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基于一类移动嵌入式系统的数字化产品具有硬件平台多样性、软件平台及应用软件通用性和产品款式独特性等特点。随着32位嵌入式微处理器和各种嵌入式操作系统的出现,这类嵌入式系统的设计与开发变得越来越复杂。这种系统硬件/软件呈现出的高度细分格局,使系统硬件/软件协同设计方法、存储技术的应用模式、系统硬件/软件综合技术和虚拟调试技术等方面的研究,成为提高嵌入式系统开发质量、缩短系统的开发周期和提高开发效率的关键因素,也成为系统设计与开发需要解决的关键问题。 在讨论嵌入式系统设计一般方法的基础上,本文首先以构造一类移动嵌入式系统的设计平台为目标,针对嵌入式系统开发过程中所存在的问题,阐述了系统的硬件/软件协同设计技术和硬件/软件划分方法,提出了以系统硬件/软件划分策略为基础,系统组件的权重值为参考,组成元素划分为依据的设计理念。同时,构造了基于移动环境的系统的硬件/软件协同设计的EHSC(Embedded Hardware/Software Codesign)模型。该模型主要寻找嵌入式系统硬件、软件功能的优化组合,使系统的整体性能、存储容量、运行时间、电耗等达到最佳状态。该模型为解决诸如最终目标平台的某些性能指标超过系统设计目标的相应要求,导致硬件投入较高而性能/价格比较低(Over Design)或最终目标平台的某些性能指标不能满足规格说明的要求(Under Design)等问题提供了新的设计方法。 嵌入式系统的存储策略与通用计算机系统相似,其存储设备、存储系统及其应用技术是开发嵌入式系统的一个重要研究分支。文中提出了Flash存储器的数据存取模式的综合设计方案,设计了一种嵌入式虚拟存储系统方法EVSS(Embedded Virtual Storage System);研究了Flash文件系统FMFS(Flash MemoryFile System)设计方案;讨论了构造Flash数据库系统FDBS(FDBS,Flash Database System)的方法和实现方案。通过上述工作,实现了在嵌入式系统中对Flash存储器的复用设计目标。 为构造优化的一类移动嵌入式系统平台,本文在具体分析了各种影响系统性能的因素以后,提出了建构优化系统的三要素,即:按系统设计目标确定合适的硬件/软件部件,提高系统的性/价比;移植适用的成熟软件减少编程周期和增加调试的灵活性;目标平台设计突出便携特征。以此为楔入点,文中探讨了在系统PCI总线中采用微控制器作为控制单元的端口分配策略;提出了微控制器与外部硬件设备的连接方案;在WINDOWS CE3.0平台上,设计了用户窗口、Flash动画和视频播放方案等应用软件;讨论了系统防电磁干扰技术。 针对目前系统中存在多种高性能微处理器、多型号存储器、不同的总线、多种嵌入式操作系统和复杂的应用程序等问题,本文还构造了嵌入式系统虚拟调试环境,提出了基于总线接口的硬件/软件协同测试方法;研究了虚拟模型调试结构和同步策略;实现了系统和应用软件的跨平台移植和检测。 在对移动嵌入式系统综合研究的基础上,根据EHSC模型,完成了具有代表性的一种移动嵌入式系统——“电子书包”阅读器的设计工作。 研究与实践证明,本文提出的移动嵌入式系统集成化硬件/软件协同设计方法框架结构是合理的,对Flash存储器的数据存取模式所采用的结构与策略是可行的。“电子书包”阅读器采用流行的硬件/软件技术和硬件/软件接口共享及接口复用的解决方案可以缩短产品的研发周期。由于目前系统硬件/软件平台的多样性和系统部件不断推陈出新以及应用个性化特点,使系统设计的基础理论研究还需进一步的深化。正是这些特性,提供了嵌入式系统在理论和实践两方面深入研究的发展契机。