嵌入式系统软硬件协调设计环境构造与实现方法

周哲熙

摘要：文章通过讨论嵌入式系统协调设计发展趋势以及市场环境，重点研究嵌入式系统协调设计方法。当前，我国对嵌入式系统理论研究以及实践研究都处于发展的初级阶段，嵌入式系统还没有得到广泛应用，因此，还需要对各个设计环节存在的问题以及功能进行深入分析，在设计过程中，运用协调模拟手段来评估嵌入式系统设计的正确性与精准性，减少工作失误，避免反复设计，以此降低生产成本，实现企业最大的经济效益与社会效益。

关键词：嵌入式系统；协调设计；实现方法；协调模拟

随着科学技术与信息技术的不断完善，计算机技术被广泛应用到各个行业中，为嵌入式系统设计带来巨大变革。大量数据信息不断增加，高效率的生活生产方式，使得嵌入式系统设计变得越来越复杂、多变。传统的嵌入式系统设计无法满足当下社会的发展需求，为了突破与完善传统设计的弊端，提高系统运行的可靠性与安全性，减少开发周期，提高工作效率，人们开始采用软硬件协调设计方法。

1 嵌入式系统总体设计

嵌入式系统比较复杂，包括多方面的软件系统与硬件设施，其中最主要的是专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC），是一种微型处理器，在嵌入式系统运行中发挥着至关重要的作用。与传统嵌入式系统不同，嵌入式协调设计在系统集成之前需要经过准确验证，也就是说嵌入式系统在投入使用前需要经过严格的认证与试验，以保证嵌入式系统设计符合相关功能要求与性能要求。验证方法包括形式化验证与协调模拟，嵌入式系统协调设计过程包括很多环节，比如软硬件设计、协调模拟、设计修正以及综合阶段等。嵌入式系统设计是一项比较复杂、在综合性比较强的工作，在设计实践中，经常会涉及多方面的专业知识与专业技能，对相关工作人员有着极高的技能要求。嵌入式系统在Talent 2000基础之上进行功能扩展，也就是说嵌入式系统并不是一个独立系统，而是对原有系统进行突破创新，不断优化升级[1]。

传统系统功能单一，并不能满足人们多样化需求。嵌入式系统在保持原有系统功能的基础之上，增加了编辑、翻译以及其他综合功能，增加嵌入式软件开发平台，构建完整的嵌入式协调设计环境，从功能与结构上进行全面优化升级。目标系统设计通过软硬件划分之后，形成两个独立的硬件与软件部门，这样硬件与软件在后期设计中独立操作，如图1所示。不像传统设计，一旦任何系统模块出现问题都不会导致整个设计重新进行，节省了设计成本，提高设计的准确度与科学性。软件设计采用嵌入式操作系统，与实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）一起同步运行，处理标准目标代码，形成可以直接运行的指令集合，指令集模拟器主要就是负责翻译。硬件模拟器与指令集模拟器通过审核之后，在进行软硬件综合，最终形成目标系统，如果在这个过程中出现任何问题，都要及时修正设计，保证目标系统的准确性与安全性[2]。

2 硬件模拟器建立

模拟是嵌入式系统设计的关键环节，在一定程度上直接影响着嵌入式系统的安全性与稳定性。在嵌入式系统协调设计过程中，在目标系统投入生产之前，对整个系统设计进行模拟严重，以此保证嵌入式系统设计的准确性，一旦发现任何错误可以及时修正。此外，对整个嵌入式系统设计过程进行实时跟踪与监督，及时发现潜在错误，并采取相应的防范措施，从而保证嵌入式系统整体运行的稳定性与安全性[3]。

