2016年嵌入式系統開發工程師考試複習要點彙總

　　1、嵌入式系統的定義

(1)定義：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬體可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。

(2)嵌入式系統發展的4個階段：無作業系統階段、簡單作業系統階段、實時作業系統階段、面向Internet階段。

(3)智慧財產權核(IP核)：具有智慧財產權的、功能具體、介面規範、可在多個積體電路設計中重複使用的功能模組，是實現系統晶片(SOC)的基本構件。

(4)IP核模組有行為、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、嵌入式系統的組成：硬體層、中間層、系統軟體層和應用軟體層

(1)硬體層：嵌入式微處理器、儲存器、通用裝置介面和I/O介面。

嵌入式核心模組=微處理器+電源電路+時鐘電路+儲存器Cache：位於主存和嵌入式微處理器核心之間，存放的是最近一段時間

微處理器使用最多的程式程式碼和資料。它的主要目標是減小儲存器給微處理器核心造成的儲存器訪問瓶頸，使處理速度更快。

(2)中間層(也稱為硬體抽象層HAL或者板級支援包BSP)：它將系統上層軟體和底層硬體分離開來，使系統上層軟體開發人員無需關係底層硬體的具體情況，根據BSP層提供的介面開發即可。

BSP有兩個特點：硬體相關性和作業系統相關性。設計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：

A、嵌入式系統的硬體初始化和BSP功能。

片級初始化：純硬體的初始化過程，把嵌入式微處理器從上電的預設狀態逐步設定成系統所要求的工作狀態。

板級初始化：包含軟硬體兩部分在內的初始化過程，為隨後的系統初始化和應用程式建立硬體和軟體的執行環境。

系統級初始化：以軟體為主的初始化過程，進行作業系統的初始化。

B、設計硬體相關的裝置驅動。

(3)系統軟體層：由RTOS、檔案系統、GUI、網路系統及通用元件模組組成。

RTOS是嵌入式應用軟體的基礎和開發平臺。

(4)應用軟體：由基於實時系統開發的應用程式組成。

　　3、實時系統

(1)定義：能在指定或確定的時間內完成系統功能和對外部或內部、同步或非同步時間做出響應的系統。

(2)區別：通用系統一般追求的是系統的平均響應時間和使用者的使用方便;而實時系統主要考慮的是在最壞情況下的系統行為。

(3)特點：時間約束性、可預測性、可靠性、與外部環境的互動性。

(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系統執行及環境不會造成嚴重影響，如：監控系統、實時資訊採集系統。

(6)任務的約束包括：時間約束、資源約束、執行順序約束和效能約束。

　　4、實時系統的排程

(1)排程：給定一組實時任務和系統資源，確定每個任務何時何地執行的整個過程。

(2)搶佔式排程：通常是優先順序驅動的排程，如uCOS。優點是實時性好、反應快，排程演算法相對簡單，可以保證高優先順序任務的時間約束;缺點是上下文切換多。

(3)非搶佔式排程：通常是按時間片分配的排程，不允許任務在執行期間被中斷，任務一旦佔用處理器就必須執行完畢或自願放棄，如WinCE。優點是上下文切換少;缺點是處理器有效資源利用率低，可排程性不好。

(4)靜態表驅動策略：系統在執行前根據各任務的時間約束及關聯關係，採用某種搜尋策略生成一張執行時刻表，指明各任務的起始執行時刻及執行時間。

(5)優先順序驅動策略：按照任務優先順序的高低確定任務的執行順序。

(6)實時任務分類：週期任務、偶發任務、非週期任務。

(7)實時系統的通用結構模型：資料採集任務實現感測器資料的採集，資料處理任務處理採集的資料、並將加工後的資料送到執行機構管理任務控制機構執行。

　　5、嵌入式微處理器體系結構

(1)馮諾依曼結構：程式和資料共用一個儲存空間，程式指令儲存地址和資料儲存地址指向同一個儲存器的不同物理位置，採用單一的地址及資料匯流排，程式和資料的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…

(2)哈佛結構：程式和資料是兩個相互獨立的儲存器，每個儲存器獨立編址、獨立訪問，是一種將程式儲存和資料儲存分開的儲存器結構。例如：AVR、ARM9、ARM10…

(3)CISC與RISC的特點比較(參照教程22頁)。計算機執行程式所需要的時間P可以用下面公式計算：P=I×CPI×T

I：高階語言程式編譯後在機器上執行的指令數。

CPI：為執行每條指令所需要的平均週期數。

T：每個機器週期的時間。

(4)流水線的思想：在CPU中把一條指令的序列執行過程變為若干指令的子過程在CPU中重疊執行。

(5)流水線的指標：

吞吐率：單位時間裡流水線處理機流出的結果數。如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率應為最長子過程的倒數。

建立時間：流水線開始工作到達最大吞吐率的時間。若m個子過程所用時間一樣，均為t，則建立時間T=mt。

(6)資訊儲存的位元組順序A、儲存器單位：位元組(8位)

B、字長決定了微處理器的定址能力，即虛擬地址空間的大小。

C、32位微處理器的'虛擬地址空間位232，即4GB。

D、小端位元組順序：低位元組在記憶體低地址處，高位元組在記憶體高地址處。

E、大端位元組順序：高位元組在記憶體低地址處，低位元組在記憶體高地址處。F、網路裝置的儲存順序問題取決於OSI模型底層中的資料鏈路層。

　　6、邏輯電路基礎

(1)根據電路是否具有儲存功能，將邏輯電路劃分為：組合邏輯電路和時序邏輯電路。