建设单片机应用平台.docx

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1、建设单片机应用平台、实施平台开发战略V0.5(一) 单片机产品平台开发概述目前，单片机应用系统开始进入软、硬件平台方式的社会化大生产。以往从开始到结束一人 包干的开发方式已不能适应时代要求。(1) 平台方式是产品开发的唯一正确模式1什么是平台开发模式在一个设计集团中，实行严格的标准化、系列化，规范化设计，并将某一类产品领域的基本硬件 结构及基本软件形成产品的“统一机芯”，即基础平台，并将基础平台相关的周边扩展电路及应 用软件进行优化、筛选，形成基础平台的平台库资源。在开发新产品时，利用基础平台,并选择 平台库中的相关资源进行。2平台模式不是新概念许多单片机产品开发技术人员，在开发多个系列产品时

2、，都遵循兼容性设计方法，不断优选出 通用电路单元和模块化软件。在开发新产品时，大部分硬件、软件都是在原有的基础上进行 的。高明的技术人员则将基础的、优选的软、硬件资料进行标准化、系列化、规范化整理后 形成新品开发的基础，这就是应用平台的雏形。3平台方式是集团产业产品开发的唯一模式我国单片机行业中，风行随意性的个体英雄主义的落后方式。即使是有较多产品开发人员的 公司，在单片机产品开发中仍在实施“板凳模式”的产品开发方法,大量低水平的重复劳动形成 顽症。采用平台开发模式，施行“阶梯模式”从根本上解决了“板凳模式”的弊端，因此平台方式是 现代电子产品在现社会化大生产方式下,产品开发唯一的正确模式。(

3、2) 平台是现代知识经济的产物平台方式是先进的社会化生产方式，在知识经济下，已形成了一个重要的产业形式。目前许多 重要的电子产品领域已分化成软硬件平台的知识产业和电子产品的整机产业。1平台是知识集成的产物软、硬件平台将产品软、硬件开发所必须的资源最大限度地集合在平台中，为整机业提供了 最傻瓜的应用界面，形成了电子产业中的知识产业与“傻瓜”产业的分工。例如DVD产业 中,Intel公司提供“给你DVD软、硬件平台，保你一个月做出完善的DVD产品”。2平台走上产业化商品形式平台集合了群体技术人员大量的智能劳动,把许多产品开发中的基础软、硬件工作解决在平 台之中。平台严密的标准、规范化设计保证有较好

4、的可靠性与简单的使用界面形成了供产 品开发商使用的商品。（3）平台开发模式中的观念转变在许多有技术实力的电子产品开发中，并不需要购买商品平台,但必须构筑企业的产品应用 平台，实施平台开发模式，并转变产品开发观念。1从个体产品开发模式转变到平台建设基础上的产品开发思路。在这种方式下，个人的技术 能力主要表现在平台建设以及使用软硬件平台迅速完成产品开发的能力上。2从个人英雄主义转变到团队英雄主义上。企业的技术先进表现在有先进的软、硬件平台, 以及在先进的平台上迅速开发出新产品。所有个人的技术贡献完全融化在平台中，即使具体 的产品开发人员也只是在集体技术成果（平台）上前进了一步。人人为平台，平台为人

5、人。3从个人权威转为平台权威。企业中的所有新来的技术人员必须融入平台、接收平台培训, 并在平台的高起点上起步。（4）实行平台开发战略的优势1、技术员工迅速成长,通过平台培训能迅速掌握产品开发技术。2、彻底根除产品开发中大量低水平重复工作。3、平台的知识集成减少了对企业个别员工的依附性。员工的正常流动不会影响企业的技术 实力。4、平台最大限度的产品包容性大大缩短了产品开发周期。5、平台的可靠性积累，保证基于平台开发的产品具有良好的可靠性。6、平台的标准化、系列化、规范化设计极大地有利于产品的生产、维修与更新。二、什么是单片机产品的软硬件平台（一）平台是系列产品的基础资源集合N个系列产品有相似的应

