基于π网的嵌入式系统软硬件划分方法
嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全
嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全本文主要介绍嵌入式系统的基础知识，涉及嵌入式软件和硬件的方方面面，希望对各位有帮助。
嵌入式系统基础1、嵌入式系统的定义（1）定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
（2）嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。
（3）知识产权核（IP核）：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。
（4）IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。
2、嵌入式系统的组成嵌入式系统包含:硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
嵌入式核心模块＝微处理器＋电源电路＋时钟电路＋存储器Cache: 位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。
（1）硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
（2）中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP)。
它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。
BSP具有硬件相关性和操作系统相关性。
设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、 嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。
片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。
板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。
系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。
B、 设计硬件相关的设备驱动。
（3）系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。
嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发
嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到了各种设备中，如家用电器、汽车、医疗设备等。
嵌入式系统既包括硬件部分也包括软件部分，是一门综合性的学科。
本文将介绍嵌入式系统的基础知识，包括嵌入式硬件和软件开发。
一、嵌入式硬件嵌入式硬件是嵌入式系统中的物理部分，它包括处理器、内存、输入输出设备、外围接口等。
下面将逐一介绍这些硬件组成部分。
1. 处理器：嵌入式系统中的处理器通常是一款低功耗、高性能的芯片，如ARM架构的处理器等。
处理器是嵌入式系统的核心，负责执行指令和控制其他硬件设备的工作。
2. 内存：嵌入式系统的内存通常包括RAM和ROM两种。
RAM是用来存储程序和数据的临时存储器，而ROM则是用来存储固化的程序和数据的只读存储器。
3. 输入输出设备：嵌入式系统的输入输出设备可以是触摸屏、键盘、麦克风、摄像头等。
这些设备可以让用户与嵌入式系统进行交互，并获取用户输入的信息。
4. 外围接口：嵌入式系统通过外围接口与外部设备进行通信，如串口、SPI接口、I2C接口等。
外围接口可以连接传感器、执行器等外部设备，实现各种功能。
二、嵌入式软件开发嵌入式软件开发是指在嵌入式硬件上运行的程序的开发过程。
嵌入式软件通常是实时系统，要求对响应时间有很高的要求。
下面将介绍嵌入式软件开发的基本流程以及常用的开发工具。
1. 基本流程：嵌入式软件开发的基本流程包括需求分析、系统设计、编码、调试和测试等步骤。
需求分析是确定系统功能和性能要求的过程，系统设计是根据需求设计软件架构和模块划分，编码是将设计的模块实现成具体的代码，调试和测试是验证软件的正确性和性能是否满足要求。
2. 开发工具：常用的嵌入式软件开发工具有编译器、调试器和仿真器等。
编译器用来编译源代码生成可执行文件，调试器用来调试程序的运行过程，仿真器可以模拟出硬件环境，方便软件的开发和测试。
三、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，下面将介绍几个典型的应用领域。
嵌入式系统软硬件架构和开发流程
