嵌入式系統開發的核心技術

對於嵌入式系統開發，我想我們只要接觸過嵌入式研發的人都是比較了解的，但是作為一個合格的嵌入式系統開發人員，你了解過嵌入式系統都有哪些核心的技術嗎?凌陽教育嵌入式的講師說過，如果想要更深層次的掌握嵌入式系統開發，我們是需要了解他的三大核心點的，是什麼呢?

1、處理器技術

處理器技術與實現系統功能的計算引擎結構有關，很多不可編程的數字系統也可以視為處理器，這些處理器的差別在於其面向特定功能的專用化程度，導致其設計指標與其它處理器不同。

(1)通用處理器

這類處理器可用於不同類型的應用，一個重要的特徵就是存儲程序，由於設計者不知道處理器將會運行何種運算，所以無法用數字電路建立程序。另一個特徵就是通用的數據路徑，為了處理各類不同的計算，數據路徑是通用的，其數據路徑一般有大量的寄存器以及一個或多個通用的算術邏輯單元。設計者只需要對處理器的存儲器編程來執行所需的功能，即設計相關的軟體。 在嵌入式系統中使用通用處理器具有設計指標上的一些優勢。提前上市時間和NRE成本較低，因為設計者只需編寫程序，而不需要做任何數字設計，靈活性高，功能的改變通過修改程序進行即可。與自行設計處理器相比，數量少時單位成本較低。

當然，這種方式也有一些設計指標上的缺陷，數量大時的單位成本相對較高，因為數量大時，自行設計的NRE成本分攤下來，可降低單位成本。同時，對於某些應用，性能可能很差。由於包含了非必要的處理器硬體，系統的體積和功 耗可能變大。

(2)單用途處理器

單用途處理器是設計用於執行特定程序的數字電路，也指協處理器、加速器、外設等。如JPEG編碼解碼器執行單一程序，壓縮或解壓視頻信息。嵌入式系統設計者可通過設計特定的數字電路來建立單用途的處理器。設計者也可以採用預先設計好的商品化的單用途處理器。

在嵌入式系統中使用單用途處理器，在指標上有一些優缺點。這些優缺點與通用處理器基本相反，性能可能更好，體積與功率可能較小，數量大時的單位成本可能較低，而設計時間與NRE成本可能較高，靈活性較差，數量小時的單位成本較高，對某些應用性能不如通用處理器。

(3)專用處理器

專用指令集處理器(ASIP)是一個可編程處理器，針對某 一特定類型的應用進行最優化。這類特定應用具有相同的特徵，如嵌入式控制、數字信號處理等。在嵌入式系統中使用ASIP可以保證良好的性能、功率和大小的 情況下，提供更大的靈活性，但這類處理器仍需要昂貴的NRE成本建立處理器本身和編譯器，單片機和數字信號處理器是兩類應用廣泛的ASIP，數字信號處理器是一種針對數字信號進行常見運算的微處理器，而單片機是一種針對嵌入式控制應用進行最佳化的微處理器，通常控制應用中的常見外設，如串列通信外設、定時 器、計數器、脈寬調製器及數/模轉換器等都集成到了微處理器晶元上，從而使得產品的體積更小、成本更低。

2、IC技術

(1)全定製/VLSI

在全定製IC技術中，需要根據特定的嵌入式系統的數字實現來優化各層，設計人員從晶體管的版圖尺寸、位置、連線開始設計以達到晶元面積利用率高、速度快、功耗低的最優化性能。利用掩膜在製造廠生產實際晶元，全定製的IC設計也常稱為大規模集成電路設計,具有很高的NRE成本、很長的製造時間，適用於大量或對性能要求嚴格的應用。

(2)半定製ASIC

半定製ASIC是一種約束型設計方法，包括門陣列設計法和 標準單元設計法。它是在晶元製作好一些具有通用性的單元元件和元件組的半成品硬體，設計者僅需要考慮電路的邏輯功能和各功能模塊之間的合理連接即可。這種設計方法靈活方便、性價比高，縮短了設計周期，提高了成品率。

(3)可編程ASIC

可編程器件中所有各層都已經存在，設計完成後，在實驗室里即可燒制出設計的晶元，不需要IC廠家參與，開發周期顯著縮短。 可編程ASIC具有較低的NRE成本，單位成本較高，功耗較大，速度較慢。

3、設計/驗證技術

嵌入式系統的設計技術主要包括硬體設計技術和軟體設計技術兩大類。其中，硬體設計領域的技術主要包括晶元級設計技術和電路板級設計技術兩個方面。

晶元級設計技術的核心是編譯/綜合、庫/IP、測試/驗證。編譯/綜合技術使設計者用抽象的方式描述所需的功能，並自動分析和插入實現細節。庫/IP技術將預先設計好的低抽象級實現用於高級。測試/驗證技術確保每級功能正確，減少各級之間反覆設計的成本。