6、用软件和硬件,这些软、硬件进行优选及优化形成了该系列产品的 应用平台。N个系列产品有相似的开发环境，这些开发环境如开发装置、编辑、汇编工具、语言开发工 具、RTOS等，构成了系列产品的开发平台。构成系列核心的硬件体系结构和实时多任务操作系统（或规范的操作系统结构）形成了新产 品研发的产品基础平台。基于单片机资源所制定的标准化、系列化软硬件电路单元及函数、子程序构成了平台库资源 （库电路单元、库函数或子程序库）。（二）SSN设计是平台建设的基础没有SSN设计就无法形成平台的集合基础。平台有最严格规范化的设计，无论平台的建设和 更新维护都要遵循SSN设计方法。平台设计方法本身就是典型的SSN设计。

7、在设计新产品时，要给出基础平台上的标准电路组 合,要规定创新电路的软、硬件规范设计要求。平台的建设、更新、维护要严格遵循SSN的设计原则与方法。建立平台软硬件模块标准。平台软硬件资源除性能优选外，就是完善其标准、系列与规范。所有软、硬件资源形成技术成果时，首先要实现标准化规范化设计,才能形成集体共享性资源,例如虚拟I2C总线软件包，虚拟UART方式软件包（三）平台是现代电子产品的先进研制方式基于平台的产品研发可形成集团智力优势。平台保证了产品系统的基本可靠性。平台建设和产品研发对平台的维护、更新，可迅速优化基础应用平台和平台库。在产品研发 的同时不断地提高软硬件应用平台水平。（四）平台是通向A

8、SIC解决的捷径现代电子系统的ASIC解决是产品系统的重要方向。基于软、硬件平台设计的产品具有可靠的软硬件基础，这是ASIC解决的重要技术前提。基于软、硬件平台设计的产品系列具有较好的兼容性，易形成规模效益。（二）应用平台的建设方法（一）要确定平台类型与应用领域软、硬件平台的范围划定。要保证软硬件平台的针对性，减少硬件资源浪费，必须从单片机类 型和产品类型出发建设平台。单片机厂家平台这是半导体厂家推出新型单片机为开拓市场必须提供的软、硬件平台如：单片机功能及资源的演示系统单片机的开发环境单片机典型应用的参考设计新技术新功能的支持技术。如ISP （ICP）的下载软件,VP的软件包,I2C总线的状

9、态处理模 块、FFU （多域固体更新）应用示例等。用户的应用平台这是用户选择好单片机以后，为研制一系列产品而建设的软、硬件平台,如智能仪表、PDA、 伺服控制等。应用平台应对该产品领域中的基本软、硬件技术进行彻底研究、建立产品系列 的软、硬件基础平台。（二）单片机厂家平台建设厂家平台建设本应由半导体厂家进行,目前则主要由一级代理商带头，厂家配合进行。厂家平 台是单片机销售的重要环节，由代理商的技术部门精心组织,不能以产品研发方式代替。全面、精细地研究单片机的结构原理、创新设计、市场意图,写出单片机的应用指导书。 编制、制作能展示单片机全面功能的演示系统。给出本单片机典型应用的一些参考设计,以模

10、块、应用软件及应用说明书形式提供。对专项技术难点、热点给出软、硬件示范。开发环境应用指导。手册与应用指南。根据上述内容，编制厂家平台目录,设计软、硬件文档实物套装，使单片机用户有十分形象与完 整的平台概念。买单片机提供平台，在平台上起飞，有了厂家平台,用户就可立即开展产品研发 工作。（三）用户应用平台建设在选择好单片机和产品应用领域后，在开发具体型号产品前，应建设起用户应用平台。在大量 产品开发时必须采取基于软、硬件平台的产品研制方法。用户应用平台建设包括基础平台设 计、外围扩展规划、软硬件平台库建设与平台文档及应用规范建设。（1）基础平台设计基础平台是系列化产品的“统一机芯”。基础平台设计的

