嵌入式系统复习总结

嵌入式系统

第一章 绪论

1．什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？

嵌入式系统的定义：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。它可以实现对其他设备的控制、监控或管理等功能。 嵌入式系统的特点： 形式多样、面向特定应用； 处理器和处理器体系结构类型多； 关注成本

实时性和可靠性的要求

适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统

2．请说出嵌入式系统与其它商用计算机系统的区别。 通用计算机 看得见的计算机 按其体系结构、运算速率和结构规模等因素分为大、中、小型机和微机 组成 通用处理器、标准总线和外设 软件和硬件相对独立 嵌入式系统 看不见的计算机 形式多样，应用领域广泛，按应用来分 面向应用的嵌入式微处理器，总线和外部接口多集成在处理器内部。 软件与硬件是紧密集成在一起的 开发方式 开发平台和运行平台都是通用计算机 采用交叉开发方式，开发平台一般是通用计算机，运行平台是嵌入式系统 二次开发性

3．嵌入式系统的关键技术有哪些？

1、嵌入式处理器 2、微内核结构 3、任务调度 4、硬实时和软实时 5、内存管理 6、内核加载方式

应用程序可重新编制 一般不能再编程 特征 形式和类型

4．请说明嵌入式系统技术发展及开发应用的趋势。

5．你知道嵌入式系统在我们日常生活中哪些设备中应用?说明其采用的处理器是什么？采用的哪一个嵌入式操作系统？ PDA：PXA25X——Palm OS/WINCE 路由器：ARM9——uclinux

数码相机：ARM9+DSP5000——uclinux 波导手机：ARM9——DOEASY OS 小米： 苹果：

6．开发嵌入式系统的计算机语言主要有哪几种？分别用在什么场合？

7.在项目开发中，采用嵌入式系统和专用集成电路进行设计各有什么优缺点？

C语言——开发操作系统，和硬件相关的一些应用程序 C++语言——开发一些大型的应用程序

汇编语言——开发底层的硬件接口以及一些算法的基本模块

JAVA语言——JSP开发网页，J2EE开发B/S，J2ME开发移动设备的服务程序 VHDL语言——开发CPLD/FPGA芯片、其RTL模型对于ASIC也很有用 C与C++具有可移植性，可以在主机上调试算法程序 应用：小型化、经济化、低功耗、可靠性、智能化、高速 硬件：集成化

操作系统：可靠性、实时性、采用组件化技件->可配置性，可裁剪性，可移植性 开发环境：集成化、智能化、图形化、

第二章嵌入式系统设计方法

1. 需求分析与系统分析法 2．软硬件协同设计方法 3．嵌入式硬件开发方法 4．嵌入式软件开发方法 5．构件式开发方法 6．由上而下研究方法 7．软件调试与软件测试方法

8．嵌入式系统仿真开发方法 思考与练习

1．请说出嵌入式系统设计的主要方法及设计流程。在嵌入式系统开发的总体设计中，需要进行哪几方面的工作？(系统分析法流程图)

嵌入式系统开发的最大特点是需要软硬件综合开发。

2．嵌入式硬件调试的主要方法及技术手段有哪些？

3．什么是构件式开发方法？说明该方法对嵌入式系统开发具有什么意义，并举例说明。 4．为什么要做需求分析？在做需求分析时应当考虑哪些问题？ 5．在进行系统设计时，概要设计和详细设计的工作内容有什么不同？

6．在嵌入式系统实现阶段，需要选择开发平台，通常开发平台的选择包括哪些内容？ 7．在当今IT时代，为了使产品尽快进入市场，就产品开发阶段，你认为有哪些方法可以加快产品的开发速度?

