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嵌入式软件设计的发展道路

2010-07-23 16:47
逆光飞舞
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        没有哪一类设计工程师比软件开发人员更熟悉高层次的抽象设计了。无论是开发PC软件、用于电子设备的嵌入式应用、Web服务还是开发数据库系统,都可使用高层次开发系统与相关语言来避免与本地代码打交道的麻烦。

        软件设计经历了漫长的编程语言和系统发展道路,归根结底都是为了使开发人员避免与汇编语言的纠缠。使用现在常见的编程接口、代码语法和编译器的实现方式,软件开发通过广泛的编程语言(从Pascal直到面向对象的语言和C++)实现了高层次抽象。作为PC应用软件的“小弟”,用于电子设备的嵌入式软件的开发也大体运用同样的原则和系统。

        际上,用于开发电子设计中的硬件和软件的抽象系统如此常见,以致它们被认为是正常而非抽象的工作方式。软件工程师由此获得的明显好处是降低了设计复杂性并提高了开发速度。用于嵌入式固件的C语言的使用,使与寄存器堆栈或大量封装的顺序代码打交道的工作成为了历史。

        虽然这些概念在电子设计中是普遍的,但它们只是在临时(ad-hoc)的基础上存在,而且通常是在具体设计领域之内。随着电子产品设计复杂性的增加、开发时间的缩短和嵌入式开发方式的流行,软件开发人员需要能够进入使用高层次设计系统的其他领域。

抽象的硬件描述语言(HDL)

        电子产品设计流程带来的一个新挑战是随着电子产品开发流程中可编程硬件设备的引入而出现的。在这种情况下,软件被用来定义硬件或者作为胶合逻辑的一大部分,但更重要的是作为整个SoC的设计。

        在高层次设计方面,可编程逻辑还处于其设计抽象演变的早期阶段。硬件描述语言用于描述在寄存器层次的设计,寄存器在最后合成后达到门电路层次,用于实现选定的设备传统上是采用ASIC,现在更常见的是FPGA。但是,HDL晦涩难懂的性质使其在复杂性上常常堪比于汇编语言,因此对于非HDL专家的人而言,开发嵌入式硬件的任务令人望而生畏。

        因此,各种设计抽象系统相继被开发出来以帮助缓解这一问题。这些系统在方 法 论 上存在很大区别,但通常都是基于示意图的系统、图形式流程图方案或者C语言的变体和扩展形式。它们允许更多开发者(如软件工程师)通过运用及提高其现有能力来创造嵌入式硬件。像其他设计领域(硬件和应用软件)一样,实现高层次设计系统以降低复杂性已经成为公认的方式,并应用于FPGA开发领域。

        以基于C语言变体的高层次嵌入式设计系统为例,这种系统使具有硬件设计知识的软件工程师有可能使用熟悉的语言和方法来设计嵌入式硬件。该过程倾向于反映软件的顺序性质,但它并非硬件的平行概念,且大多用于设计的各个部分或者用作转化的软件算法,采用SoC设计方案则是另一回事。

        无论软件工程师使用哪一种高层次系统(流程图、示意图或C语言转化)来设计嵌入式硬件,他们都有机会创造相对复杂的大型“软”硬件系统来支持其自己的软件例程和功能,甚至可能在最后创造出完整的产品设计。

        特别要注意的是,用于提高可编程逻辑设计的抽象层次的常用系统采用了各不相同、互不相关的方法论,这与整体SoC设计过程相互关联的性质并不一致。由于可编程硬件的出现,各设计领域之间的相互依存性被放大,可编程硬件通常是应用软件(可能是处理器、内存等)的“宿主”,而它本身的“宿主”则是设计的物理硬件。FPGA结构是硬件和软件“三明治”的夹心层。
 

 

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