基于软硬件协同理论的PDA设计与实现

论文摘要

随着嵌入式产品需求的日益增加，嵌入式系统的规模也变得愈发复杂。传统的软硬件各自的开发模式使得目标系统资源优化不够，可靠性、安全性和实时性都难以保障，开发周期和成本也受到很大影响，已无法满足现代嵌入式设计的要求。90年代兴起的软硬件协同设计方法弥补了传统设计方法的不足。随着对其研究的不断深入，它在嵌入式系统中已从开始的一般规则转变成为主流的技术。现有的协同设计方法有很多，但大多数方法都是针对芯片级嵌入式系统的SOC设计，且其中很多方法或是系统分析阶段开销较大，自动化层次低，设计覆盖的范围小；或是算法设计及实现开销大，对初始条件敏感度高，针对实际设计环境的应用性不强。为了弥补以上不足，本文首先分析了当今嵌入式系统中的问题与矛盾，指出了传统嵌入式设计的不足和软硬件协同设计的优势；并对现有协同设计方法进行了比较，指出了各种协同设计方法的优势和不足。在这些方法的基础上提出了面向系统级的Dual-trees软硬件协同设计方法，该方法采用UML对嵌入式系统进行描述，并通过UML分析生成系统的行为树与资源树。通过对行为树、资源树的分析，得出实际的系统架构，并找出行为节点间合理的作用方式，从而得出合理的嵌入式系统设计方案。与现有的软硬件协同设计方法相比，该方法定义了较为完整的资源类，充分地考虑了实际设计环境，具有算法设计及实现开销小、对初始条件敏感度低、实际应用性强等优点。此外，本文在Dual-trees方法的指导下，详细地分析了一种典型嵌入式系统——PDA系统，并针对设计结果进行了实际的开发与实现。该方法无论在PDA软硬件选材还是合理设计上都起到了重要的作用，在缩短PDA的具体开发周期、提高PDA的可靠性与性价比、使PDA设计方案更易于调整与复用等方面都有着重要意义。最后，将该PDA系统与现有PDA系统进行了比较，该PDA系统具有低成本、高可靠、多功能和用户界面友好等特性。在竞争日益激烈的嵌入式市场中，这些特点将会有非常重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题的相关工作及意义
• 2 嵌入式系统概述
• 2.1 嵌入式系统的定义及其体系结构
• 2.2 嵌入式系统的软硬件资源简介
• 2.2.1 嵌入式系统的主要软件资源
• 2.2.2 嵌入式系统的主要硬件资源
• 2.3 嵌入式系统特点及其分类
• 2.4 传统嵌入式设计方法及其所存在的问题
• 3 软硬件协同设计方法介绍
• 3.1 软硬件协同设计方法的定义及特点
• 3.2 软硬件协同设计方法的基本过程
• 3.3 现有软硬件协同设计方法综述
• 3.3.1 嵌入式系统的描述语言
• 3.3.2 现有的软硬件协同设计方法
• 4 Dual-trees方法及其在 PDA设计中的应用
• 4.1 嵌入式系统的UML描述
• 4.1.1 对 UML的一些补充
• 4.1.2 嵌入式系统的资源描述
• 4.1.3 嵌入式系统的行为描述
• 4.2 行为树与资源树的建立
• 4.3 嵌入式系统的协同综合
• 4.4 嵌入式系统的协同验证
• 4.5 Dual-Trees与几种设计方法的比较
• 5 PDA系统的设计与实现
• 5.1 PDA系统的硬件设计
• 5.1.1 S3C44B0X简介
• 5.1.2 IIS音频模块简介
• 5.1.3 SIM100-E简介
• 5.1.4 PDA系统的硬件架构
• 5.2 PDA系统的软件实现
• 5.2.1 μC/OS-Ⅱ在PDA系统中的多任务实现与保护
• 5.2.2 MiniGUI在 PDA系统中的扩展
• 5.2.3 双缓存分段并行机制的音频模块
• 5.2.4 GPRS模块的实现
• 5.2.5 其他软件模块的实现
• 5.3 与现有 PDA系统的比较
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