平台模式 - 嵌入式开发的设计模式及发展趋势

 

　　目前，嵌入式应用硬件设计采用满足要求的单片机是理想的选择，采用CPU+PLD+AD/DA模式是明智的选择。可编程逻辑器件的发展经历了由GAL/PAL、EPLD向 CPLD/FPGA（复杂可编程逻辑器件/现场可编程逻辑器件）发展，集成度越来越高。Lattice、Altera、Xilinx、AMD等公司提供可编程逻辑器件和EDA设计工具，支持HDL文本输入和原理图输入，配备编辑、编译、仿真、综合、芯片编程等功能。通过在系统编程ISP（In System Programming）或称在线下载，利用微机并口配有的下载电缆和可编程器件的JTAG接口相连，即可修改系统中PLD部分的设计，实现硬件设计的软化。

　　系统定制电路部分的设计已从ASIC集成电路设计的殿堂变成电子工程师的必备知识。集成电路的设计和电子电路的设计在融合。当然，单片机外接的简单逻辑也可采用逻辑表达式和 ABEL语言设计GAL芯片或PSD器件实现。PSD器件上含有PLD、FLASH、EEPROM、RAM等，是单片机较理想的外接芯片。

　　现内置 FLASH的单片机也有带JTAG或类似接口的产品，支持在线程序下载，生产厂家有 TI、Atmel、Microchip等。只须简单的下载开发工具，大大方便了程序的开发和现场的修改。在线修改是电子设计的革命，是发展方向。硬件电路设计采用VHDL语言是发展趋势。VHDL语言是电子工程师的必备知识，VHDL语言比C语言还容易掌握。

　　国内出版的VHDL书有：西安电子科技大学出版社的《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计》（修订版）、电子科技大学出版社的《VHDL实用教程》和清华大学出版社的《VHDL简明教程》及《VHDL语言100例详解》等。

　　平台模式

　　随着计算机技术、微电子技术和网络技术、软件技术的不断发展，人类社会正逐步进入后PC时代，嵌入式应用是当今计算机发展的一个热点。嵌入式应用的从业人员来自各行各业，技术背景参差不齐，很多还是非电子类专业。应用的设计带有很大的自主性、随意性。低水平重复劳动是制约产品设计水平的关键因素。20年来嵌入式应用的发展，国内业界已成一定气候，嵌入式应用设计亟待从随意性设计转入平台开发模式。

　　平台开发模式，即在一个设计集团中，实行严格的标准化、系列化、规范化设计，将某一类产品领域的基本硬件结构及基本软件形成产品的“统一机芯”，即基础平台，并将基础平台相关的周边扩展电路及应用软件进行优化、筛选，形成基础平台的平台库资源。在开发新产品时，利用基础平台，并选择平台库中的相关资源进行。

　　嵌入式应用设计亟待发展软/硬IP产业，完善软/硬IP功能库。专家库函数是广义的软IP，网络应用使用的TCP/IP协议软件是典型的软 IP。在平台方式下，基础软硬件工作可解决在平台之中。常用的外围接口芯片8255、8250、8279等都可以做成类似功能的硬IP，软件库函数可包含它们的驱动程序。键盘可规范成8键、4×4键、8×8键设计，LED显示可规范成8个或16个数码管。显示和键盘扫描可编成标准程序。嵌入式应用的从业人员可互相借鉴交流 IP，建设自己的开发平台。

　　基于平台观念的设计工具有我国东大阿尔派公司的NEST2000通用型嵌入式系统设计平台和美国I- Logix公司的基于UML的面向嵌入式应用的软件开发环境——Rhapsody。NEST2000面向信息终端类产品设计，采用32位微处理器作为核心，支持FLASH、DRAM、SRAM等存储器，具有LCD显示、触摸屏、语音、键盘、红外调制解调器、条形码阅读器、RFID/xinpin/zhinenka/‘ target=’_blank‘》IC卡等多种外围接口模块，其支撑软件包括RTOS、网络协议（TCP/IP）、图形用户接口（GUI）、嵌入式数据库系统以及JAVA平台等。

　　硬件模块可以方便地根据用户的需求进行选择使用，软件平台提供它们的驱动程序，在RTOS之上提供给用户应用程序接口（API），可以最快速度地完成产品应用软件的开发。Phapsody采用迭代增量式软件开发方法，支持可视化建模，支持基于模型调试。更令人惊讶的是，改变模型，代码随之改变，并可自动生成可读性好，可直接使用的C、C++、 JAVA语言代码。随着平台观念逐步深入人心，愿嵌入式应用的设计人员都能建设平台、使用平台，借鉴前人的设计开发经验，利用自己的技术储备，以最快的速度推出新产品。