中围种学技本大学 软硬件协同设计方法 李曦 llxx@ustc.edu.cn 计算机系、计算机应用研究室
软硬件协同设计方法 李曦 llxx@ustc.edu.cn 计算机系、计算机应用研究室
内容提要 。 需求：gap between two domain ·嵌入式系统协同设计方法与流程 ·系统建模方法 一基于模型的方法 ·可视化 一基于语言的方法 ·SystemC ·计算模型 ·协同设计环境与工具 llxx@ustc.edu.cn 2/71
内容提要 • 需求：gap between two domain • 嵌入式系统协同设计方法与流程 • 系统建模方法 – 基于模型的方法 llxx@ustc.edu.cn 2/71 • 可视化 – 基于语言的方法 • SystemC • 计算模型 • 协同设计环境与工具
参考资料 不1h ·Peter Marwedel,TU Dortmund教授 做入式系统设计一嵌入式 信息物理系统基础■ -《嵌入式系统设计·嵌入式CPS系统基础》，第2版 ,2011 一第二章：规范与建模 Albert M.K.Cheng,休斯顿大学CSEE教授 《嵌入式实时系统：调度、分析与验证》， REAL-TIME Viley.2002/北航出版社2015 352a6 面向嵌入式实时系统，较系统地论述基本的实时调 算法、调度性分析方法，特别列举了大量关于安 全芙键系统的工程实例。 Daniel D.Gajski(盖斯基)，加大艾尔温分校 52口00d80 -《嵌入式系统的描述与设计》，2005， 嵌人式系统的 繁分芬系箦盗活肉鞲墾给秃葭复系攀蕟導￥季 播述巧设计 统划分、质量评估、 CHINA-PUB.COM
参考资料 • Peter Marwedel，TU Dortmund教授 – 《嵌入式系统设计·嵌入式CPS系统基础》，第2版 ，2011 – 第二章：规范与建模 • Albert M.K. Cheng，休斯顿大学CSEE教授 – 《嵌入式实时系统：调度、分析与验证》， Wiley2002/北航出版社2015 – 面向嵌入式实时系统，较系统地论述基本的实时调 度算法、调度性分析方法，特别列举了大量关于安 全关键系统的工程实例。 • Daniel D. Gajski(盖斯基)，加大艾尔温分校 – 《嵌入式系统的描述与设计》, 2005， – 嵌入式系统设计：模型和体系结构、描述语言、系 统划分、质量评估、描述细化以及系统级方法学等
Architecture model of CPS Round Robin Fixed Priority EDF Output Events ECU ECU ECU wwo Communication Bus
Architecture model of CPS
Application models of CPS ·反应式系统 Architecture event models:event streams Application response-time,end-to-end delay ·flow-analysis jue indin sync:temporally deterministic RTOS ·logical concurrency Core ·实时系统 task models:concurrent tasks finishing-time,deadline 0 0 1 schedulability analysis i2 0 0 - async:nondeterminism o 十十十 physical concurrency 60 arrival order/computation time (physical time) (logical time)
Application models of CPS • 反应式系统 – event models：event streams • response-time，end-to-end delay • flow-analysis – sync：temporally deterministic • logical concurrency • 实时系统 – task models：concurrent tasks • finishing-time，deadline • schedulability analysis – async：nondeterminism • physical concurrency • arrival order/computation time
The multi-step design Functional Model Software Tasks Model Task gen. Synchronous approach:控制工程师采用 Asynchronous approach:计算机工程师采用 Task mapping Architecture Model CPU1 CPU2 t00 CPU k 40
The multi-step design Synchronous approach：控制工程师采用 Asynchronous approach：计算机工程师采用
RTOS view of Reaction USTC Arrival Release Completion Deadline (invocation) d Time Computation time Jitter Execution Period 控制任务同步Vs.RTOS异步 Response Time event 任务模型确定性VS.实现的不确定性 response to event response interval process made interrupt available processing real-time dispatch latency process execution 中断响应不确定 conflicts- dispatch 抢占
RTOS view of Reaction 控制任务同步 vs. RTOS异步 任务模型确定性vs.实现的不确定性 中断响应不确定 抢占
系统需求分析： 规格说明书 金 体系结构设计 执行装置设计 硬件设计 软件设计 系统集成 嵌入式系统设计步骤 系统测试 产品 lxx(wustc.euu.Cn 8/71
嵌入式系统设计步骤 llxx@ustc.edu.cn 8/71
嵌入式系统设计步骤 系统需求分析：Req=〉Spec -确定设计任务和设计目标，并提炼出设计规格 说明书，作为正式设计指导和验收的标准。 功能性需求：是系统的基本功能，如输入输出 - 信号、操作方式等； 非功能性需求：包括系统性能、成本、功耗、 - 体积、重量等因素。 ·体系结构设计 -描述系统如何实现所述的功能和非功能需求 ·包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统 的软件、硬件选型等。 llxx@ustc.edu.cn 9/71
嵌入式系统设计步骤 • 系统需求分析：Req => Spec –确定设计任务和设计目标，并提炼出设计规格 说明书，作为正式设计指导和验收的标准。 –功能性需求：是系统的基本功能，如输入输出 信号、操作方式等； llxx@ustc.edu.cn 9/71 信号、操作方式等； –非功能性需求：包括系统性能、成本、功耗、 体积、重量等因素。 • 体系结构设计 –描述系统如何实现所述的功能和非功能需求 • 包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统 的软件、硬件选型等
嵌入式系统设计步骠（续) ·硬件/软件设计 -基于体系结构，对软件、硬件进行详细设计 -为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的 -嵌入式系统设计的主要工作是软件设计 ·采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计是 现代软件工程经常采用的方法。 系统集成 -集成系统的软件、硬件和执行装置，进行调试， 发现并改进单元设计过程中的错误。 。 系统测试 -是否满足规格说明书中给定的功能要求。 llxx@ustc.edu.cn 10/71
嵌入式系统设计步骤（续） • 硬件/软件设计 –基于体系结构，对软件、硬件进行详细设计 –为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的 –嵌入式系统设计的主要工作是软件设计 • 采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计是 llxx@ustc.edu.cn 10/71 现代软件工程经常采用的方法。 • 系统集成 –集成系统的软件、硬件和执行装置，进行调试， 发现并改进单元设计过程中的错误。 • 系统测试 –是否满足规格说明书中给定的功能要求