嵌入式应用选择正确的系统设计方法：第一部分

华清远见

        现代嵌入式开发设计的功能规格丰富，并且必须在成本，性能等方面遵守多项其他要求，因此它们本质上是复杂的。因此，在设计大型系统时，我们需要方法和框架来帮助指导我们的决策。
        在这个由三部分组成的系列的第一部分中，我将尝试回答以下问题：1）哪些系统设计方法很重要，以及2）使用它们的嵌入式开发人员有什么好处。
        在 第2部分中，我研究（1）需求分析，它捕获了关于什么系统的非正式描述，以及（2） 用于更正式地指定系统功能以及如何将这些规范转变为体系结构设计的技术。第3部分介绍了质量保证（QA）主题，必须在整个设计过程中予以考虑，以确保高质量的设计。
        为什么需要设计方法？
        流程很重要，因为没有流程，我们将无法可靠地交付我们要创建的产品。考虑构建某些东西所需的步骤顺序似乎是多余的。但是事实是，每个人都有自己的设计过程，即使他们没有明确表述。
        如果您要自己在地下室设计嵌入式系统，那么有自己的工作习惯就可以了。但是，当几个人一起完成一个项目时，他们需要就谁将做事以及如何完成工作达成共识。
        当人们一起工作时，对过程保持清晰是很重要的。因此，由于许多嵌入式计算系统过于复杂，无法由一个人进行设计和构建，因此我们必须考虑设计过程。
        设计过程的明显目标是创建一种可以做有用的事情的产品。产品的典型规格包括功能（例如，手机），制造成本（零售价必须低于200美元），性能（必须在3秒钟内上电），功耗（必须使用两节AA电池运行12小时）或其他属性。当然，设计过程除功能，性能和功能外还具有其他重要目标。以下总结了其中三个目标。
        上市时间： 客户始终希望获得新功能。首先出现的产品可以赢得市场，甚至可以为下一代产品设定客户偏好。某些产品的盈利市场寿命为3英寸6个月-如果您迟到了3个月，您将永远无法赚钱。
        在某些类别中，竞争是违规的，而不仅仅是竞争者。例如，计算器在秋季开学前就大量出售。如果您错过了市场窗口，则必须等待一年才能进入另一个销售季节。
        设计成本： 许多消费产品对成本非常敏感。工业购买者也越来越关注成本。系统设计成本与制造成本截然不同-工程师的薪水，设计中使用的计算机等成本必须分散在所售单元中。
        在某些情况下，只能构建一个嵌入式系统的一个或几个副本，因此设计成本可能会占据制造成本的主导地位。当上市时间压力导致团队规模扩大时，设计成本对于大批量消费类设备也很重要。
        质量： 客户不仅希望其产品便宜又便宜，他们也希望它们是正确的。解决劣质产品的设计方法很快将被迫退出市场。从设计工作的开始就必须明确指出正确性，可靠性和可用性，以便最终获得高质量的产品。
        流程会随着时间而发展。它们由于外力和内力而改变。客户可能会更改，需求更改，产品更改以及可用组件也会更改。在内部，人们学习如何做得更好，人们继续进行其他项目，其他人进来，并通过买卖公司来合并和塑造公司文化。
        软件工程师花费了大量时间来考虑软件设计过程。这种想法大部分是由大型机软件（例如数据库）激发的。但是嵌入式开发程序也激发了有关软件设计过程的一些重要思想。
        好的方法对于构建正常运行的系统至关重要。向用户提供越野车系统总是会引起不满。但是在某些应用中，例如医疗和汽车系统，错误会造成严重的安全问题，从而危及用户生命。
        我将在本系列的第3部分中更详细地讨论质量。但是，作为引言，下面的应用示例 描述了导致无人火星空间探测器丢失的问题。
        应用示例：火星气候观测者的损失。 1999年9月，专为研究火星而设计的美国无人飞行器火星气候观察员失踪了，它很可能爆炸了，因为它靠近火星后在火星大气层中升温。
        IEEE Spectrum和特约编辑詹姆斯·奥伯格（James Oberg）的分析表明，由于一系列问题，该航天器太靠近火星了。
        从嵌入式系统的角度来看，最好将第一个问题归类为需求问题。在洛克希德·马丁公司制造航天器的承包商计算了数值，供喷气推进实验室（JPL）的飞行控制器使用。JPL没有指定要使用的物理单位，但他们希望它们以牛顿为单位。
        洛克希德·马丁公司的工程师以磅力为单位返回了值。这种差异导致轨迹调整比原先的预期大4.45倍。
        该错误不是由软件配置过程捕获的，也不是由手动检查捕获的。尽管担心航天器的轨迹，但并没有及时发现航天器位置计算中的错误。
        确定设计流程的有用性
        设计流程是设计过程中应遵循的一系列步骤。其中一些步骤可以由工具（例如编译器或CAD系统）执行；其他步骤可以手动执行。在本节中，我们研究设计流程的基本特征。
        下面的图9.1 显示了瀑布模型，它是为软件开发过程提出的第一个模型。瀑布式开发模型包括五个主要阶段：需求分析确定系统的基本特征；架构设计将功能分解为主要组件；编码实现了各个部分并将它们集成在一起；测试发现错误；和维护需要现场部署，错误修复和升级。
实用项目推荐：
使用Excel模板生成报表
http://www.makeru.com.cn/course/details/2738?s=136257
智能小车设计
http://www.makeru.com.cn/live/3905_1418.html?s=136257
（智能WiFi小车）

http://www.makeru.com.cn/video/2474.html?s=136257
便携式智能医疗

http://www.makeru.com.cn/video/3200_16367.html?s=136257