11、前提是产品系列的综合规划，在没明确 的产品系列时，则以单片机最小系统为基础完成基本系统设计与资源规划。基础平台设计内 容为：2单片机系列兼容性设计3单片机最小系统电路设计4单片机资源的优先级应用分配规划5单片机外围扩展的总线配置6建立基础平台文档及应用规范(2) 外围扩展规划根据产品系列要求的系统扩展与系统配置要求，制定外围扩展的典型系列电路。这些典型电 路应具有典型性，通用性和系列性。因为作为基础平台，虽然起“统一机芯”作用，但在不同产品 中，会有不同的外围电路需求，例如在某个智能仪器的80C51基础应用平台中设置了自适应 等精度数字脉冲频率测量接口及虚拟I2C总线接口。(3) 软、硬件平台

12、库建设(标准元器件整合库、)软硬件平台库是以电路单元和软件子程序或库函数的文档形式存在的。所有基础平台、外围扩展的单元电路及相应的配套软件或典型子程序都应形成平台库文件。(4) 平台文档及应用规范建设(线路板标识规范、线路板命名规范)平台文档及应用规范是单片机产品技术开发中的技术传递语言。新产品研发时要用基础平台 及平台库组合成新品研发的应用平台;新品研发完成后,技术成果必须以平台文档及应用规 范的形式确认。(四) 应用平台建设中的SSN设计SSN设计是应用平台建设的基础。标准化设计是兼容性的基础，系列化是通用性的基础，而规 范化设计则是要确定标准化设计、系列化设计的指令性地位。标准化设计(S

13、tandardzation)标准的电路连接。例如16键64键行列式键盘的行线序、列线序、键号、器件序号。标准文件命名方法。任务名、子程序名、中断服务程序名、符号地址名等。单片机外部扩展电路标准化。并行扩展方式，串行扩展方式。只要有两个以上的相同应用就存在标准化问题。标准化是兼容性应用基础。(二)系列化设计(Seriation)简化繁杂的应用状态。例如将所有的键盘应用用8个独立式键、4x4 16键、8x8 64键标准 键盘电路替代，形成8.16.64键键盘系列。针对不同的应用，规划出优选的软、硬件结构。例如智能仪表中,针对不同的精度要求规划出 低、中、高、超高精度的优选数据采集模块电路。在产品的

14、系列化设计中则要考虑产品的复盖面分割设计。单片机应用系统的柔性特性要求产 品设计时要考虑柔性的系列扩展能力，具有迅速推出系列产品的能力。例如设计热流量计时 同时考虑到热水计和流量计的兼容性设计。系列化是对连续、繁杂应用状态的标称准化设计;而在标准化设计时又要考虑能满足多种兼 容性要求。（三）规范化设计（Normalization）规范化设计是标准化、系列化设计的指令性文件设计。电路标准化规范。制定具体的电路连接规范。例如键盘电路行线、列线选择、键号与行、列 线关系;行列线的画法和称呼。实现电路标准规范，人们能用简练的语言来描述一个标准电路。电路的扩展规范。在标准电路不能直接满足应用要求时，制定

15、出增删性设计原则，例如执行8.16.64键标准电路时，给出使用12键、32键键盘设计的规范。虚拟外围扩展时，应遵循归一化设计原则，形成归一化的操作指令。以规范化的指令操作满足 不同的外围扩展要求。技术文档的规范化设计软件标号、文件名、管理标准（色彩、版本号）（五）应用平台的使用、维护与更新在平台方式的应用产品开发中，要保证应用平台的权威、应用平台的动态性和应用平台更新 中的独立预研。新品研发中要保证平台的权威性新品必须使用基础平台作为产品的最小系统。新品所需要的外围扩展电路及应用程序必须从平台库中选取。新产品研制过程必须遵循平台的规范化管理要求。重视应用平台的动态维护与更新随着器件技术发展以及