8．什么是“黑盒”测试？什么是“白盒”测试？什么是“灰盒”测试？指出专业测试工具软件 的名称。

9．嵌入式系统开发中，使用软件组件技术有什么好处？

10．什么是知识产权核(Intellectual Property Core,简称IP Core)？指出“软知识产权核(Soft IP Core)”、“硬知识产权核（Hard IP Core)”、“固知识产权核（Firm IP Core)”的意义和差 别。

11．根据嵌入式软件开发的不同阶段，嵌入式开发工具有哪些种类？ 12．从底层硬件到上层应用，嵌入式软件的开发可以分为哪几种？

13．什么是“由上而下”和“由下而上”研究方法？在嵌入式系统研制中各具有什么特点？ 14．什么是交叉开发环境？什么是OCD调试方法？指出OCD的主要形式JTAG和BDM的特点和

区别？指出两者在调试性能方面的差异。

15．嵌入式软件的调试运行环境和固化运行环境主要区别是什么？

16．嵌入式系统仿真开发方法主要有哪两种类型？其中，硬件仿真开发有哪些方式？ 17.软件模拟仿真方法主要有什么特点？模拟仿真结果与真实系统有何不同？ 18．综合思考题：

选择一个嵌入式系统产品（如手机、数码相机、路由器、机顶盒、GPS导航仪、车载视频记录

仪、微波炉及各种智能家用电器等），利用本章学过的知识，进行系统的总体方案和硬件与软件系 统设计。

提示：嵌入式系统开发包括需求分析、设计、实现、测试等方面，应当有设计指标及功能要求。

在实现方面，不需要把产品硬件电路图、程序代码设计出来，只需要概括地说明软硬件的结构，写

出软件硬件需要完成的工作或画出相应的框图、程序流程图即可。 第三章嵌入式系统的硬件基础 1.嵌入式系统硬件基础技术 2.常用嵌入式系统及嵌入处理器分类 3.单片机构成最常用和最基本的嵌入式系统 4.ARM通用嵌入式处理器

5.PLD、CPLD、FPGA是柔性化的硬件处理系统 6.DSP是嵌入式高速信号处理器

7.PC104及工业控制计算机是生产现场控制的典型嵌入式硬件系统 8.国产嵌入式处理器芯片 9.嵌入式系统的节能技术 思考与练习

1．按照原理和功能不同，嵌入式处理器分为哪几种类型？简要说明它们各自不同的主要性能特 点。

2．举出在嵌入式系统开发应用最主流的5种以上的单片机系列及型号。介绍这些单片机的主要

特点、开发工具及最佳的应用场合。

3．简要介绍CPLD与FPGA的工作原理及主要区别，指出为什么FPGA在掉电后其内部电路结构

将会发生变化？FPGA应用中最常用的芯片配置方式有哪些？

4．什么是ISP技术与JTAG技术？简述两者的主要技术特点及区别，指出它们在嵌入式系统调 试中的应用。

5．解释嵌入式处理器的名词MCU、EMPU、SOC、DSP、SOPC、ARM的基本概念，指出其在嵌入式3 系统中的应用特色。

6．简要介绍ARM处理器的主要特点和ARM处理器家族的体系结构、N级流水线结构、流水线冲

突、RISC结构等。

7．讨论TI公司的TMS320C2X、TMS320C5X、TMS320C6X系列DSP的主要特点和最适合的应用场 合。

8．指出2～3种以x86为核心的PC机开发技术在嵌入式系统中的应用实例，请说明它们特点及 的最佳用途。

9．根据模块化和复用的原则，设计嵌入式微控制器系统时，需要设计哪些电路？ 10．通常嵌入式微控制器和微处理器之间有什么异同？它们分别适用于哪些方面的应用？ 11．选择嵌入式处理器需要考虑哪些因素？

12．指出嵌入式处理器的CISC结构与RISC结构的特点及差异。

13．指出NAND Flash和NOR Flash存储器的主要特点、两者的区别及适用场合。 14．请列举2～3种国内自主研发的嵌入式处理器的名称，指出设计单位或设计人的名称，说明

产品的主要特点。

15．了解几种主流的嵌入式处理器的特点和用途，包括：Intel PXA255，PowerPC,ARM(例如，

三星2410)，COLDFIRE处理器，MSP430单片机及凌阳SPCE061A单片机等。 16．DSP研究与开发涉及到哪些算法？DSP算法研究有什么意义和价值？ 17．指出嵌入式系统常用的数据接口有哪些？分别采用的是什么协议？ 18．什么是软核处理器？该处理器与通常所说的微处理器之间有什么区别？

