嵌入式應用設計模式
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二、硬件設計
單片機，即一個(gè)芯片就是一個(gè)計算機，代表著(zhù)計算機小型化的理想。隨著(zhù)超大規模高速集成電路 VHSIC（VeryHighSpeedIntegratedCircuit）的發(fā)展，專(zhuān)用集成電路 ASIC（ApplicationSpecialIntegratedCircuit）設計已使片上系統 SOC（SystemOnaChip）的設計與制造正在或已經(jīng)成為現實(shí)。單片機和SOC是硬件設計高度集成化的產(chǎn)物。高度集成可以增加系統的可靠性、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(gè)月增長(cháng)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芯片的設計速度。其中最重要的是盡可能重復運用已有的設計成果，采用具有知識產(chǎn)權的功能單元塊，即IP核（IntelligencePropertyCore）。因此，必須重視IP核的開(kāi)發(fā)和重用。在設計方法上運用電子設計自動(dòng)化（EDA）工具，使用 VHDL和Verilog硬件描述語(yǔ)言HDL（HardwareDescriptionLanguage）進(jìn)行硬件的設計。VHDL支持行為級描述，并有IEEE87和IEEE93標準，設計效率明顯高于Verilog，更加受歡迎。從集成電路的觀(guān)點(diǎn)看，單片機是IP核，常用接口芯片 8255、8250、8279等也有類(lèi)似功能的IP核。8051單片機得到Philips、Atmel等眾多廠(chǎng)商的支持也得益于其IP核的互換和轉讓。內含CPU的可編程邏輯器件已列入集成電路生產(chǎn)廠(chǎng)家的生產(chǎn)計劃。模數混合的集成電路還存在設計制造難度。目前，嵌入式應用硬件設計采用滿(mǎn)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（復雜可編程邏輯器件/現場(chǎng)可編程邏輯器件）發(fā)展，集成度越來(lái)越高。Lattice、Altera、Xilinx、AMD等公司提供可編程邏輯器件和EDA設計工具，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(guò)在系統編程ISP（InSystemProgramming）或稱(chēng)在線(xiàn)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，即可修改系統中PLD部分的設計，實(shí)現硬件設計的軟化。系統定制電路部分的設計已從ASIC集成電路設計的殿堂變成電子工程師的必備知識。集成電路的設計和電子電路的設計在融合。當然，單片機外接的簡(jiǎn)單邏輯也可采用邏輯表達式和 ABEL語(yǔ)言設計GAL芯片或PSD器件實(shí)現。PSD器件上含有PLD、FLASH、EEPROM、RAM等，是單片機較理想的外接芯片?，F內置 FLASH的單片機也有帶JTAG或類(lèi)似接口的產(chǎn)品，支持在線(xiàn)程序下載，生產(chǎn)廠(chǎng)家有TI、Atmel、Microchip等。只須簡(jiǎn)單的下載開(kāi)發(fā)工具，大大方便了程序的開(kāi)發(fā)和現場(chǎng)的修改。在線(xiàn)修改是電子設計的革命，是發(fā)展方向。硬件電路設計采用VHDL語(yǔ)言是發(fā)展趨勢。VHDL語(yǔ)言是電子工程師的必備知識，VHDL語(yǔ)言比C語(yǔ)言還容易掌握。
國內出版的VHDL書(shū)有：西安電子科技大學(xué)出版社的《VHDL硬件描述語(yǔ)言與數字邏輯電路設計》（修訂版）、電子科技大學(xué)出版社的《VHDL實(shí)用教程》和清華大學(xué)出版社的《VHDL簡(jiǎn)明教程》及《VHDL語(yǔ)言100例詳解》等。
三、平臺模式
隨著(zhù)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(lèi)社會(huì )正逐步進(jìn)入后PC時(shí)代，嵌入式應用是當今計算機發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。嵌入式應用的從業(yè)人員來(lái)自各行各業(yè)，技術(shù)背景參差不齊，很多還是非電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)。應用的設計帶有很大的自主性、隨意性。低水平重復勞動(dòng)是制約產(chǎn)品設計水平的關(guān)鍵因素。20年來(lái)嵌入式應用的發(fā)展，國內業(yè)界已成一定氣候，嵌入式應用設計亟待從隨意性設計轉入平臺開(kāi)發(fā)模式。
平臺開(kāi)發(fā)模式，即在一個(gè)設計集團中，實(shí)行嚴格的標準化、系列化、規范化設計，將某一類(lèi)產(chǎn)品領(lǐng)域的基本硬件結構及基本軟件形成產(chǎn)品的“統一機芯”，即基礎平臺，并將基礎平臺相關(guān)的周邊擴展電路及應用軟件進(jìn)行優(yōu)化、篩選，形成基礎平臺的平臺庫資源。在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，利用基礎平臺，并選擇平臺庫中的相關(guān)資源進(jìn)行。
嵌入式應用設計亟待發(fā)展軟/硬IP產(chǎn)業(yè)，完善軟/硬IP功能庫。專(zhuān)家庫函數是廣義的軟IP，網(wǎng)絡(luò )應用使用的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(lèi)似功能的硬IP，軟件庫函數可包含它們的驅動(dòng)程序。鍵盤(pán)可規范成8鍵、4×4鍵、8×8鍵設計，LED顯示可規范成8個(gè)或16個(gè)數碼管。顯示和鍵盤(pán)掃描可編成標準程序。嵌入式應用的從業(yè)人員可互相借鑒交流 IP，建設自己的開(kāi)發(fā)平臺。
基于平臺觀(guān)念的設計工具有我國東大阿爾派公司的NEST2000通用型嵌入式系統設計平臺和美國I- Logix公司的基于UML的面向嵌入式應用的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境——Rhapsody。NEST2000面向信息終端類(lèi)產(chǎn)品設計，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(yǔ)音、鍵盤(pán)、紅外調制解調器、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(hù)接口（GUI）、嵌入式數據庫系統以及JAVA平臺等。硬件模塊可以方便地根據用戶(hù)的需求進(jìn)行選擇使用，軟件平臺提供它們的驅動(dòng)程序，在RTOS之上提供給用戶(hù)應用程序接口（API），可以最快速度地完成產(chǎn)品應用軟件的開(kāi)發(fā)。Phapsody采用迭代增量式軟件開(kāi)發(fā)方法，支持可視化建模，支持基于模型調試。更令人驚訝的是，改變模型，代碼隨之改變，并可自動(dòng)生成可讀性好，可直接使用的C、C++、 JAVA語(yǔ)言代碼。隨著(zhù)平臺觀(guān)念逐步深入人心，愿嵌入式應用的設計人員都能建設平臺、使用平臺，借鑒前人的設計開(kāi)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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