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隨著科技的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在我們的生活中得到了廣泛的應(yīng)用。從傳統(tǒng)的家電主控模塊、投影儀、路由器、手機等等，發(fā)展到目前的無人機、智能家居、掃地機器人、智能手表、健康手環(huán)等等。除了生活消費方面，汽車、工業(yè)、醫(yī)療器械甚至智慧城市等都各類嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以現(xiàn)代計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)需求(功能、可靠性、成本、體積、功耗、環(huán)境等)靈活裁剪軟硬件模塊的專用計算機系統(tǒng)。

與嵌入式系統(tǒng)相對應(yīng)的，則是通用計算機系統(tǒng)，如個人電腦、工控機、服務(wù)器等。通用計算機系統(tǒng)不針對特定應(yīng)用需求，而是可以運行各種軟件和程序，具有極高的通用性和擴展性。可以通過下表的對比，來提高對嵌入式系統(tǒng)的理解。

嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方案會隨應(yīng)用領(lǐng)域千差萬別，但其分析和設(shè)計方法也遵循一般原則，許多成熟的分析和設(shè)計方法都可以使用。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的步驟一般可分為需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)集成、測試和維護。

一、需求分析

需求分析階段的主要任務(wù)是：

1.問題的識別和分析

對目標(biāo)應(yīng)用相關(guān)的問題進行抽象識別以產(chǎn)生如下的需求：功能需求、性能需求、環(huán)境需求、可靠性需求、安全需求、用戶界面需求、資源使用需求、軟件成本與開發(fā)進度需求。

2.制定規(guī)格說明文檔

經(jīng)過對問題的識別，產(chǎn)生了系統(tǒng)各方面的需求。通過對規(guī)格的說明，文檔得以清晰、準(zhǔn)確地描述。這些說明文檔包括需求規(guī)格說明書和初級的用戶手冊等。

3.需求評審

需求評審作為系統(tǒng)進入下一階段前最后的需求分析復(fù)查手段，在需求分析的最后階段對各項需求進行評估，以保證需求的質(zhì)量。需求評審的內(nèi)容包括正確性、無歧義性、安全性、可驗證性、一致性、可理解性、可修改性、可追蹤性等多個方面。

二、系統(tǒng)設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計階段，需要解決以下幾個方面的問題：

1.硬件的取舍：在滿足需求和控制成本的約束下，合理選擇處理器、儲存器、外設(shè)等等硬件模塊。

2.系統(tǒng)性能：除提高處理器速度的方法外，綜合多種因素考慮設(shè)計以滿足應(yīng)用對性能的需求。

3.系統(tǒng)功耗：無論是否采用電池供電，系統(tǒng)功耗都是嵌入式系統(tǒng)的敏感問題。需在滿足性能需求的基礎(chǔ)上降低功耗。

4.系統(tǒng)可升級性：系統(tǒng)的硬件平臺可能使用較長時間，或產(chǎn)生不同的型號，系統(tǒng)設(shè)計時，必須考慮通過改變軟件來提供現(xiàn)在未能開發(fā)的功能或性能。

5.系統(tǒng)可靠性：可靠性是嵌入式系統(tǒng)重要的指標(biāo)。

6.測試：嵌入式系統(tǒng)往往難以測試，也不能離開其工作環(huán)境而測試，需要在早期就加以設(shè)計。

解決上述方面的問題后，根據(jù)上一階段的需求分析，設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件架構(gòu)，選擇合適的微處理器、存儲器、外設(shè)、操作系統(tǒng)等，確定系統(tǒng)的模塊劃分和接口定義。

這部分的輸出包括系統(tǒng)設(shè)計的初步說明文檔、設(shè)計方案和設(shè)計描述文檔。這些文檔的確立是使用系統(tǒng)流程圖或其他工具，描述每一種可能的系統(tǒng)組成，估計每一種方案的成本和效益，在充分權(quán)衡各種方案利弊的基礎(chǔ)上，選擇一個較好的方案。

在開始軟硬件具體設(shè)計之前，需要最后確定設(shè)計方案與用戶需求之間的合理性，并對設(shè)計方案的正確性、無歧義性、安全性、可驗證性、可理解性、可修改性等多個方面進行綜合評估，以確定是否進入下一步的實施階段。

三、硬件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計電路原理圖和PCB布局圖，選購電子元器件，制作電路板，進行硬件調(diào)試和測試。

四、軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，編寫軟件需求規(guī)格說明書，確定軟件的功能、流程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，選擇合適的編程語言、開發(fā)工具、編譯器等，編寫軟件代碼，進行軟件調(diào)試和測試。

五、系統(tǒng)集成

將測試完成的軟件系統(tǒng)裝入制作好的硬件系統(tǒng)中，進行系統(tǒng)的綜合測試，驗證系統(tǒng)功能是否能被正確無誤的實現(xiàn)。

六、測試和維護

對系統(tǒng)進行各種場景和條件下的測試，驗證系統(tǒng)的正確性、可靠性、安全性等，記錄并修復(fù)測試中發(fā)現(xiàn)的缺陷，對系統(tǒng)進行必要的更新和優(yōu)化。