基于FPGA的嵌入式系统设计
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摘 要： 可编程片上系统设计是一个崭新的、富有生机的嵌入式系统设计技术研究方向。本文在阐述可编程逻辑器件特点及其发展趋势的基础上，探讨了智力产权复用理念、基于嵌入式处理器内核和xilinx FPGA的SOPC软硬件设计技术，引入了基于英特网可重构逻辑概念并提出了设计实现方法，为基于FPGA的嵌入式系统设计提供了广阔的思路。
1 概述
1.1 FPGA的特点及其发展趋势
嵌入式系统是一个面向应用、技术密集、资金密集、高度分散、不可垄断的产业，随着各个领域应用需求的多样化，嵌入式设计技术和芯片技术也经历着一次又一次的革新。虽然ASIC的成本很低，但设计周期长、投入费用高、风险较大，而可编程逻辑器件（Programmable Logical Device）设计灵活、功能强大，尤其是高密度现场可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array）其设计性能已完全能够与ASIC媲美，而且由于FPGA的逐步普及，其性能价格比已足以与ASIC抗衡。因此，FPGA在嵌入式系统设计领域已占据着越来越重要的地位。
FPGA的基本结构由以下几个部分构成：可编程逻辑功能模块CLB （Configurable Logic Blocks）
可编程输入输出模块IOB（Input/Output Blocks）
可编程内部互连资源PI（Programmable Interconnection）
随着工艺的进步和应用系统需求，一般在FPGA中还包含以下可选资源：存储器资源（Block RAM和Select RAM）
数字时钟管理单元（分频/倍频、数字延迟）
I/O多电平标准兼容（Select I/O）
算数运算单元（乘法器、加法器）
特殊功能模块（MAC等硬IP核）
微处理器（PPC405等硬处理器）
以FPGA为核心的PLD产品是近几年集成电路中发展得最快的产品。随着FPGA性能的高速发展和设计人员自身能力的提高，FPGA将进一步扩大可编程芯片的领地，将复杂专用芯片挤向高端和超复杂应用。目前FPGA的发展趋势主要体现在以下几个方面：向更高密度、更大容量的千万门系统级方向迈进向低成本、低电压、微功耗、微封装和绿色化发展IP资源复用理念将得到普遍认同并成为
主要设计方式MCU、dsp、MPU等嵌入式处理器IP将成为FPGA应用的核心随着处理器以IP的形式嵌入到FPGA中，ASIC和FPGA之间的界限将越来越模糊，未来的某些电路版上可能只有这两部分电路：模拟部分（包括电源）和一块FPGA芯片，最多还有一些大容量的存储器。Xilinx等公司最新一代FPGA：Spartan II/E、Virtex II Pro及其相关IP Core的推出，使我们有理由相信，可编程片上系统（System on Programmable Chip）的时代已经离我们不远了。
1.2可编程片上系统（SOPC）的基本特征
可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
SOPC结合了SOC和FPGA各自的优点，一般具备以下基本特征：至少包含一个嵌入式处理器内核具有小容量片内高速RAM资源丰富的IP Core资源可供选择足够的片上可编程逻辑资源处理器调试接口和FPGA编程接口可能包含部分可编程模拟电路单芯片、低功耗、微封装SOPC设计技术实际上涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容，除了以处理器和实时多任务操作系统（RTOS）为中心的软件设计技术、以PCB和信号完整性分析为基础的高速电路设计技术以外，SOPC还涉及目前以引起普遍关注的软硬件协同设计技术。由于SOPC的主要逻辑设计是在可编程逻辑器件内部进行，而BGA封装已被广泛应用在微封装领域中，传统的调试设备，如：逻辑分析仪和数字示波器，已很难进行直接测试分析，因此，必将对以仿真技术为基础的软硬件协同设计技术提出更高的要求。同时，新的调试技术也已不断涌现出来，如Xilinx公司的片内逻辑分析仪Chip Scope ILA就是一种价廉物美的片内实时调试工具。
2 IP资源复用理念与IP Core设计
2.1 IP资源复用理念
由于芯片设计的复杂性和产品面市时间对于保证终端市场的成功率至关重要，设计师不断寻求缩短设计周期的方法，以及更有效的设计方式。随着我们步入系统级芯片时代，利用IP内核和可编程逻辑进行设计复用显得日趋重要。
