基于模型的嵌入式软件开发方法研究

论文摘要

嵌入式系统已经改变了从低端的日常消费类电子产品到复杂的工业控制系统等高端技术产品。并且随着硬件价格的不断降低、功能的日益强大,嵌入式系统的应用变得更为普及。但与此同时越来越短的产品周期与不断增加的客户需求也使嵌入式软件的开发陷入设计瓶颈。依靠手工编程的设计流程已经很难胜任新的开发需求,而且手工编写的代码很难不出现软件缺陷,就连世界上最强大的软件帝国—微软公司的软件都会不断打补丁,嵌入式软件由于应用情况千差万别而更容易出现各种缺陷。查找和解决这些问题需要花费大量的人力和时间,有时会导致软件的重新开发。特别是在安全系数要求较高的产品中,出现问题甚至会危及到人身安全。因此事先防范才是最好的解决办法。而基于模型的设计方法则能彻底改变这种情况。近几年国外汽车电子行业的一些龙头企业就已经率先用基于模型的方法进行产品开发,代码自动生成逐步取代手工编程,收到了良好的效果。但是,基于模型的嵌入式软件开发方法还未得到普及。一方面是人们认为基于模型的方法所需要的工具不易掌握,另一方面是自动代码生成工具目前只对少数型号的微控制器提供完整支持。而在实际应用中为了满足用户在性能、功能、封装尺寸、成本等方面的不同需求,微控制器的品种繁多,而这些器件又很少兼容。因此,除少数大公司外的众多用户使用基于模型的开发方法会有一定的困难。通过对Simulink/Statenow及RTWEC(实时工作间嵌入式代码生成器)工具软件的分析研究,提出了一种适用于各种型号微控制器的基于模型的嵌入式软件开发方法。将嵌入式系统的控制逻辑模型自动生成代码,然后和手工编写的与微控制器直接相关的底层驱动代码进行规范有效的整合,完成嵌入式软件的开发。并通过两个实例验证了这种方法的有效性和易操作性,体现了与传统开发方法相比的优越性。课题所研究的方法对于运用工具进行基于模型的嵌入式系统开发方法的普及将会起到一定的推动作用。无论是对嵌入式系统控制软件进行完整开发,还是对已有系统进行局部改造、完善和新增功能,都是一个有效且易于实施的方法。本研究已经用于研究生的课程中,在较短的时间内,硕士研究生用此方法在课程实验中顺利实现了低耗能、多功能电子钟的设计和调试,收到了良好的效果。也表明了这种方法具有很好的推广性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、意义及国内外研究现状
• 1.2 课题研究的主要内容
• 第二章 基于模型的设计方法
• 2.1 基于模型的设计思想简介
• 2.2 基于模型设计方法的优越性
• 2.2.1 传统设计方法存在的问题
• 2.2.2 基于模型设计方法的优势
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于模型的嵌入式软件设计方法研究
• 3.1 基于模型的嵌入式软件开发流程
• 3.2 建模与仿真
• 3.2.1 建模工具的选择
• 3.2.2 建立模型
• 3.2.3 模型的仿真
• 3.3 控制逻辑模型自动代码生成
• 3.4 嵌入式软件代码整合
• 3.5 本章小结
• 第四章 设计汽车电动天窗监控系统进行方法验证
• 4.1 汽车电动天窗监控系统设计概述
• 4.2 汽车电动天窗监控系统硬件设计
• 4.2.1 微控制器选型
• 4.2.2 DC\DC电压转换电路
• 4.2.3 电机驱动模块电路设计
• 4.2.4 按键电路设计
• 4.2.5 基于霍尔传感器的车窗防夹模块设计
• 4.2.6 EEPROM模块设计
• 4.2.7 元件选型与PCB图的绘制
• 4.3 汽车电动天窗监控系统软件设计
• 4.3.1 软件设计要求
• 4.3.2 系统建模
• 4.3.3 控制逻辑建模
• 4.3.4 用Stateflow仿真霍尔传感器
• 4.3.5 自动代码生成与代码整合
• 4.4 实验步骤和结果
• 4.4.1 汽车电动天窗监控系统测试实验步骤
• 4.4.2 测试结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 通过对已有系统的局部功能改进进行方法验证
• 5.1 LCD显示模块设计要求
• 5.2 LCD显示模块建模
• 5.3 自动生成代码与代码整合
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 个人简况及联系方式