嵌入式系统软硬件架构和开发流程1 嵌入式系统定义嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。
通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，有些嵌入式系统是由单个程序实现整个控制逻辑（裸跑）。
嵌入式系统是软件和硬件的综合体，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
2 嵌入式系统的构成2.1 硬件层硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。
其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。
2.1.1 嵌入式微处理器嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯∙诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以选用精简指令系统（ReducedInstruction Set Computer，RISC）和复杂指令系统CISC（ComplexInstruction Set Computer，CISC）。
RISC计算机在通道中只包含最有用的指令，确保数据通道快速执行每一条指令，从而提高了执行效率并使CPU硬件结构设计变得更为简单。
全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86等。
2.1.2 存储器嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。
嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器等。
1>CacheCache是一种容量小、速度快的存储器阵列它位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
在需要进行数据读取操作时，微处理器尽可能的从Cache中读取数据，而不是从主存中读取，这样就大大改善了系统的性能，提高了微处理器和主存之间的数据传输速率。
基于π网的嵌入式系统软硬件划分方法
之上 嵌 入 式系 统软 硬 件 划分 研 究上 。其 实从 根 本 上来 讲 ， 软 硬 件 的划 分 其实 就是 完 善 、更 新 、优化 问题 ， 现 如 今作 为 一种 全 新 的基于 ｎ 网基础优 化 的软硬 件划 分计算 方法 一分布 估计 算法 在软 硬件 划分方 面 发挥 着重要 的作 用。 其 实分 布估 计 算 法 很简 单 ， 是一 种 以概 率 模 型为 基础 而进 行 的运 算 方法 ， 不 过 这个 算 法 与 以往 算 法相 比而 言更 加 简 单清 新明了 ， 其 计 算进 化 模 型基 础 皆为 高适 应 的个 体 概 率分 布 ， 并 且此 进 化模 型会 自动 生成 下 一代 群体 一子 群 ， 分 布估 计 算 法正 是采 用 这 个更 为 先进 、科学 的 方法 来替 代传 统 算 法 ， 大 大地 提 升 了系 统运 算 速度 ， 并 且也 大 大地 扩展 了 系统 应 用 空 间 ， 使 得
Ｐ ｅ ｔ ｒ ｉ 网计算 ， 此模 块 化 Ｐ ｅ ｔ ｒ ｉ 网是 由 Ⅱ演 算和 Ｐ ｅ ｔ ｒ ｉ 网组 成 ， 两 部分进 行一 系 列 的结合 而形 成 高效 、模 式化 组合 。其 中 网主
要 由两个 重 要 部 分组 成 ， 他 们 分 别 是基 本 的 ｎ 网 和 ｎ 网 的复 合 规则 。
比如 在一 个 嵌入 式系 统 中 ，Ａ 为此 系 统 的核心 部件 ， 那么 Ａ 就
是 一个 多元 组 或 者 是 ｎ元组 ， 在 此 嵌 入 式系 统设 计 中是 一个 需 要重 点观察 对 象 。 在进 行 基于 ｎ 网基 础 之上 的嵌入 式 系 统软 硬件 划 设 计 时 ， 要 综合考 虑 各 个 指标 性 能 目标 与 要 求 ， 进行 科 学 的定 量 计算 与
9 第四章 嵌入式系统设计-软硬件功能划分17页PPT文档
硬件设计
一个独立的硬件设计者能够开发一个IC， 这项工作在以前需要整个项目组开发很多 年的！ 导致了新概念、新技术SOC的出现
ASIC-软硬件二元性示例
ASIC中硬件和控制软件的设计几乎可以 看做都是软件的设计
HDL编译成制作指令，交给硅晶片加工 厂
测试
审核 模块 实现
审核
详细 审核 设计
验证
单元 验证 系统
集成
集成
软硬件划分
嵌入式系统生命周期开始阶段的主要工作 在于软硬件部件之间的划分
软硬件划分
关键部分的设计如果错误将带来产品的失 败
划分：软硬件的二元性
如何划分嵌入式系统的功能由硬件部件实 现还是由软件实现呢？
通常根据速度和费用的要求确定
晶体管门级硬件设计
