嵌入式系统设计有三个不同的层次：1 .一级：以PCB CAD软件和ICE为主要工具的设计方法。这种方法一直被我国单片机应用系统的设计者沿用至今，其步骤是先抽象后具体。抽象设计主要是根据嵌入式应用系统的功能需求，将系统功能划分为若干功能模块，绘制系统功能框图，然后将软硬件功能分配给功能模块。具体设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要是根据性能参数的要求，选择和组合各功能模块所需的元器件，其选择的基本原则是市场上能买到的性价比最高的常用元器件。必要时需要对每个不确定的部分分别进行测试，功能测试，性能测试，找到从模块到系统相对优化的方案，画出电路原理图。硬件设计的关键步骤是使用印刷电路板(PCB)计算机辅助设计(CAD)软件对系统的元件进行布局和布线，然后是PCB加工、组装和硬件调试。工作量最大的部分是软件设计。软件设计贯穿整个系统设计过程，包括任务分析、资源分配、模块划分、流程设计与细化、编码与调试等。软件设计的工作量主要集中在程序调试上，所以软件调试工具是关键。最常用和有效的工具是在线模拟器(ICE)。2.第二层次：基于EDA工具软件和EOS的设计方法。随着微电子技术的发展，出现了各种通用可编程半定制逻辑器件。在硬件设计中，设计人员可以利用这些半定制器件，将多个原本由印刷电路板互连的标准逻辑器件逐步制作成专用集成电路(ASIC)，从而将印刷电路板布局布线的复杂性转化为半定制器件内部配置的复杂性。但是，半定制器件的设计并不要求设计者具备半导体工艺和片上集成电路布局布线方面的知识和经验。随着半定制器件的规模越来越大，可以集成的器件越来越多，使得印制板上互连器件的布线、组装和调试成本越来越少，不仅大大减少了印制板的面积和连接器的数量，还降低了系统的综合成本，增加了可编程应用的灵活性，更重要的是降低了系统功耗，提高了系统的工作速度，大大提高了系统的可靠性和安全性。这样，硬件设计人员从过去选择和使用标准的通用集成电路器件，逐渐转向自己设计和制造一些特殊的集成电路器件，而这些技术都有各种EDA工具和软件的支持。半定制逻辑器件经历了可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL、复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程门阵列FPGA的发展过程。趋势是集成度和速度不断提高，功能不断增强，结构趋于合理，使用变得更加灵活方便。设计人员可以使用各种EDA工具和标准的CPLD和FPGA来设计和制作自己的用户专用大规模集成电路。然后通过自下而上的设计方法，将半定制器件设计的集成电路、可编程外围器件、选定的ASIC和嵌入式微处理器或微控制器在印制板上布局布线，形成系统。3.第三级：基于IP内核库，采用软硬件协同设计技术的设计方法。90年代以后，从“集成电路”到“集成系统”的设计开始转变。目前已经进入SOC(System o-n a chip)的设计阶段，开始进入实用阶段。这种设计方法并不是简单地将系统需要的所有集成电路都集成到一个芯片上。如果这样实现单芯片系统，是不可能达到高密度、高速度、高性能、小体积、低电压、低功耗的要求，尤其是低功耗的要求。
单片机系统的设计要从整个系统的性能要求出发，紧密结合微处理器、模型算法、芯片结构、各级外围设备和器件的设计，基于全新的理念，通过系统软硬件的协同设计，在一个芯片上完成整个系统的功能。有时也可以在几个芯片上制作系统。因为，其实并不是所有的系统都可以在一个芯片上实现；也有可能是实现单芯片系统的工艺成本太高，以至于失去了商业价值。目前，实用的单片机系统仍然是简单的单片机系统，如智能IC卡。然而，几个著名的半导体制造商正忙于研究和开发复杂的单片系统，如单片PC。从头开始设计一个整体系统既不现实也没有必要。因为除了设计不成熟，没有通过时间的考验，系统性能和质量无法保证之外，还会因为设计周期长而失去商业价值。为了加快单芯片系统的设计周期，提高系统的可靠性，目前最有效的方法是通过授权使用成熟优化的ip核模块进行设计集成和二次开发，并使用GLT(Glue Logic Technology)将这些IP核模块嵌入到SOC中。IP内核模块是单片机系统设计的基础，购买哪个级别的IP内核模块要根据现有的基础、时间、资金等条件来决定。必然是购买硬IP内核模块风险最小，但成本最大。但总的来说，购买IP内核模块不仅可以降低开发风险，还可以节省开发成本，因为购买IP内核模块的成本一般低于独立设计和验证的成本。当然，并不是所有需要的IP内核模块都可以从市场上买到。为了垄断市场，一些公司开发的一些关键IP内核模块不愿意授权转让(至少暂时不愿意)。像这样的IP内核模块还得自己开发。这三个层次各有适用范围。从应用程序开发的角度来看，前两种方法已经被采用了很长时间。三级设计法只能用于普通具体应用人员设计简单的单片机系统。复杂的单片系统只能由一些大的半导体厂商来设计和实现，用这种方法实现的单片系统只能是那些应用广泛、规模较大、值得开发的应用系统。还有一些应用系统因为技术问题或者商业价值问题，不适合在单个芯片上实现。当它们以商品的形式引入相应的单片系统时，应用人员只能选择它们。所以三个层次的设计方法会并存，不会简单的用后者代替前者。初级应用程序设计人员将关注第一种方法；有经验的设计师会优先考虑第二种方法；非常专业的设计师会使用第三种方法来设计和应用一个简单的单片系统。但是所有的设计者都可以应用由半导体制造商介绍的第三种方法设计的专用单片系统。结论目前我国设计的三个层次分别处于“面”、“线”、“点”的状态。习惯了一级设计方法的电子信息系统设计人员，需要逐步向二级过渡和发展；第二层次设计方法应由“线”逐渐发展到“面”；第三级设计方法要求国家有关部门根据IT发展战略和规划，组织各方面力量进行攻关，协调发展。第三层次设计方法应由“点”逐渐发展到“线”。