16、平台的反复应用，要不断完善与扩展应用平台。每一个新品研发结束时都要对使用的平台软、硬件进行评估，进行确认或提出修改意见，并进 行可靠性登录，对修改意见进行测试及评估。确立新品研发产品成果与技术成果并重政策。技术成果体现在对应用平台完善及更新的贡献 率。（三）平台更新中要保持预研的独立性新品研制中，无法从平台获取的新技术新器件应纳入平台更新规划中,并列为该产品必须完成的预研项目，进行彻底研究，不得以产品开发代替技术预研。随着新器件新技术的发展，应用平台主管工程师及时提出平台更新的独立预研项目。（四）建立平台使用维护与更新管理规范一个优秀的运行中的平台必须有优秀的技术管理，这些技术管理内容主要有：

17、技术文档的版本管理平台库的更新、补充与删除技术成果平台转化中的考核、测评与登录平台软、硬件资源保护（六）基于平台方式产品开发的技术管理采用平台方式进行产品开发时，平台的技术管理至关重要，是平台模式的成败关键。建立总工程师技术责任制总工程师要抓“总”广总”就是平台，而不是单个产品。总工程的技术责任在：平台建设的总体规划SSN设计的规则制定平台的建设、维护与更新升级平台更新的预研项目拟定及考核产品研制的平台组合、技术成果任务下达、回收与平台回馈平台技术文档管理规章的制定、运行与监督在没有厂家提供的半导体厂家平台时，应将厂家平台有关内容纳入应用平台。建立厂家平台目录，最大限度从半导体厂家索取单片机相

18、关资料、手册、应用指南、厂家设 计规范、参考设计，以减少产品设计中单片机资源应用的盲目性。建立产品研发的应用平台目录。并以图解方式列出相应关系，并规定好软、硬件的文件名称。平台建设任务的合理分解，制定平台建设任务书。制定平台测评，验收方法。（三）平台的维护、更新与升级平台维护、更新、升级来源于产品的研发和独立预研课题。产品的软硬件基础来源于平台,产品的创新成果要回馈平台，总工程师要保证产品设计中最 大的平台供给和最大的平台回馈。产品研发中建立技术成果档案。产品研发中要以技术成果论英雄。产品中除了技术成果其 余只是工作量。而进入平台的技术成果才是真正的技术成果。对新器件、新技术拟定独立的预研计划

19、,实行彻底研究，彻底研究应包括全面收集该器件的厂 家资料和进行全面的实验，尽可能实现归一化的应用环境。例如DS1800的独立预研除了要 研究其使用方法，软、硬件接口外，还要完成为单总线的探索，建立单总线的归一化操作指令与 通用软件包，以满足其它单总线器件的应用。（四）制定平台技术文档管理细则并监督实施技术文档的平台的载体。技术文档管理方法是否先进、是否严格是平台健康与生命所在 平台技术文档文本的根本形式是文字文本（包括图形）。只有最终实现文字文本才能形成平 台技术文档。平台技术文档必须有全面注释。包括原理说明、应用指南、资源占用、入口条件、出口状态 等。所有技术交流内容都必须以文字说明。全面注

20、释应以无障碍移植为考核标准。由总工程师制定平台文件的命名管理、版本管理与色彩管理规则。实施严格的命名、版本、 色彩管理方法。文件命名管理。每个平台软件、硬件模块都有唯一的文件名，便于实施按文件名的平台调度 管理，包括分地区的远程调度。文件版本管理。文件版本标志该文件的可靠程度，便于平台文件的动态维护管理。文件版本 管理要形成版本台阶。例如V0.5 （不含V0.5）以下为自己探索试验版本，无法提供他人使 用;V0.5 V0.9（不含V0.9）可供他人参考，但不保证准确可靠；V0.9以上可进入平台,作为试 用文件。在有限的试验条件下保证准确可靠;V1 .0可作为平台正式文件。平台正式文件经产 品正

