(chuàng)建、調(diào)試、系統(tǒng)集成、代碼調(diào)整和優(yōu)化的工具對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目的成功非常重要。

4．操作系統(tǒng)支持：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)雜性要求采用有益的抽象來降低復(fù)雜度。針對(duì)所選處理器優(yōu)化的商用操作系統(tǒng)能夠縮短應(yīng)用開發(fā)周期和產(chǎn)品上市時(shí)間。

5．過去的經(jīng)驗(yàn)：以前使用所選處理器或處理器系列的經(jīng)驗(yàn)可以減少學(xué)習(xí)新處理器、工具和技巧所需的時(shí)間。