软硬件划分
划分 原则
性能原则。满足性能为先。
性价比原则。低成本，高要求。 资源利用率原则：使用率与速度间平衡
嵌入式系统硬件设计
平台选择
重用
单CPU或尽 量少的CPU
简化操作
处理器选择
模块划分 可靠性
子系统划分 EMC/温湿度/安规/
硬件组件设计
硬件构件功能设计
硬件构件详细设计
硬件构件制作
跨域三个阶段
优特产品生命周期
原型机开发 阶段
需求及计划 阶段
设计及开发 阶段
验证及发布 阶段
产品定义
“产品定义”相当于一般软件工程中的需求分析
名称 目的 输入 输出 功能 性能 生产成本 功耗 物理尺寸和重量
工程项目名称，总体概括 系统主要特征 信号、按键、控制面板等 显示器、蜂鸣器、继电器等 执行哪些动作 响应速度、实时性、实用性 硬件成本、人力成本为主 供电或电池需求 和应用场景和应用模式相关
设计方法
传统嵌入式系统设计采用的 软件和硬件独立的设计方法
目前嵌入式系统所采用的 软/硬件协同设计的方法
系统架构设计
系统架构设计
系统 软硬 处理 操作 开发 总体 件划 器选 系统 环境 框架 分 定 选定 选定
目录
嵌 入 式 系 统 设 计
概念 特点 流程
实例
实例1：嵌入式数控系统
数控机床控制框图
测试技巧
在Glen Ford Myers的《The Art of Software Testing》一
书中，他描述了一个仅有5个判定点的小程序，但它却有10
用例仅需要5分钟，而要彻底测试这个程序要用上10亿年！ 理想测试是不切实际的！
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条
独一无二的执行路径。他指出，如果编写、执行和编译一个测试
合理的变通方法：功能测试（黑盒）+覆盖测试（白盒）； 超限测试、边界测试、异常测试、随机测试、性能测试 语句测试、判定或分支覆盖、条件覆盖
硬件构件单元测试
硬件构件联合测试
嵌入式系统软件设计
平台选择
操作系统在开发、 平台是否有良好 开发人员对系统 移植、裁剪、资 的发展前景 或平台是否熟悉 源方面是否占优
编程语言通用、可 移植、执行效率高、 可维护性好
集成开发考虑的因 素（调试器，支持 的库函数，技术支 持和产品升级）
软件平台适用于 规划的硬件平台
嵌入式系统设计流程
为电力自动化领域提供最佳解决方案
目录
嵌 入 式 系 统 设 计
概念 特点 流程
实例
概念
系 统
嵌入式系统是以应用为 中心、以计算机技术为 基础，软件硬件可裁剪， 适应应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、 功耗严格要求的专用计 算机系统。
概念
应 用
嵌入式应用软件的开 发必须将硬件、软件、 人力资源等元素集成 起来，并进行适当的 组合以实现目标应用 对功能和性能的需求。
CPU计算伺服变化
实例1 ：硬件划分
系统板 级框图
芯片级系 统框图
实例1 ：硬件划分
子系统框图
实例1 ：软件划分
任务划分 人机管理任务 数据处理任务
模块框图
运动控制任务
逻辑控制任务 伺服控制任务
软件接口
uC/OS-II 实时操作系统
引导结构 硬件检测系统 数控系统程序接口 硬件设备驱动程序
实例1 ：系统集成与测试
双向逆变器 控制器
低压柜出 线控制器
低压柜出 线控制器
双向逆变器
开关、控制、 保护、计量、 采集一体化 负荷
太阳能
应急电源
柴油发电机
储能
用户站控制结构(MGC)
实例1 ：产品定义
名称 目的
UT-D162用户侧智能微网协调控制系统之微网协调控 制装置 解决现有配电网供电系统不能双向互动，用户只能被 动参与（被限电拉闸）的局限性；将消除用户负荷和 分布式能源的波动对系统供需平衡和稳定运行造成的 威胁；将能满足客户对供电质量的更高要求，将能最 大限度地保障用户重要负荷的供电可靠性，最大限度 地为电网稳定提供响应支持，最大限度地降低用电成 本，最大限度地降低能源损耗，最大限度地减少排放。 控制面板/ 开入/模入/ 串行接口通信 RS232、485/以 太网/ 控制曲线/控制参数 继电器开出/PWM输出/ 基于IEC61850的网络通信/常用通信规约/有序用电管 理/频率控制策略/功率控制策略/并网与孤岛切换
实例1 ：产品定义
名称
嵌入式数控系统
目的
输入
自动阅读输入载体上事先给定的数据，并将其译码， 从而使机床移动和加工零件
键盘/ 机床IO/ 串行接口通信 RS232/ USB /程序编辑
输出 功能 性能
生产成本 功耗 物理尺寸和重量
伺服驱动的输出/字符图形显示
译码功能/刀具补偿功能/ 速度处理功能/ 插补功能/ 主 轴速度功能/ 刀具功能/ 辅助功能/报警/自诊断功能 响应性高 主要是对突发事件的反应(如撞刀，急停). 需要进行许多复杂的运算.一个月不能死机 市场竞争激烈,低成本占优 节能 空间占用小
目录
嵌 入 式 系 统 设 计
概念 特点 流程
实例
特点
软硬件协同并 行开发
面向特定应用
实时嵌入式系 统多样性
比PC机可利 用资源少
交叉开发环境
程序需要固化
开发难度较大

需要开发工具 和操作系统的 支持
硬件开发工具 和软件包的支 持
目录
嵌 入 式 系 统 设 计
概念 特点 流程
实例
流程之产品生命周期
功能干涉测试 压力测试
容量测试
性能测试
安全测试
容错测试
实例4：智能微网协调控制系统
互联网或专网 配电网 网关
智能微网协调控 制装置UT-MG
人机客户端
远程客户端
以太网
空调节能 智能家居
配变检测
通讯控制器
集抄系统
380V
以太网/ 现场总线
光伏投切 控制器
能源控制终端
能源控制终端
硬件调试工具的选 择（USB TAP）
可利用的软件组件
实时性
可靠性 可扩展性
嵌入式系统软件设计
开发流程
系统集成和测试
在系统的硬件构件和软件构件建立起来后，将硬件构件、软 件构件和执行装置集成在一起才能得到一个可以运行的系统。 单元测试
集成测试 黑盒测试 白盒测试 灰盒测试
实例1 ：软硬件划分
功能/任务 硬件 软件
人机管理
键盘输入，CPU扫描？ FPGA采集？
键盘按下中断响应
PLC逻辑数学运算 数据处理 细插补，将轨迹点细化为 粗插补，输出详细的轨迹 电机的脉冲信号输出，精 点，需要大量计算 度要求高，上FPGA CPU计算 逻辑控制
运动控制
FPGA完成信号检测
伺服控制