现阶段，硬件模拟器可以分为表驱动模拟器与事件驱动模拟器，都是硬件模拟器重要的组成部门，并有各自的优势与弊端[4]。事件驱动模拟器只需要整个系统输入发生变化的元件，根据元件信息进行精准计算、模拟，可以最大限度地保证结果的准确性与真实性，不像传统的设计程序，需要经过复杂的计算流程。事件驱动模拟器通过简单、快捷的计算与模拟方式，大大提高系统运行效率，节省大量人力与物力，在模拟速度上具有绝对优势。而且通过改造的事件驱动模拟器，可以对模拟器之外的信息进行适当的接收与处理，扩展处理范围与对象。

在离散事件驱动模拟器中，会接收与处理大量的信息数据，每个信号的输出与输入都以事件的形式表现出来，更加直观、清晰地展现在工作人员面前，减少工作失误概率，提高系统的准确性与稳定性。根据事件的时间标记，通过模拟调度核心算法，将模拟器内部的大量信息插入到事件队列中去。模拟调度核心算法是离散事件驱动模拟器中经常使用的一种计算方法，调度核心算法会根据事件发生的先后顺序，在某个时间段内，从事件队列中抽取与当前时间发生相同的事件，并且激活该数据相关的元件，对这个事件的元件进行分析与模拟，建立完整的数据模型，如果模拟过程中需要以其他事件发生为前提，也就是说该事件处理需要以其他事件的发生为基础，模拟进程会暂时停止，当前事件会从队列中抽离出去。与此同时，还会发生大量新的事件，调度核心算法接受新的事件，并根据事件发生的先后顺序将其插入到相应的位置中。事件队列会不断地被替换、更新以及删除，整个模拟过程是的不断发展变化的，是一个动态模拟过程[5]。嵌入式系统软件体系结构如图2所示。

3 协调模拟与软硬件同步

在协调模拟汇中，软硬件通信与同步是关键环节，在一定程度上影响着协调模拟的准确性与可靠性，而且还影响着模拟运行的速度，对整个系统运行的稳定性与安全性有着至关重要的影响。软硬件通信与同步机制的选择，一直是我国嵌入式系统设计的瓶颈。为了保证软硬件通信与同步，软件与硬件必须具有严格的时间标尺。采用调度核心算法对事件发生的先后顺序进行调整，以时间为标准建立二维链结构，在模拟过程中会出现大量新的事件，所以，必须具有足够的事件列队空间，以便高效处理元件，减少生产时间，提高工作效率[6]。

4 结语

在信息时代背景下，大规模集成电路集成度与工艺技术不断更新，各种新的技术与新理念被引进来，使得嵌入式系统设计变得越来越复杂。为了克服传统嵌入式系统设计的弊端，紧跟社会发展的脚步，满足人们多样性需求。人们积极探索出一种新型设计方式，软硬件协调设计，对传统系统设计进行优化升级、突破创新，在软硬件综合之前，提供软硬件协调模拟，从功能与结构上嵌入完整的协调设计关键，这是嵌入式系统设计未来发展的方向，也是社会进步与可持续发展的必然趋势。

[参考文献]

[1]王世好，严迎建，刘明业.实时嵌入式系统协调设计的行为验证模型[J].计算机辅助设计与图形学学报，2004（1）：105-108.

[2]严迎建，刘明业.基于ISS和硬件模拟器的协同模拟关键技术研究[J].计算机辅助设计与图形学学报，2004（4）：397-401.

[3]王世好，段志刚，刘明业.嵌入式系统软件模拟及硬件接口设计的快速验证[J].电子与信息学报，2004（10）：1675-1680.

[4]严迎建，王世好，刘明业.嵌入式系统软硬件协同模拟验证环境设计与实现[J].计算机工程，2004（9）：45-47.

[5]周喜明，吴悦杨，洪斌，等.VHDL逻辑级模拟系统中模拟模块的设计和实现[J].微电子学与计算机，2004（3）：106-108.

[6]韩玉鹤，李绍岩.大型商业综合体交通體系构建策略分析——以沈阳某大型商城交通规划为例[J].城市发展研究，2008（S1）：74-77.