1. 前言
- 嵌入式系统设计可以划分为软件设计和硬件设计
- 硬件设计
- 外部驱动(eg: CAN、UART、USB等)
- CPU
- 电源管理
- 开门狗和复位电路
- 外部存储等
- 软件设计
- CPU内核(ARM、PowerPC、X86、MIPS等)
- 操作系统
- 应用程序设计
- 驱动程序设计
- 硬件设计
- 同样也可以划分为应用设计、操作系统和底层设计
- 底层设计
- 硬件设计
- BSP(板级支持包，也就是驱动)
- 操作系统(可有可无)
- 硬实时操作系统
- 软实时操作系统
- 应用设计
- 底层设计
- 虽然，底层设计决定上层建筑的好坏，但是系统真正关键和具有创造性的还是应用的设计，也就是嵌入式系统设计方法的问题
2. 实时嵌入式软件设计方法
嵌入式系统的设计由控制工程和计算机工程两部分组成，控制工程使用反应式系统来描述目标系统，而计算机工程使用实时系统来描述目标系统。反应式系统可以看作是面向状态的实时系统(eg: FSM, PetriNet)。
图：简单描述实时系统设计
st=>start: 需求分析
ed=>end: 需求检验和确认
model=>operation: 需求建模
modelcheck=>condition: 模型是否满足需求？
task=>operation: 根据模型划分任务到实时系统
valid=>condition: 实时系统可调度性、可靠性、
性能分析等,是否可行？
gen=>operation: 代码实现
st->model->modelcheck
modelcheck(no)->model
modelcheck(yes)->task->valid
valid(no)->task
valid(yes)->gen->ed
建模方法有很多，按照特点可以将建模方法分类为以下
表：建模方法分类
| 特征 | 例子 |
|---|---|
| 面向结构 | 框图、原理图，组件之间互连 |
| 面向状态 | 由外部事件触发状态迁移，例如：FSM，PetriNet |
| 面向活动/操作 | 数据流图、控制流图、流程图 |
| 面向数据/对象 | ER图、Jackson图 |
| 异构图 | 基于同一数据结构，表达系统的多种视图，eg:控制数据流图，同步数据流 |
实时系统分析设计方法
- 结构化方法
- DARTS
- 面向对象的方法
- UML
- 基于组件的方法
结构化分析方法
- JSD(Jackscn System Development)
- SCR(Software Cost Reduction)
- RTSAD(Real-Time Structured Analysis and Design)
- DARTS(Design Approach for Real-Time Systems)
- ADARTS：支持基于Ada的设计
- CODARTS(Concurrent DARTS)
- COMET/RTE
3. 工具
- 状态机
- Simulink
- Polis+Ptolemy
- UPPAAL
- VisualSTATE
- 模型检验(时态逻辑：LTL, CTL, RTL)
- 时态逻辑模型检验工具：SMV/NuSMV、SPIN 、UPPAAL
- 行为一致性检验工具：FDR、Cospan/Formal Checker
- 复合检验工具：HSIS、METAFrame
- AADL语言 eg: OSATE+Cheddar
- 同步语言
- Esterel
- Signal and Lustre
- 异步语言
- Ada
- PEARL
- EA设计工具
- TimeWiz
- 可调度性分析工具
- TimeWiz
- Cheddar
- WECT分析工具
- 实时操作系统
- uC/OS-II
- uC/OS-III
- FreeRTOS
- Embeded Linux
- VxWorks
- RTX(Keil)
4. 资料
- 《嵌入式系统设计·嵌入式CPS系统基础》，Peter Marwedel
- Real-Time Systems: Design Principles for Distributed Embedded Applications，2nd Edition，Hermann Kopetz
- Real-Time Software Design for Embedded Systems，Hassan Gomaa
- 《ARM Cortex-M3权威指南》，Joseph Yiu，姚文详
- 《嵌入式实时操作系统μC/OS-II》，Jean J. Labrosse
- Hard Real-Time Computing Systems: Predictable Scheduling Algorithms and Applications，Giorgio C Buttazzo
- Multiprocessor Scheduling for Real-Time Systems，Giorgio C Buttazzo
- 《实时系统》，Jane W.S.Liu(張韻詩，美)
- A Practitioner’s Handbook for Real-Time Analysis: Guide to Rate Monotonic Analysis for Real-Time Systems，1993
- 《嵌入式实时系统：调度、分析与验证》，Albert M.K. Cheng
- Model-Based Engineering with AADL，Peter H. Feiler
- Modeling and Analysis of Real-Time and Embedded Systems with UML and MARTE: Developing Cyber-Physical Systems，Bran Selic
- http://staff.ustc.edu.cn/~llxx/embedded/