IP资源复用（IP Reuse）是指在集成电路设计过程中，通过继承、共享或购买所需的智力产权内核，然后再利用EDA工具进行设计、综合和验证，从而加速流片设计过程，降低开发风险。IP Reuse已逐渐成为现代集成电路设计的重要手段，在日新月异的各种应用需求面前，超大规模集成电路设计时代正步入一个IP整合的时代。
IP Reuse不仅仅应用于专用集成电路设计，对基于FPGA的嵌入式系统设计领域而言，更是具有举足轻重的地位。FPGA在采用IP内核方面走在了市场的前面，其原因有以下几个方面：FPGA具有极高的灵活性和面市时间短的特点，这使得多项设计迭代可以在数小时而不是数周内完成由于FPGA密度达到了百万门甚至是千万门，越来越多的设计师倾向于使用IP内核保持和提高产品的产量可
编程逻辑价格低廉，可以作为切实可行的生产工具以及最佳原型设计，而且不许要昂贵的EDA设计工具，大大降低了设计门槛2.2 IP Core设计方法：编码风格与项目模板IP Core是IP Reuse的载体和核心内容，基于应用需求、规范协议和行业标准的不同，IP Core的内容也是千差万别的。但是，为了使IP Core易于访问和易于集成，其设计必须遵循一定的规范和准则。
在IP Core的开发方面，许多开放性的团体都付出了巨大的努力来推动各种IP Core的开发和IP Reuse理念的推广，其中比较著名的是Open Cores开发组织（https://www.doczj.com/doc/f618234316.html,）。他们不仅开发了许多开放源代码的IP Core，涵盖了处理器IP、处理器外设控制器IP、算术运算单元IP、dsp算法IP等方面，而且编写了详细的IP Core编码风格和项目模板，并倡导了一种总线标准wishbone，用于规范各种IP Core的接口标准。国内开放性团体IP Core开发小组（https://www.doczj.com/doc/f618234316.html,）也在IP Core开发和IP Reuse理念的推广和普及方面进行了不懈的努力。
编码风格（Coding Style）是基于HDL的IP Core源码编写的指导性文档，其可读性直接关系到IP Core的易于访问和易于集成性。编码风格一般包含几个方面的约定：文件头和版本说明、联机注释、命名规则、可综合编码等。
项目模板则规定了完成一个IP Core设计包含的主要内容及所需提供的文档，项目模板内容及其文档直接关系到IP Core的易于集成特性，一个IP Core 必须是完整的、经过全面验证的，才能顺利地集成到应用项目中去。项目模板一般包含几个方面的内容：项目定义、接口说明、系统结构和模块、设计文档说明、测试验证报告、约束和实现、版本说明、试用评价以及参考文献等。
编码风格和项目模板详细文档的英文版和中文版可分别从上述两个网站获得。
2.2 IP Core验证：仿真、测试与评估板
IP Core设计在完成编码阶段以后，对其功能的测试验证是一项非常重要的内容，因为这直接关系到IP Core资源的可用性。仅仅通过功能仿真、时序仿真和测试向量验证的IP Core是不完备的，它必须通过实际系统的验证。国际上各大公司通常采用的办法是评估板验证，也即构建一个与实际系统IP Core应用一致的硬件环境，通过下载FPGA配置使其具备相应的逻辑功能，并进行实物仿真。
另外，由于IP Core的许可成本较高，用户也通常希望在购买IP Core之前，对其功能进行充分的验证以确定是否适合于目标系统，从而降低投资风险，（当然，内核和源代码的知识产权是加了保护措施的），Xilinx公司的Sing Once 和Altera公司的Open Core均提供了这样的平台。
Xilinx公司和Altera公司均提供了许多用于评估IP Core的FPGA评估板，如USB、MAC、IEEE1394等等。许多第三方设计中心，如Insight，还开发了用于SOPC系统集成的Virtex II MicroBlaze评估板和Virtex II Pro PPC405评估板等等。Xilinx FPGA的国内专业设计公司长沙依元素科技
（https://www.doczj.com/doc/f618234316.html,）还开发了用于测评各类基本IP Core以及学习培训用途的数字刀剑？系列 （DigitalSword？ Series Kit）评估板，该系列评估板提供了VGA、LCD、音频、键盘鼠标、串口、并口、USB Slave、I2C等电平接口，并提供了标准扩展总线以及丰富的子板功能模块支持。
3 FPGA基本开发流程与开发工具
3.1FPGA基本开发流程主要包括设计输入（Design Entry）；设计仿真（Simulation）；设计综合（Synthesize）；布局布线（Place & Route）；配置（Configuration）五个主要步骤。