19．什么是SOPC技术？该技术对现代电子设计有什么影响?简述SOPC技术的主要特点及硬件

平台（芯片）的支撑情况。

20．Cortex-M3内核的ARM芯片（TI Stellaris（群星）系列ARM）的主要特点是什么？它采

用ARM什么版本？该处理器最适合什么应用？

21.ARM处理器目前有哪些版本，最新版本的处理器代表有哪些？

22.数码相机的照片文件采用的外存储器主要有哪些类型？请列举4种以上的Flash外存储器 名称。

23.模拟可编程器件有什么特点？主要应用在什么场合？美国Lattice公司的模拟可编程器件 ispPAC10及ispPAC80有什么不同？

24.嵌入式节能设计主要有哪些方法？软件节能技术主要包括那两个方面？具体又有哪些开发 技术？

25.能耗POWER、ENERGY定义，他们之间有什么联系？

26.能耗控制中AVS和DVS技术的含义是什么？他们各有什么特点及优势？ 27.指出MSP430单片机的主要特点，它最适合在哪些环境下的推广应用？ 28.现代嵌入式处理器提高CPU处理性能通常采用哪些方法和技术手段？ 29.ARM处理器的基本寻址方式有多少种？指出常用的有哪些？

30.ARM的运行模式有多少种？这些模式中哪些是特权模式？哪些属于异常模式？ 31.ARM体系结构的存储器格式有大端格式和小端格式，字数据的高字节存储在高地址，而低

字节存储在低地址中，这种存储格式属于哪一种存储格式？

32.指出ARM指令集与Thumb指令集的关系，两种指令集各有什么特点？怎样切换？ 33.程序状态寄存器CPSR是多少位宽度？ARM处理器在不同的运行模式下，CPSR的物理存储空 间是否相同？

34.ARM应用程序开发通常采用C语言或汇编语言（也有两种语言混合使用）进行编程，请讨

论采用这两种语言来开发应用程序，各有什么优势和局限？各自适合于什么应用环境？4 35.请列举2～3种具有自主知识产权的国产嵌入式处理器的名称及研制单位，简单介绍其主 要技术特点，指出研究国产嵌入式处理器有什么意义？

第四章 嵌入式实时操作系统

1．嵌入式实时操作系统RTOS与台式PC机的操作系统有什么实质性的差异？简述RTOS的主要功能和结构，列举至少5种以上的国内外著名的RTOS产品。

差异：

1、 实时性：RTOS是实时操作系统，PC操作系统是分时操作系统

2、 可裁剪性：PC操作系统的研究开发思想是尽可能不改变自身的前提下具有广泛的

适用性。即不论应用环境的变化，最好不要对自身内部产生什么影响。RTOS在研发时必须立足于改变自身、开放自身，让开发人员根据硬件环境和应用环境的不同对操作系统进行灵活的裁剪和配置。

3、 可靠性：PC操作系统比较庞大、复杂，而RTOS比较小巧、简洁，而“越简单、

越可靠、越复杂、故障率越高”。

4、 资源消耗：RTOS是基于资源有限的硬件系统，低资源消耗。PC操作系统运行在系

统资源丰富的硬件系统上如大内存高速的CPU，所以对资源消耗要求并不高。

RTOS主要功能

1、 任务管理(多任务和基于优先级的任务调度) 2、 任务间同步和通信(信号量和邮箱等) 3、 存储器优化管理(含ROM的管理) 4、 实时时钟服务 5、 中断管理服务

RTOS体系结构

1、 应用程序接口API：建立在RTOS编程接口之上的、面向应用领域的编程接口。 2、 RTOS的基本内核：任务（进程/线程）管理；；中断(包括时钟中断)管理；通信管理；

存储管理。

3、 RTOS扩展内核：为方便用户使用而对RTOS系统进行的扩展。在基本内核的基础

上提供GUI、TCP/IP、浏览器、电源管理、动态加载。

4、 设备程序驱动接口DDI：建立在RTOS系统内核与外部硬件之间一个硬件抽象层，

用语言定义软件与硬件的界限，方便RTOS系统的移植和升级。

2．嵌入式实时操作系统和嵌入式软实时操作系统有何特点？代表性的产品有哪些？在被业界公认的嵌入式操作系统中，实时性最出色的RTOS是什么？应用开发与多媒体支持最出色的RTOS是什么？在大规模、产业化产品设计中最适合的RTOS是什么？ 常用嵌入式实时操作系统：

