嵌入式系統(tǒng)設計師考試筆記

1、嵌入式系統(tǒng)設計師考試筆記之嵌入式系統(tǒng)基礎知識嵌入式系統(tǒng)設計師考試筆記之嵌入式系統(tǒng)基礎知識1、嵌入式系統(tǒng)的定義（1）定義：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。（2）嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的4個階段：無操作系統(tǒng)階段、簡單操作系統(tǒng)階段、實時操作系統(tǒng)階段、面向Inter階段。（3）知識產權核（IP核）：具有知識產權的、功能具體、接口規(guī)范、可在多個集成電路設計中重復使用的功

2、能模塊，是實現系統(tǒng)芯片（SOC）的基本構件。（4）IP核模塊有行為、結構和物理3級不同程度的設計，對應描述功能行為的不同可以分為三類：軟核、固核、硬核。2、嵌入式系統(tǒng)的組成：硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應用軟件層（1）硬件層：嵌入式微處理器、存儲器、通用設備接口和IO接口。嵌入式核心模塊＝微處理器＋電源電路＋時鐘電路＋存儲器Cache：位于主存和嵌入式微處理器內核之間，存放的是最近一段時間微處理器使用最多的程序代碼和數據。它的主要目標是

3、減小存儲器給微處理器內核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快。（2）中間層（也稱為硬件抽象層HAL或者板級支持包BSP）：它將系統(tǒng)上層軟件和底層硬件分離開來，使系統(tǒng)上層軟件開發(fā)人員無需關系底層硬件的具體情況，根據BSP層提供的接口開發(fā)即可。BSP有兩個特點：硬件相關性和操作系統(tǒng)相關性。設計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：A、嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化和BSP功能。片級初始化：純硬件的初始化過程，把嵌入式微處理器從上電的默認狀態(tài)逐步設置成

4、系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。板級初始化：包含軟硬件兩部分在內的初始化過程，為隨后的系統(tǒng)初始化和應用程序建立硬件和軟件的運行環(huán)境。系統(tǒng)級初始化：以軟件為主的初始化過程，進行操作系統(tǒng)的初始化。B、設計硬件相關的設備驅動。（3）系統(tǒng)軟件層：由RTOS、文件系統(tǒng)、GUI、網絡系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發(fā)平臺。（4）應用軟件：由基于實時系統(tǒng)開發(fā)的應用程序組成。3、實時系統(tǒng)（1）定義：能在指定或確定的時間內完成系統(tǒng)功能和對

5、外部或內部、同步或異步時間做出響應的系統(tǒng)。（2）區(qū)別：通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應時間和用戶的使用方便；而實時系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。（3）特點：時間約束性、可預測性、可靠性、與外部環(huán)境的交互性。（4）硬實時（強實時）：指應用的時間需求應能夠得到完全滿足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財產損失和生態(tài)破壞，如：航天、軍事。（5）軟實時（弱實時）：指某些應用雖然提出了時間的要求，但實時任務偶爾違反這種需求對

6、系統(tǒng)運行及環(huán)境不會造成嚴重影響，如：監(jiān)控系統(tǒng)、實時信息采集系統(tǒng)。（6）任務的約束包括：時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。4、實時系統(tǒng)的調度（1）調度：給定一組實時任務和系統(tǒng)資源，確定每個任務何時何地執(zhí)行的整個過程。（2）搶占式調度：通常是優(yōu)先級驅動的調度，如uCOS。優(yōu)點是實時性好、反應快，調度算法相對簡單，可以保證高優(yōu)先級任務的時間約束；缺點是上下文切換多。（3）非搶占式調度：通常是按時間片分配的調度，不允許任務在執(zhí)行期間被

7、中斷，任務一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄，如WinCE。優(yōu)點是上下文切換少；缺點是處理器有效資源利用率低，可調度性不好。（4）靜態(tài)表驅動策略：系統(tǒng)在運行前根據各任務的時間約束及關聯關系，采用某種搜索策略生成一張運行時刻表，指明各任務的起始運行時刻及運行時間。（5）優(yōu)先級驅動策略：按照任務優(yōu)先級的高低確定任務的執(zhí)行順序。（6）實時任務分類：周期任務、偶發(fā)任務、非周期任務。（7）實時系統(tǒng)的通用結構模型：數據采集任務實現傳感器數據的采