设计输入主要有原理图输入和HDL输入两种方式，一般开发商都同时支持两种输入方式。有些熟悉硬件设计的工程师开始喜欢利用原理图进行设计，这种方法非常直观，但基于可移植性和规范化方面的考虑，绝大部分深入FPGA设计和ASIC设计的工程师最终都将统一到HDL平台上来。
设计仿真包含功能仿真和时序仿真两项主要内容，功能仿真忽略了综合和布局布线导致的时延等因素，仅仅从逻辑上进行仿真，这对设计思路的验证是有帮助的，但必须通过时序仿真作进一步验证，发现并修正时序问题。
设计综合将HDL语言生成用于布局布线的网表和相应的约束。综合效果直接导致设计的性能和逻辑门的利用效率，因此，许多可编程逻辑器件开发商都支持第三方综合和仿真工具，著名的有：Synplicity、Synopsys和ModelSim等。
布局布线工具利用综合生成的网表，在FPGA内部进行布局布线，并生成可用于配置的比特流文件。布局布线工具与可编程逻辑器件工艺及其布线资源密切相关，一般由可编程逻辑器件开发商直接提供。
随着可编程逻辑器件容量的不断增大和设计性能要求的不断提高，对传统的FPGA开发工具提出了挑战。以Xilinx公司为例，应IP Core开发和集成的需要，开发了IP Core使用工具Core Generator和IP Core包装工具IP Capture；提供了模块化设计工具Modular Design用于超大规模设计的团队项目开发；用片内逻辑分析仪ChipScope ILA进行片内逻辑调试；Xpower则用于设计功耗分析并得出相应的解决方案；还有System Generator结合Simulink甚至可以简单地实现数字信号处理模型（如FIR滤波器和FFT等）的FPGA硬件实现。此外，一些有争议的设计工具，如基于C语言的FPGA开发工具DK1等为超大容量FPGA
设计和复杂逻辑设计提供了值得尝试的途径。
3．2处理器IP Core：
Micro Blaze与PPC405将处理器IP Core嵌入到可编程逻辑器件是基于FPGA 的嵌入式系统设计的前提条件，目前，国内外许多单位已成功的将51单片机、ARM和PPC等处理器内核嵌入各种可编程逻辑器件并进行了应用系统的设计，其中最著名的要数Xilinx公司的Micro Blaze和Altera公司的Nois了。Xilinx 从Pico Blaze到Micro Blaze，再到PPC405，完成了从8位单片机到32位微处理器的逐步完善和性能提升。
Micro Blaze 是一个专门为Xilinx FPGA优化的RISC嵌入式软处理器，符合IBM Core Connect标准，能够与PPC405系统无缝连接，Micro Blaze软处理器内核的结构如图2所示，
图2 Micro Blaze IP Core结构框图
它具备以下基本特征：32个32bit通用寄存器硬件乘法器（仅限Virtex II 系列）
32bit地址总线和32bit数据总线三操作数32bit指令字，两种寻址模式独立的片内程序32bit总线和数据总线片内总线遵循OPB（On-chip Peripheral Bus）标准通过LMB（Local Memory Bus）访问片内Block RAM Micro Blaze是一个非常简化，但有具有较高性能的软处理器内核，他可以在性价比很高的Spartan II（-E）系列FPGA上实现，系统时钟频率为75MHZ，仅占用400个Slice 资源，相当于10万门FPGA容量的三分之一，而10万门的Spartan II系列FPGA 的批量目标市场价格仅为10美元左右，非常适合消费类嵌入式产品应用需求。
在Xilinx最新一代FPGA Virtex II Pro中，嵌入了IBM公司的PPC405 RISC 结构硬处理器（如图3所示），
图3 PPC405 IP Core结构框图
该处理器内核具备以下基本特征：32位、Harvard结构，300MHZ以上工作频率支持IBM Core Connect总线标准符合PowerPC UISA标准低功耗：0.9mW/MHZ 硬件乘法和除法单元32个32bit通用寄存器16KB双端口程序缓存16KB双端口数据缓存内存管理单元（MMU）支持独立的调试和跟踪接口PPC405硬处理器内核性能上与现有的EPPC Core完全一致，含有PPC405 Core 的Virtex II Pro系列FPGA还附加了Gbit收发器和18×18硬件乘法器以及庞大的可编程逻辑资源，非常适合于通信、图像信号处理以及复杂应用系统的设计，并提供了更加灵活的设计模式。
3.3 基于Micro Blaze和PPC405 Core的SOPC软硬件开发
