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加速规划流程的两种嵌入式系统开发计划的规划

在日益信息化的现代社会中,计算机和网络的应用已经全面渗透到日常生活中,各种应用嵌入式系统的电子产品也随处可见,计算机的应用经过桌面PC系统的空

在日益信息化的现代社会中,核算机和网络的运用现已全面渗透到日常日子中,各种运用嵌入式体系的电子产品也随处可见,核算机的运用经过桌面PC体系的空前之后,嵌入式体系的运用正如火如荼,广泛进入到工业、军事、通讯、环保、电力、铁路、金融等许多范畴。作为两大类型核算机之一的专用核算机体系、即嵌入式体系在运用数量上现已远远超越传统的通用核算机体系,嵌入式微操控器技能的呈现给现代工业操控范畴带来了一次新的技能革命。

嵌入式微操控器组成的体系可嵌入就任何需求操控的设备中,并且在工控范畴的运用现已越来越广泛。嵌入式体系按形状可分为设备级(工控机)、板级(单板、模块)、芯片级(MCU、SoC)。当时运用的单片机与工控机是一种典型的嵌入式体系运用。跟着Internet的飞速开展,对各种工控设备的网络功用要求也越来越高。许多的智能设备将经过网络彼此传递信息和数据,完结智能化现场设备的功用自治性、体系结构的高度分散性以及监管控一体化。

在嵌入式体系的市场竞赛愈加剧烈的今日,怎么快速地将契合需求的产品投入市场并在竞赛中坚持一席之地?成为许多嵌入式研制制作企业所面对的一起课题。

所以有必要经过加速规划流程来前进规划质量,而现在大多企业遍及采纳的处理计划是运用现成的商业化渠道。嵌入式设备在开发进程中,除了有必要考虑它的处理器架构、操作体系功能、以及其他组件之外,开发人员还有必要了解一些例如:体系的哪些部分需求规划、哪些部分需求购买现成设备等等。

一般自行规划的计划,它的优势是能够全面地自定义终究的处理计划并优化本钱,可是任何规划标准的更改或忽略都会使本钱昂扬,且周期绵长。相反,运用商业现成的渠道将添加产品的出售本钱,或许可能会糟蹋一些不必要的本钱,可是一般来说,现成的体系供给了更快的验证周期,因而也就具有更为方便的规划流程,从而在更短的上市时刻内确保规划的质量。

下文咱们就将用于开发嵌入式体系的两种计划—-自行规划或运用现成渠道进行比照论述,并且评论与这两种计划相关的技能和经济危险。

计划一:自行规划

开发之前,需求为体系的中心操控部分挑选一种处理器技能,现在研祥选用以下五种技能:

1. 微操控器-微操控器的本钱极为低价,并且一般在单一的芯片上供给了集成的处理计划,且包括I/O外围设备。它们一般带有极小的片上存储容量,并且难以用于杂乱性高和需求扩展的场合。此外,其时钟速率一般是10MHz的数量级,因而一般不能完结高功能的操控循环。

2. 嵌入式处理器-和微操控器比较,嵌入式处理器的时钟速率更高且一般具有外部存储接口,因而功能和扩展性并不成问题。可是运用程序需求进行杂乱的驱动开发,由于嵌入式处理器一般并不带有片上模仿外围设备。此外,跟着芯片封装技能的开展,嵌入式处理器一般选用高密度的封装技能,例如球栅阵列封装(ball-grid array,即BGA),这将导致较杂乱的制作流程,增添了更为困难的硬件调试作业。

3. 数字信号处理器(DSP)-DSP是一种专用的微处理器,它供给额定的指令以优化特定的数学函数,例如乘法和累加操作。DSP关于核算深重的运用场合来说是极为有用的,可是一般需求专业的常识来运用它的软件功能。

4. 专用集成电路(ASIC)-ASIC芯片是专为某个特定的运用而规划的,不具有通用性。关于处理比如功耗和产品本钱等问题,ASIC被广泛认为是一种极好的计划。可是,极为贵重的ASIC开发和制作流程一般让人望而生畏,一般仅限于具有极大产值的产品。

