嵌入式系統設計的過程
按照常規的工程設計方法, 嵌入式系統的設計可以分成 3 個階段: 分析, 設計和實現。分析階段是確定要解決的問題及需要完成的目標, 也常常被稱為需求階段; 設計階段主要是解決如何在給定的約束條件下完成用戶的要求; 實現階段主要是解決如何在所選擇的硬件和軟件基礎上進行整個軟、硬件系統的協調實現。在分析階段結束後, 開發者通常面臨的一個棘手的問題就是硬件平台和軟件平台的選擇, 因為它的好壞直接影響著實現階段任務的完成。
通常, 硬件和軟件的選擇包括處理器、硬件部件、操作系統、編程語言、軟件開發工具、硬件調試工具、軟件組件等。在上述選擇中, 處理器往往是最重要的, 操作系統和編程語言也是非常關鍵的。處理器的選擇常常會限制操作系統的選擇,操作系統的選擇又會限制開發工具的選擇。
硬件平台的選擇
處理器的選擇
嵌入式系統的核心部件是各種類型的嵌入式處理器。據不完全統計, 目前全世界嵌入式處理器的品種總量已經超過 1000 多種, 流行體系有 30 幾個系列。但與全球 PC 市場不同的是。沒有一種微處理器和微處理器公司可以主導嵌入式系統, 僅以 32 位的CPU 而言, 就有 100 種以上嵌入式微處理器。由於嵌入式系統設計的差異性很大, 因此選擇是多樣化的。ARM 是近年來在嵌入式系統有影響力的微處理器架構,ARM的設計非常適用於小型的嵌入式設備。
設計者在選擇處理器時要考慮的主要因素有：
① 處理性能。一個處理器的性能取決於多個方面的因素，如時鐘頻率，內部寄存器的大小，指令是否對等處理所有的寄存器等。對於許多需用處理器的嵌入式系統設計來說，目標不是在於挑選速度最快的處理器，而是在於選取能夠完成作業的處理器和I/O子系統。如果是面向高性能的應用設計，那麼建議考慮某些新的處理器，其價格相對低廉，如IBM和Motorola Power PC。
② 技術指標。當前，許多嵌入式處理器都集成了外圍設備的功能，減少了芯片的數量，降低了整個系統的開發費用。開發人員首先考慮的是，系統所要求的一些硬件能否無需過多的膠合邏輯(GL，Glue Logic)就可以連接到處理器上。其次是考慮該處理器的一些支持芯片，如DMA控制器，內存管理器，中斷控制器，串行設備、時鐘等的配套。
③ 功耗。嵌入式微處理器最大並且增長最快的市場是手持設備、電子記事本、PDA、手機、GPS導航器、智能家電等消費類電子產品。這些產品中選購的微處理器，典型的特點是要求高性能、低功耗。許多CPU生產廠家已經進入了這個領域。今天，用戶可以買到一顆嵌入式的微處理器，其速度像筆記本中的Pentium一樣快；而它僅使用普通電池供電即可，並且價格很便宜。如果用於工業控制，則對這方面的考慮較弱。
④ 軟件支持工具。僅有一個處理器，沒有較好的軟件開發工具的支持也是不行的，因此選擇合適的軟件開發工具對系統的實現會起到很好的作用。
⑤ 是否內置調試工具。處理器如果內置調試工具可以大大縮小調試周期，降低調試的難度。
⑥ 供應商是否提供評估板。許多處理器供應商可以提供評估板來驗證理論是否正確，決策是否得當。
硬件選擇的其它因素
首先, 需要考慮的是生產規模。如果生產規模比較大, 可以自己設計和制備硬件, 這樣可以降低成本。反之, 最好從第三方購買主板和 I/O 板卡。
其次, 需要考慮開發的市場目標, 如果想使產品盡快發售, 以獲得競爭力, 就要盡可能購買成熟的硬件。反之, 可以自己設計硬件, 降低成本。
另外, 軟件對硬件的依賴性, 即軟件是否可以在硬件沒有到位的時候並行設計或先行開發也是硬件選擇的一個考慮因素。
最後, 只要可能, 盡量選擇使用普通的硬件。在 CPU 及架構的選擇上, 一個原則是: 只要有可替代的方案, 盡量不要選擇 LINUX尚不支持的硬件平台。
3、軟件平台的選擇
嵌入式軟件的開發流程, 主要涉及代碼編程、交叉編譯、交叉連結、下載到目標板和調試等幾個步驟, 因此軟件平台的選擇也涉及操作系統、編程語言和集成開發環境 3 個方面。
① 操作系統提供的開發工具。有些實時操作系統(RTOS)只支持該系統供應商的開發工具，因此，還必須向操作系統供應商獲取編譯器、調試器等；而有些操作系統使用廣泛，且有第三方工具可用，因此，選擇的余地比較大。