21、式使用后无重大修改，只进行小数点后版本升级，重大修改时，可进行整数升级。文件色彩管理。文件色彩管理用于技术文档的安全、保密管理要求。按技术密级给技术文档 以颜色标记，如：红皮文件：技术文档的最详尽描述，是企业的核心技术文件及资料，不得复印，不得携出室外， 指定阅读范围。黄皮文件：一般技术文档，有完整的应用指南，不得复印,不得带回家中 绿皮文件：一般技术资料，正在研制中的技术资料。进入色彩管理的文件都属公司技术资料，不向外部提供。文档成果登记平台文档是公司最重要的技术成果，是公司的集体财富，由公司有关成员集体创造。对这些成 果应进行详尽的登录，是公司奖励的最重要依据。单片机智能开发平台解决方案时

22、间：2011-05-06 17:05:21来源：作者：张林生单片机智能开发平台解决方案一、单片机应用开发平台的意义单片机是最初的大型计算机的一个分支，主要用于：工业自动化控制、智能仪器、仪表、航海、 航天、智能家电等领域。单片机作为一种嵌入式产品应用的主流控制芯片，应用十分广泛，而支持它的开 发手段国内还比较落后，目前我国单片机嵌入式产品的开发行业中，仍实行随意性个体的自然经济的落后 方式，即便技术力量较强的公司，也仍在实行“板凳模式”的产品开发方法，大量低水平的重复劳动形成了 顽症。采用平台开发模式实行“阶梯模式”的开发方式从根本上解决了“板凳模式”的弊端。二、单片机开发平台简介单片机应用智

23、能开发平台是为单片机的应用开发提供的一套解决方案，包括有中文开发平台操 作系统、基础平台、扩展功能函数库、仿真调试等功能。开发平台部分为用户提供了一个简易方便的开发 环境，使用户可对单片机应用项目进行可视化开发。基础平台部分提供了一个MCU与基本外部扩展模块 结合的硬件环境，其具有良好的通用性，最大化的内涵度以及非介入性的应用特点，主模块的整体构架经 过优化、筛选、实行严格的标准化、系列化、规范化设计，最终要形成平台的硬件资源库。扩展功能函数 库部分对于基础平台的扩展部分提供了详细的使用函数库，用户在平台的支持下通过对函数的简单调用便 可实现对扩展部分的使用。仿真调试部分可通过平台对开发项目进

24、行仿真调试。内嵌式实时多任务操作系 统，可使对多任务编程变得十分简单。利用本系统开发单片机嵌入式应用项目，会大量节省研发费用，缩短研发周期，提高系统可靠性，达到事半功倍的效果。向用开发基础平合的片机宜用开发平台可视化开发平节界面三、基础平台及I/O模块（一）基础模块按照目前单片机应用功能和通信接口的现状与未来发展，我们设计的基础模块应具备以下的功能：（1）8051兼容内核：额定工作频率12MHz （最大16MHz）；3个16位定时器/计数器；32条可编程的I/O线（部分功能需复用）；9个中断源，两个优先级（可扩展）。（2）前向数据采集通道：8通道高精度12位ADC （片内电压基准、高转换速率可

25、达5卜、DMA方式可选）；两个12位电压输出DAC；扩展八路频率输入接口；片内温度传感器。（3）存储器：64KB Flash/EE程序存储器；2MB Flash数据存储器；256B RAM；16MB外部数据存储地址空间。（4）人机对话通道接口：LCD显示接口（字符/图形）；4x4键盘；语音接口；标准打印机接口（可选）。（5）数据通讯接口：标准 UART 串口（RS232/422）；IrDA红外数据交换接口；无线通信接口（蓝牙技术）；电话线（内置调制解调器）。（6）外围设备：看门狗定时器；时钟电路；电源监视器；扩展4路I2C总线输出；扩展8路电流驱动口。（7）电源：用3V和5V电压工作（正常、空

26、闲和掉电工作模式）。基础模块大致功能接口如图2所示。其中可选项是用户自己可按照我们规定的参数进行配备的硬件模块，同时用户也可用我们自己的配 套功能模块。（二）用户资源设计这一部件是为了让一部分用户可在已有的资源不够用或者不能满足他的特殊要求时而设计的，如开 关量的测量与输出、多种优先级方式的中断系统、其他特殊的IIC总线器件、多机通讯、与上位机通讯、 其他通讯设备的连接、更大的程序存储区和数据存储区的扩展等等。所以需要扩展足够多的地址线和一定 的I/O 口线和其他接口。（三）硬件框图鉴于用户资源和该通用测控系统在同一 MCU控制下，考虑整个系统的功能要求和构件的灵活性，以 及当今硬件发展的潮流