5. 现场可编程门阵列(FPGA)-FPGA在自定义的ASIC规划和现成的技能之间供给了极好的平衡。它们具有高度的专有化功能,一起能够经过编程重新配置逻辑模块,因而其开发本钱与ASIC比较要低得多。尽管FPGA能够被运用于各种场合,可是一般来说杂乱的FPGA规划并不常见,由于关于大部分习惯于运用C言语进行次序编程的嵌入式软件开发者来说,VHDL编程格局显得十分生疏。

在许多情况下,单一的处理器技能并不足以处理运用的需求,因而,混合式架构逐步成为开展的方向。如图1所示,嵌入式处理器用于进行体系管理、用户界面和数据剖析,而DSP担任与I/O模块和对数据进行开始处理等使命。这种混合式架构在嵌入式体系规划中变得十分遍及。

图1:嵌入式处理器用于进行体系管理、用户界面和数据剖析,而DSP或FPGA担任与I/O模块和对数据进行开始处理等使命

在确认了运用何种处理器技能之后,规划人员还需求完结I/O电路的开发。假如嵌入式体系中存在任何的模仿信号,那么就需求运用模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、以及相应的软件驱动。模仿电路的规划同样会遇到许多杂乱的问题,限于篇幅本文不再赘述。

计划二:运用EVOC EEB PowerPC模块构建

选用这种计划,尽管一般来说需求支付比板卡组件本钱更高的价钱,可是能够明显缩短产品进入市场的时刻。除此之外,这些体系具有较好的可扩展性。跟着处理器技能的前进,嵌入式体系呈现以下几种不同的完结技能:

1、 非集成式嵌入式体系——关于运用现成产品来构建体系,这种体系一般是最为经济的处理计划。可是,针对这种体系的软件开发工具简直从未集成,并且这些体系一般需求进行各种监管认证。

2、 集成式嵌入式体系——除了具有与非集成式嵌入式体系相同的组件,这种体系还供给比如冲击、振荡、作业温度,以及环境认证之类的技能阐明。一般这些体系愈加贵重,但一般都带有集成的软件开发环境,且具有更为丰厚的I/O挑选。

3、 工业级PC——运用现成的PC技能,工业级PC为开发工具及I/O功能供给了更为丰厚的挑选。它们也具有许多与其他集成式嵌入式体系相同的技能阐明和认证,但这种功能是以本钱为价值的,它比前述两种计划更为贵重。

根据EVOC EEB PowerPC模块的集成式嵌入式体系架构与图1所示的简略方框图类似。它运用Freescale PowerPC嵌入式处理器运转VxWorks或Linux实时操作体系。PowerPC经过内部的60X总线或PCI总线与DSP/FPGA相衔接。 DSP/FPGA直接衔接至AD收集芯片、开关量输入输出等外围接口。

图2:根据EVOC EEB PowerPC模块的集成式嵌入式体系示意图

图3:EVOC EEB PowerPC模块结构

纵观以上两种规划计划,技能性在其间能不能起到决议性效果,而简略的经济性剖析却是十分必要的。假如终究的赢利足大于开发进程中所花费的工程本钱出资,那么所做的决议便是正确的。精确预算自行规划计划所花费的本钱,并不是一个很简略的进程;假如仅仅把板卡组件的本钱和硬件及软件的开发时刻相加,那么只能是十分粗略地预算了总出资本钱。还应该考虑其他的潜在本钱才干精确地评价实践的使命本钱。

评价了工程出资本钱后,可运用公式: TPC/(SUP-VCUP)=BEP(其间,TFC为总固定本钱,VCUP为单位变化本钱, BEP为出入平衡点。)简略核算出企业的出入平衡点。但这并没有包括其他潜在本钱。不过,假如挑选了集成式嵌入式体系,不光能够缩短上市时刻,并且前期的赢利将会用于本钱优化和特性改善。经过这种计划,能够在整个产品生命周期内分摊出资本钱,而不是在前期的开发进程中投入一切资金。

那么这样是否就不必再自行规划板卡了呢?当然不是。关于那些对形状尺度有具体要求且具有极高产值的体系,或许技能要求极为严苛的体系来说,自行规划的计划将更具优势。而关于产值相对较低、技能杂乱又需求快速上市的产品,运用现成渠道能够让供货商担负物流和潜在本钱,而使规划人员能够专心于杰出技能优势,从而在市场竞赛中处于抢先方位。

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