② 操作系統向硬件接口移植的難度。操作系統到硬件的移植是一個重要的問題，是關系到整個系統能否按期完工的一個關鍵因素。因此,要選擇那些可移植性程度高的操作系統，避免操作系統難以向硬件移植而帶來的種種困難，加速系統的開發進度。
③ 操作系統的內存要求。均衡考慮是否需要額外花錢去購買RAM或EEPROM來迎合操作系統對內存的較大要求。
④ 開發人員是否熟悉此操作系統及其提供的API。
⑤ 操作系統是否提供硬件的驅動程序，如網卡等。
⑥ 操作系統的可剪裁性。有些操作系統具有較強的可剪裁性，如嵌入式Linux、Tornado/VxWorks等等。
⑦ 操作系統的實時性能。
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集成開發環境考慮的因素
集成開發環境IDE(Integrated Development Environment)應考慮以下因素：
① 系統調試器的功能。系統調試特別是遠程調試是一個重要的功能。
② 支持庫函數。許多開發系統提供大量使用的庫函數和模板代碼，如大家比較熟悉的C++編譯器就帶有標准的模板庫。它提供了一套用於定義各種有用的集裝、存儲、搜尋、排序對象。與選擇硬件和操作系統的原則一樣：除非必要，盡量采用標准的 glibc。
③ 編譯器開發商是否持續升級編譯器。
④ 連接程序是否支持所有的文件格式和符號格式。
硬件調試工具的選擇
好的軟件調試程序可以有效地發現大多數的錯誤，但是如果再選擇一個好的硬件調試就會達到事半功倍的效果。常用的硬件調試工具有以下幾種：
① 實時在線仿真器(ICE，In-Circuit Emulator)。用戶從仿真插頭向ICE看，ICE應是一個可被控制的MCU。ICE是通過一根短電纜連接到目標系統上的。該電纜的一端有一個插件，插到處理器的插座上，而處理器則插到這個插件上。ICE支持常規的調試操作，如單步運行、斷點、反匯編、內存檢查、源程序級的調試等等。
② 邏輯分析儀。邏輯分析儀最常用於硬件調試，但也可用於軟件調試。它是一種無源器件，主要用於監視系統總線的事件.
③ ROM仿真器。ROM仿真器用於插入目標上的ROM插座中的器件，用於仿真ROM芯片。可以將程序下載到ROM仿真器中，然後調試目標上的程序，就好像程序燒結在PROM中一樣，從而避免了每次修改程序後直接燒結的麻煩。
④ 在線調試OCD或在線仿真(on-chip emulator)
特別的硅基材料以及定制和CPU引腳的串行連接，在這種特殊的CPU芯片上使用OCD (On-Chip Debugging)，才能發揮出OCD的特點。用低端適配器就可以把OCD端口和主工作站以及前端調試軟件連接起來。從OCD的基本形式看來，它的特點和單一的ROM監測器是一致的，但是不像後者那樣，需要專門的程序以及額外的通信端口。
嵌入式領域CPU選擇參考：
ARM:三星 Micrel
PPC:Freescale IBM
X86:Intel
IDE參考：
Tornado ＋ vxworks：windriver
linux：montavista
ads:freescale(motorola)
我個人感覺現在在嵌入式系統設計中一個比較頭疼的問題就是方案的選型，很多好的產品之所以成功，很大一部分功勞就是它成功的選型。這方面是一個不斷積累的過程。CPU的選型是所有選型中的重中之重，很重要。國內有些廠家在生長消費類產品時，一味選擇便宜的cpu和硬件模塊，而忽視一些其它模塊（軟件模塊）的重要性，導致研發周期變長，甚至流產，所以我們在做設計時，一定要全盤考慮清楚。總體說來，電子產品的設計有如下一些選型：
設計工具（原理圖和pcb）：考慮protel容易上手，建議用它。cadence功能強大，也可以考慮，其它的有powerpcb等。
設計平台：windows xp ＋ linux（架站和軟件維護）
cpu：處理性能、技術指標（膠合邏輯）、功耗、軟件支持工具、是否內置調試器、是否提供評估板、價格
操作系統選擇：開發工具（gcc、gdb，是否有第三方工具等）、硬件接口移植難度、內存要求、API是否容易熟悉、是否提供硬件驅動（網口）、是否可以剪裁、實時性能、價格等
IDE選擇：是否容易上手、是否持續更新、編譯調試器功能是否強大。
硬件仿真器：一般做開發應用。
