关于嵌入式系统的软硬件协同设计研究

李 特

（中国船舶重工集团公司第七二三研究所，扬州 225001）

随着时代的进步，科学技术水平提升，计算机技术日益成熟和完善，逐渐朝着嵌入式计算机技术方向发展。在这种情况下，嵌入式系统越来越受关注和重视，并得到了广泛应用。在嵌入式系统中，协同设计是最关键的开放方式之一，能够对软硬件的功能进行综合分析，挖掘其内在的潜能，促使系统高效运行。

1 嵌入式系统的软硬件协同设计描述

1.1 系统描述

对嵌入式系统的描述主要是从两方面出发的，一是性能方面，另一种是功能方面。在系统描述过程中，不仅可以采用一种语言，也可以采用多种语言。同时，这一描述过程也是对软件模型和系统硬件模型的建立过程。在进行嵌入式系统描述时，为了减少软硬件协同设计初期中问题的出现，需要做好系统内行为的测试工作。一方面，可以在第一时间发设计中不合理的地方；另一方为系统安全、可靠运行提供了保证。系统描述需要以系统模型为支撑，为了进行正确的描述，应该确保该模型包括四个元素。一是功能特点，也就是指嵌入式系统的各项功能，同时应该重点明确功能和系统的输入和输出关系。第二是性能描述，在系统模型中，融入这一因素，能够比较全面的反映系统的整体结构，并且需要说明系统输入与输出的联系[1]。第三是约束条件，该要素不仅对嵌入式系统性能缺陷进行了说明，而且还合理的对系统工作环境中的要求进行了规定。第四是技术指标，其能够对系统存在的问题、质量好坏进行说明，为设计工作开展奠定良好基础。

1.2 软硬件综合技术

在嵌入式系统的软硬件协同设计中，软硬综合技术是最重要的技术之一，在软硬件系统的大体设计方面发挥着重要作用。在对其设计结果进行系统检测评价的基础上，可以根据设计要求，有针对性的开展细致的系统制作工作，并且进行软硬件的设计，确保其协调一致，进而可提升设计的科学性，对整个系统运行效率提高具有重要意义。

1.3 软硬件功能划分

在进行软硬件功能划分工作中，主要是科学合理的划分软硬件和嵌入式系统功能，并对二者的关系进行明确。其中，成本函数是软硬件功能划分的主要依据之一。在运用成本函数方面时，需要考虑多方面因素。例如，模块之间的并发性、软件执行时间等。

1.4 协同仿真和系统测试验证

在协调仿真和系统测试验证方面，需要借助硬件描述语言进行嵌入式系统硬件系统的描述工作。为了有效完成设计工作，满足设计要求，需要对软件搭配硬件的方法进行合理的应用，以便为接下来的设计工作创造良好的环境，不仅能够在整体上提高设计效率与质量，而且还能减少设计成本，确保良好的经济效益。

2 嵌入式系统软硬件协同设计的具体方法

在嵌入式系统广泛应用的今天，新的系统设计方法也层出不穷，其中软硬件协同设计方法是最主要的一种，得到了国际认可，它属于一种合乎规范的软硬件描述方法，有利于满足现阶段嵌入式系统软硬件协同设计要求。其具体设计方法主要有以下几种：

第一，基于有限态自动机的方法。在嵌入式系统软硬件协同设计中，运用该方法，不仅能够对自身行为进行有效的描述，而且还可以比较详细的描述软件模型和硬件模型。与此同时，基于有限态自动机的方法可以科学的进行嵌入式系统软硬件的划分，并在此基础上进行整合，对实际转化过程进行说明。但该方法存在着一定的局限性，主要是因为其适用性不是很强，一般来说其不适合应用于大规模嵌入式控制系统的开发。

第二，基于VHDL 方法。相对而言，运用该方法进行嵌入式系统软硬件协同设计的描述，具有方便快捷的优势。在实际描述中，通常情况下会将系统功能描述为VHDL 特性影响的进程，在系统功能评估方面也发挥着重要作用，因此不仅有利于提高嵌入式系统的可靠性，而且还能确保其具有良好的可操作性，可以高效的进行研究开发内容的转换[2]。

第三，基于遗传算法的划分方法。在嵌入式系统软硬件系统设计中，采用基于遗传算法的划分方法，可以从不同方面研究群体局部优化、空间编码等，通过科学的分析计算，能够有效进行软件和硬件划分。其划分工作的完成，需要借助遗传操作的方式，并通过遗传算法进行系统调试工作，既能促使设计成本降低，又能提高设计科学性。同时，在划分过程中，一旦出现划分问题，也可以运用相应的算法及时解决问题。

第四，形式化的验证方法。运用该方法，需要依据嵌入式系统软硬件设计的要求，建立相应的数学模型。在进行系统判断时，还需要对相应算法进行合理的应用，以便确保系统的正确性，使各项性能在合格的范围之内。相对而言，形式化的验证方法具有算法精确的独特优势。但在嵌入式系统软硬件系统设计中，其使用率不是很高，主要是因为其无法满足硬件需求。因此，在设计中，只是将其作为一种系统的验证方法，判断系统的正确与否。

3 结束语

总之，嵌入式系统的软硬件协同设计是当前应用广泛的课题之一。协同设计具体方法主要有形式化的验证方法、基于VHDL、有限态自动机的方法和基于遗传算法的划分方法。在各类嵌入式系统设计中，运用协同设计方法，有利于降低设计成本，对现有资源进行合理配置，确保设计科学性，可以促使系统高效运行。