1、 Windows CE（微软）

2、 Plam OS（3Com）——PDA、智能电话 3、 Linux 4、 uc/OS-II 5、 VxWork

实时性最好：Vxworks

应用开发与多媒体支持最出色：Windows CE 大规模、产业化产品设计中最适合：Linux

3．结合实际说说您对嵌入式实时操作系统的概念的理解。引入嵌入式实时操作系统有什么好处？

基本概念：

1、 嵌入式实时多任务操作系统：具有实时性、能支持实时控制系统工作的操作系统。 2、 RTOS：必须在事件发生时能够在严格的时限内作出响应，另外，RTOS具有系统

的可确定性，即系统能对运行情况的最好和最坏等情况作出精确的估计。

引入RTOS的必要性（优点）：

1、提高系统可靠性：将系统堆栈和用户堆栈分开，允许用户在系统设计中从硬件和软件两方面对实时内核的运行实施保护。

2、模块化设计：提高开发效率，缩短开发周期。

3、提供完善的资源配置机制：充分发挥32位CPU的多任务潜力。

4、解决嵌入式软件开发标准化难题：引入RTOS相当于引入一种新的管理模式。 5、提高程序可移植性：嵌入式软件函数化、产品化能够促进嵌入式软件模块的复用性，降低研发成本和缩短开发周期。

缺点：

需要占用更多的系统资源，如额外的ROM/RAM开销

4．国产有代表性的嵌入式操作系统主要包括：深圳商夏高科的RTOS名称是什么？电子科技大学“道系统”名称是什么？中科院凯思公司的RTOS名称是什么？广州周立功公司的RTOS名称是什么？

5．什么前台和后台程序？实用于什么场合？怎样建立前后台程序？ 6．了解嵌入式操作系统的几个术语的含义：

（1）硬实时（Hard Real-Time）：通常将采用优先级驱动的、具有时间确定性的、可抢占调度的实时操作系统而设计的实时操作系统称作硬实时系统。强调对实时性的要求。 （2）内核（Kernal）：

（3）优先级反转（Priority-Inversion）：当一个任务等待比它优先级低的任务释放资源而被阻塞时，就会发生优先级反转。

（4）任务（Task）：RTOS的任务相当于一般操作系统的进程，一个任务就是RTOS的一个可以独立运行的例程。系统中的任务有四种状态：运行、就绪、挂起、冬眠。

深圳商夏高科：商夏2000、商夏3000 电子科技大学“道系统”：Delta OS 中科凯思公司：Hopen(昊鹏系统) 周立功：Small RTOS51

（5）进程（Process）和线程（Thread）

（6）抢占（Preemptive）：指当系统在处于核心态的内核运行时，运行任务重新调度。 （7）调度（Scheduling）

（8）时间片轮转调度（Round-robin Scheduling）

（9）信号量(semaphores)：实际上是一种约定机制，在多任务内核中普遍使用，主要用于：控制共享资源的使用权（满足互斥条件），使两个任务的行为同步。

7．说明嵌入式操作系统选择应考虑哪些因素？

8．嵌入式实时操作系统主要由哪几部分组成？基本内核包括哪些功能模块？

9．嵌入式系统的软件由哪几部分组成？它们之间的关系是什么？

10．在多任务系统中，任务要参与资源的竞争，只有在所需资源都得到满足的情况下，任务才能够得到执行。请画出基本的任务状态之间的转换关系图，标明各种状态转换的条件。

11．根据调度任务在运行过程中能否被打断，可分为哪两种调度方式？在实时内核中，通常采用哪种调度方式？画出不同优先权任务及内核服务程序在调度过程中的可抢占和不可抢占的时序图示。

12．什么是Bootloader？指出Bootloader的两种不同的操作模式，介绍其启动加载的主要过 程。

13．带嵌入式操作系统的嵌入式系统，从复位开始，直到执行用户的应用程序代码，过程中完成了哪些必要的操作？

14．BSP是什么，主要实现哪些功能？

15．嵌入式系统的软件需要移植的原因有哪些？怎样移植？可移植系统如何设计？

16.目前智能手机采用的操作系统有哪些？举出3种以上主流的智能手机操作系统，说明这些操作系统的主要特点。

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