VHDL设计
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软件（C，C++，JAVA，Ada， Pascal）被编译成嵌入式控制代码（固 件）
分区的划分是一种工程性的选择而已！ 最新的ASIC，即FPGA都可以动态可重
配置
另一个角度看软硬件二元性
1. 逻辑“且”
C为真仅当A是真而且B是真
2. C语言
Boolean A,B,C;
C=A&&B
;
3. Gate Level HW Design
速度 费用 灵活性
专用硬件 最快 高 低
可配置硬件 快
最高 高
软件 慢 低 最高
应该采用什么分区方式？
风险分析 ASIC一般有30%的可能性需要二次设 计 •$200,000+2月 软件开发很难严格按照进度进行 •平均超期3个月 消费类电子设备的上市期只有4个月
软硬件协同设计中的软硬件划分方法综述
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软 硬 件 协 同设 计 中 的 软 硬 件 划 分 方 法 综 述
＊
李岩’ － 一 ， 屈 媛 ， 陈 仪 香
（ １ ． 华 东 师 范 大 学 计算 机科 学 与 软件 工程 学 院 嵌 入 式 软 件 与系 统 系 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ６ ２ ； ２ ． 华 东 师 范 大 学 教 育 部 软 硬 件 协 同 设 计 技 术 与 应 用 工 程研 究 中 心 ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ，Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｎ ｇｓ ， ｉ ｎｄ ｕｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ， ｒ ｏｂ ｏｔ ｔ ｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇｙ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏｆ ｉ ｎ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ， ｔ ｈｅ ｅ ｍ ｂｅ ｄｄｅ ｄ ｓ ｙｓ —
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一种嵌入式系统软硬件划分算法
其中 ， 表示嵌入 式系统运 行任务 的总时间 ； ｉ表示 对 （ ） （）
第 ，个节点采用 的开发方法 。
通过 上述分析可知 ， 入式 系统软硬件划分 是在满 足性 嵌
能约束 的条件下 ， 寻找一 个节 点集合 ， 得系 统 的运 行时 间 使 最短 ， 这是一个典 型 的多约束 条件 目标寻 优 问题 ， 如果采 用 传统 寻优 方法 ， 时相 当的长 ， 耗 同时结果 不一定最 优 ， 而像 遗 传算 法 、 粒子算法 和模拟 退火 算法 具有局 部最优 优 的缺 陷。 本文采用蚁群 算法对嵌入式系统软硬件 划分问题进 行求解 ， 提高寻优速度 ， 得性 能更 好的划分结果。 获
收稿 日期 ： １ —１ — ３ 修 回日期 ： １ — １ ３ ２ ０ ０ ２ ０ ２ ０ １ —０ ０
－－－ — —
然后采用软件替 代违反系统运行时 间约束的硬件 ， 而获得 从 成 本最低 ， 性能最优 的 系统 ， 但是 该方 法实 现过程 相 当的复
２ ４ ・— ０ － － —
杂 ， 现相 当 困难 ， 至有 时不 能 实现 。Ｋ ｕ ｓｎ等采 用 实 甚 ｎ ｄｅ 动态规划 的方法来 进行 软硬件的划分 ， 由于嵌 入式 系统越来 越复杂 ， 该方法很难给 出明确 的 目标 函数 ， 约束 条件 比较 多 ， 不易实现 ， 尤其 当 目标系 统 的结点较 多时 ， 法 的计算 时 间 算 会很长 ， 全局搜索 能力 比较 差。后来 ， 国内邹 谊等 提 出采 用 遗传算法 （ｅｅｉ ａ ｔｍ， Ａ） ｇｎｔ ｌ ｌ Ｇ 的软硬 件 划分 算法 ； ｂ ｅ－ ｃ 刚 ｌ Ａ ｄｌ ｈｌ ａｉ ｍ等提 出的基 于 粒子 群优 化 （ Ｓ 的 软硬 件划 分算 法 ； Ｐ Ｏ） 吴强 等提 出了基 于模拟退火 （ｉｕａｅ ｎ ｅｌ ｇＳ 的多 向 ｓ ｌ ｄａｎ ａｎ ，Ａ） ｍ ｔ ｉ 划分算法 ， 这些方法 都属 于人 工智 能方 面的 ， 是一 类启 发式 搜索算法 ， 这些算法根据一定 的规则在解 空间 内进行 最优解 搜索 ， 从而获得全局最优解 ， 效率较 以前算法 提高 ， 行时 问 执 也相应减 少。这些方 法都 有 自己的不足 ， 如局 部最 优 ， 最优
嵌入式系统：硬件、软件及软硬件协同
