20、嵌入式系统设计：特性、挑战与设计流程

嵌入式系统设计：特性、挑战与设计流程

1. 嵌入式系统的特性

嵌入式系统具有一系列独特的特性，这些特性决定了其设计的复杂性和独特性。

1.1 代码大小

在嵌入式系统设备上动态加载额外代码仍属例外情况，主要局限于智能手机和机顶盒等设备。由于连接性有限和安全问题，这种情况可能会持续。因此，嵌入式系统运行的代码通常需与系统一同存储，且往往没有硬盘可用。所以，针对特定应用，代码大小应尽可能小，这对于片上系统（SoC）尤为重要。若指令存储器要集成到芯片上，必须高效使用。不过，当更高密度的存储器（以每单位体积的位数衡量）出现时，这一设计目标的重要性可能会改变，基于闪存的存储器可能会产生重大影响。

1.2 重量

所有便携式系统都必须轻便，低重量通常是购买特定系统的重要考量因素。

1.3 成本

对于大众市场的高产量嵌入式系统，尤其是消费电子产品，市场竞争力至关重要，需要高效利用硬件组件和软件开发预算。应使用最少的资源来实现所需功能，尽量减少硬件资源和能源的使用。为降低能耗，时钟频率和电源电压应尽可能小，且只保留必要的硬件组件，那些不能改善最坏情况执行时间的组件（如许多缓存或内存管理单元）通常可以省略。

1.4 与物理环境的连接

嵌入式系统常通过传感器收集物理环境信息，并通过执行器控制该环境。执行器是将数值转换为物理效应的设备。这种与物理环境的连接催生了“网络物理系统”这一术语。专注于微控制器编程的嵌入式系统教育往往忽视了这种连接，而新术语有助于将嵌入式系统设计从微控制器编程中解放出来。

1.5 实时约束

许多网络物理系