8、集，數據處理任務處理采集的數據、并將加工后的數據送到執(zhí)行機構管理任務控制機構執(zhí)行。5、嵌入式微處理器體系結構（1）馮諾依曼結構：程序和數據共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數據存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數據總線，程序和數據的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…（2）哈佛結構：程序和數據是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問，是一種將程序存儲和數據存儲分開的存儲器結構。例如：AVR、

9、ARM9、ARM10…（3）CISC與RISC的特點比較（參照教程22頁）。計算機執(zhí)行程序所需要的時間P可以用下面公式計算：P=ICPIT這方面的內容，從總體上有個概念性的認識應該就可以了。10、嵌入式系統(tǒng)中信息表示與運算基礎（1）進位計數制與轉換：這樣比較簡單，也應該掌握怎么樣進行換算，有出題的可能。（2）計算機中數的表示：源碼、反碼與補碼。正數的反碼與源碼相同，負數的反碼為該數的源碼除符號位外按位取反。正數的補碼與源碼相同，負數的補

10、碼為該數的反碼加一。例如－98的源碼：11100010B反碼：10011101B補碼：10011110B（3）定點表示法：數的小數點的位置人為約定固定不變。浮點表示法：數的小數點位置是浮動的，它由尾數部分和階數部分組成。任意一個二進制N總可以寫成：N=2PS。S為尾數，P為階數。（4）漢字表示法（教程67、68頁），搞清楚GB231880中國標碼和機內碼的變換。（5）語音編碼中波形量化參數（可能會出簡單的計算題目哦）采樣頻率：一秒內采樣

11、的次數，反映了采樣點之間的間隔大小。人耳的聽覺上限是20kHz，因此40kHz以上的采樣頻率足以使人滿意。CD唱片采用的采樣頻率是44.1kHz。測量精度：樣本的量化等級，目前標準采樣量級有8位和16位兩種。聲道數：單聲道和立體聲雙道。立體聲需要兩倍的存儲空間。11、差錯控制編碼（1）根據碼組的功能，可以分為檢錯碼和糾錯碼兩類。檢錯碼是指能自動發(fā)現差錯的碼，例如奇偶檢驗碼；糾錯碼是指不僅能發(fā)現差錯而且能自動糾正差錯的碼，例如循環(huán)冗余校驗

12、碼。（2）奇偶檢驗碼、海明碼、循環(huán)冗余校驗碼（CRC）。（教程70到77頁）12、嵌入式系統(tǒng)的度量項目（1）性能指標：分為部件性能指標和綜合性能指標，主要包括：吞吐率、實時性和各種利用率。（2）可靠性與安全性可靠性是嵌入式系統(tǒng)最重要、最突出的基本要求，是一個嵌入式系統(tǒng)能正常工作的保證，一般用平均故障間隔時間MTBF來度量。（3）可維護性：一般用平均修復時間MTTR表示。（4）可用性（5）功耗（6）環(huán)境適應性（7）通用性（8）安全性（9）

13、保密性（10）可擴展性性價比中的價格，除了直接購買嵌入式系統(tǒng)的價格外，還應包含安裝費用、若干年的運行維修費用和軟件租用費。13、嵌入式系統(tǒng)的評價方法：測量法和模型法（1）測量法是最直接最基本的方法，需要解決兩個問題：A、根據研究的目的，確定要測量的系統(tǒng)參數。B、選擇測量的工具和方式。（2）測量的方式有兩種：采樣方式和事件跟蹤方式。（3）模型法分為分析模型法和模擬模型法。分析模型法是用一些數學方程去刻畫系統(tǒng)的模型，而模擬模型法是用模擬程序

14、的運行去動態(tài)表達嵌入式系統(tǒng)的狀態(tài)，而進行系統(tǒng)統(tǒng)計分析，得出性能指標。（4）分析模型法中使用最多的是排隊模型，它包括三個部分：輸入流、排隊規(guī)則和服務機構。（5）使用模型對系統(tǒng)進行評價需要解決3個問題：設計模型、解模型、校準和證實模型。真題解析1、2007年4、5題若每一條指令都可以分解為取指、分析和執(zhí)行三步。已知取指時間t取指＝4△t，分析時間t分析＝3△t，執(zhí)行時間t執(zhí)行＝5△t。如果按串行方式執(zhí)行完100條指令需要（4）△t。如果按照