27、，选用一片FPGA来完成所有的扩展。基础模块的内部硬件结构简图如图3所示。四、虚拟仪表虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术发展起来的新型高科技产品，代表着当今仪器发展 的新方向。它既有普通仪器的基本功能，又有其独特的功能。虚拟仪器给用户一个充分发挥才能和想象力 的空间，用户可以根据自己的需求设计自己的仪器系统，满足各种各样的应用要求。在平台中，为了给用 户调试带来方便，设计了虚拟仪表功能，主要包括了数字电压表、逻辑分析仪、波形发生器。（一）逻辑分析仪逻辑分析仪是仿真系统的一部分，它是对用户系统进行外部监视，使用户能够直观地了解到自身系 统的状态。可为用户提供自身系统的状态数据，并进行数据分析

28、，了解用户系统的工作状态。总体设计框图：实现目标：（1）为软件提供8路采集信号（2）实现数据的采集深度为32K（3）实现高频率的采集（4）实现不同频率的采集（5）对数据进行简单的压缩（6）采用RS-232通讯（二）波形发生器波形发生器是一种数据信号发生器。在调试硬件时，要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。 本波形发生器可以定义串口数据，输出波形可变，通过逻辑探钩输出，调试起来简单快捷。其模块功能如 下图5所示。其中一路波形的产生如图6所示。波形发生器一路波形的产生（三）数字电压表因输入信号的变化范围较大（十几微伏几伏）应分为几个档，为方便用户使用拟采用量程自动转 换技术。即根据未知参数量值

29、的范围，自动选择合适的增益或衰减，以切换到合适的量程。量程自动设置 的方法是通过在采集通道中设置可变增益放大器，借助量程转换开关控制其通断，获得所需量程。数字电 压表框图如图7所示。邮到K.机姓控显原数字电压表框图五、仿真器调试器在单片机应用开发中，仿真器是一个重要的辅助开发工具，因此，平台有必要有一个仿真调试 工具。满足使用智能平台做产品开发的用户对目标机仿真调试的要求，并且使用方便可靠。功能要求：（1）全地址空间的仿真。（2）不占用任何用户资源。（3）必须实现硬断点，并且具有灵活的断点管理功能。（4）硬件实现单步执行功能。（5）可跟踪用户程序执行。（6）可观察用户程序执行过程中的变量和表达

30、式。（7）可中止用户程序的运行或用户程序复位。由于单片机应用开发平台集成了大量专业技术和优秀设计思想，把单片机嵌入式应用于开发中 的基础硬件工程，解决在平台之中，平台的严密标准和规范化设计保证了平台化设计有较高的可靠性与良 好的使用界面。使用单片机开发平台可使技术人员迅速成长，通过使用平台培训开发人员能迅速掌握产品 开发技术，彻底根除产品开发中大量低水平重复工作。平台的知识集成减少了企业对个别技术人员的依赖 性，技术人员的流动不会影响企业的技术实力，平台最大限度的包容性大大缩短了产品的开发周期，平台 的可靠性积累，保证了基于平台开发的产品具有良好的可靠性。平台的标准化、系统化、规范化有利于嵌 入式产品的大规模生产、售后服务和产品更新。平台内容方向的确定；硬件平台的组建（内部、外部扩展）；软件平台的组建（根据标准硬件模块 编写的通用的软件功能模块；）；开发环境的搭建；虚拟仪表的研究；平台文档的管理（单片机厂家技术 资料的收集、网上相关资料的收集、自己开发文件的收集）；平台的维护更新和升级；总的使用工作目标，下面是工作职责。再来一个平台工作范畴和目标文档STM8S