这本书的内容非常实用。书中不仅介绍了嵌入式系统的基本理论，还提供了许 多实用的案例和示例。这些案例和示例不仅可以帮助读者更好地理解嵌入式系 统的原理和应用，还可以帮助读者掌握如何应用嵌入式系统来解决实际问题。
这本书的语言通俗易懂，适合所有嵌入式系统的初学者和爱好者阅读。这本书 也适合嵌入式系统开发人员参考和使用。
嵌入式系统的软件设计是整个系统的核心。本书从操作系统、编程语言和开发工具等方面介绍了 嵌入式系统的软件设计方法。操作系统是嵌入式系统中用于管理系统资源的软件平台，本书介绍 了不同类型的操作系统，包括实时操作系统、分时操作系统、微内核操作系统等，并介绍了操作 系统的选型和配置方法。编程语言是嵌入式系统开发人员用于编写应用程序的工具，本书介绍了 适用于嵌入式系统开发的编程语言，包括C语言、C++语言、汇编语言等，并介绍了编程语言的选 型和配置方法。开发工具是嵌入式系统开发人员用于编写、调试和测试应用程序的工具，本书介 绍了不同类型的开发工具，包括集成开发环境、调试器、仿真器等，并介绍了开发工具的选型和 配置方法。
《嵌入式系统：硬件、软件及软硬件协同》是一本全面介绍嵌入式系统的书籍， 其目录涵盖了嵌入式系统的各个方面，从基础知识到应用实例，从硬件设计到 软件编程，以及软硬件协同设计等。以下是对这本书目录的分析。
在书籍的前言中，编者对嵌入式系统的背景和重要性进行了概述，并介绍了本 书的内容和结构。接下来是本书的目录，详细列出了各个章节的主题和内容， 有助于读者快速了解本书的全貌和结构。
内容摘要
嵌入式系统的软硬件协同设计是整个系统的关键。本书从系统级设计、硬件抽象层、软件抽象层 等方面介绍了嵌入式系统的软硬件协同设计方法。系统级设计是嵌入式系统中用于规划和管理整 个系统的设计方法，本书介绍了系统级设计的概念、原则和技巧，包括系统架构设计、模块化设 计、分层设计等。硬件抽象层是嵌入式系统中用于将硬件资源映射到软件抽象层的中间层，本书 介绍了硬件抽象层的概念、原则和技巧，包括硬件描述语言、硬件测试和验证等。软件抽象层是 嵌入式系统中用于将应用程序映射到硬件抽象层的中间层，本书介绍了软件抽象层的概念、原则 和技巧，包括驱动程序开发、应用程序开发和调试等。
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Ｉ Ｎ １ ０１ ９ ＳＳ ０ — ０８１
２ ２． ３— ０１ ０ ０１
计 算 机 应 用 ，０ ２ ３ （ ） ８５—８ ０ ２ １ ，２ ３ ：５ ６ 文 章 编 号 ：０ １ ０ １ ２ １ ）３— ８ ５— ６ １０ —９ ８ （０ ２ ０ ０ ５ ０
（． １ 四川师范大学 计 算机科 学学院， 都 ６ ０ ６ ； ２ 四川工商职业 技术学院 基础部， 成 １０ ８ ． 四川 都江堰 ６ ８０ １ ３； １ ３ 成都纺织高等专科学校 电子信息与 电气工程系， ． 成都 ６ １３ ） １７ １ （ 通信作者 电子 邮箱 ｇｚ０ ０ ＠１３ ｃｍ） ｙＯ０ １ ６ ．ｏ
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பைடு நூலகம்
基 于 网 的嵌 入 式 系统 软 硬 件 划 分 方 法
郭 荣佐 ， 黄 君 王 霖 ，
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（Ｓ Ｐ ； Ｅ Ｈ Ｍ） 最后 ， 对模型 Ｅ Ｈ Ｍ 进行一致性 、 ＳＰ 死锁 和兼 容性分 析 ， 同时， 对模 型 Ｅ Ｈ Ｍ进行 了优 化 。所 建立 的模 型 ＳＰ Ｅ Ｈ Ｍ 满足一致性 ， ＳＰ 各进程 间无死锁存在 ， 且各 个进程之 间的 交互是兼容 的； 同时模 型 Ｅ Ｈ Ｍ 有效地提 高了划分精 ＳＰ
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度 ， 获 得 了更 加 合 理 的 软 硬 件 划 分 方 法 。 并
关键词 ： 网； 演算 ； 竹 叮 ｒ 嵌入 式 系统 ； 软硬件 划分 ； 优化 算法 中图分类号 ：Ｔ ３ １５ Ｐ ｌ ． 文献标志码 ： Ａ
Ｈａｒ ｗａ ｅ ｏ ｔ ｒ ｒ ｉｉ ｎ ｎｇ ｍ ｅ ｈｏ ｆ ｅ ｂ ｄ ｄ ｓ ｓ ｅ ｂａ ｅ ｎ ７－ ｔ ｄ ｒ ／ｓ ｆｗａ ｅ ｐａ ｔｔｏ ｉ ｔ ｄ ｏ ｍ ｅ ｄｅ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｔｎｅ ｓ
摘
要 ： 对嵌 入 式 系统 软 硬 件 划 分 问题 ， 出一 种 基 于 丌 网 的软 硬 件 划 分 方 法 。 首 先 介 绍 订 网 的 定 义 及 其 规 针 提
则 ； 后 ， 嵌 入 式 系统 目标 进 行 描 述 和 定 义 ， 用 叮 建 立 软 硬 件 划 分 模 型 — — 嵌 入 式 系 统 软 硬 件 划 分 模 型 然 对 应 『网