基于嵌入式处理器内核的SOPC系统开发是一个软硬件协同设计的过程，一方面，它极大地提高了系统设计的灵活性和快速的设计迭代周期，使整个开发过程变得更加可控；另一方面，一些新的调试和设计问题，如逻辑分析仪和数字示波器的接入等，对调试设备和调试手段提出了更高的要求，为了尽可能避免问题的产生，要求有更好的设计工具和集成开发环境，保证IP Core资源的可用性和设计实现的一致性，让设计工程师从烦琐的内部时序调试中解放出来。
Xilinx提供了针对Micro Blaze Core应用系统开发的集成开发环境MDK，该开发环境包含了用于硬件描述和系统生成的Platform Generator、用于软件设计和编译的Micro Blaze IDE，GDB调试可通过FPGA配置JTAG接口进行，无需任何附加的调试硬件，配合Foundation ISE4.2和FPGA目标板即可进行全功能开发，MDK还包含了UART、GPIO、Watchdog、Timer/Counter、EMC和中断控制等基本处理器外设库，用户可以添加兼容OPB总线标准的任意IP
Core.Insight和依元素科技均提供了功能全面的Micro Blaze Core评估工具。
PPC405 Core是一个高性能的处理器内核，它具有独立于FPGA JTAG的调试端口和更加复杂的调试功能，我们甚至可以将基于PPC405 Core的SOPC调试直观地理解为基于IBM PPC405处理器和大容量FPGA的单板机调试，只不过这个单板机无需进行传统的PCB设计和调试，设计迭代过程全部在计算机上进行。
PPC405 Core的软件集成开发环境支持传统的IBM PPC405开发环境，Xilinx提供了相应的系统集成开发环境和GNU软件开发工具包支持。第三方软件开发商Wind River和Montvisa已分别宣布其VxWorks和HardHat Linux实时操作系统（RTOS）及其集成开发环境支持Virtex II Pro 系列FPGA，Insight和Avnet
已开始销售含有Virtex II Pro FPGA的高端评估板。依元素科技也推出了用于开发PowerPC系列处理器的GNU集成开发工具和利刃？系列调试工具，以及含有PowerPC处理器的原型评估板。
4 基于Internet可重配置逻辑（IRL）
4.1 IRL技术的基本特征与应用
Internet Reconfigurable Logic （IRL）是Xilinx倡导的一种新的FPGA 设计理念，其核心是通过Internet对远程设备的硬件设计和软件程序进行升级、重构、调试和监控，这种设计理念伴随着嵌入式Internet技术的蓬勃发展必将对嵌入式设备的设计模式产生深远的影响。
IRL包括三个方面的基本要素：含有配置bit流或应用程序的主机含有配置功能的目标系统Internet或远程访问介质在Internet环境下，可通过Web Browser访问远程目标机，通过HTTP、FTP协议、Java Applet和CGI等功能实现数据、文件传输和交互控制功能。在某些特殊环境下，远程访问介质可以是PSTN、无线网络或其它特殊媒介，这在某些工业控制场合以及军事应用中是常见的。
IRL技术可以应用于许多场合，诸如：在部分功能没有完成全面测试之前就可以先将产品投放市场；故障设备的远程维护；远程修复产品使用过程中发现的Bug；对已售出的产品升级新的功能；对新出现的标准和协议予以支持等等。总而言之，采用IRL技术将带给我们的产品三个明显的优势：缩短产品上市时间；减少产品维护费用；延长产品生命周期。
4.2 IRL技术的设计实现
在基于Web Browser的条件下，主机端的应用程序将达到最简化，主机端无需安装任何特殊应用程序就可完成对远程设备的操作，这种简化对用户而言是必要的。这样，目标机的设计就是IRL技术实现的全部内容。
一般而言，目标机端IRL模块应实现以下功能：以太网或Modem接入TCP/IP 或TCP/IP+PPP协议栈Http Web Server支持CGI、ASP或Java Script FPGA配置时序，至少支持JTAG配置模式足够的存储空间和配置故障恢复功能在嵌入式Internet技术和处理器的支持下，这些功能的实现已经不是技术上的瓶颈了，图4给出了依元素科技也开发的IRL评估模块原理框图，
图4 基于Rabbit2000的IRL模块原理框图
该这种实现方式是一种基于单片机或专用处理器的IRL实现方式。Avnet 推出了基于PowerPC和PMC总线的高端IRL技术评估板。
在本文研究的SOPC设计技术的基础上，FPGA甚至能够通过内部嵌入式处理器内核（如Micro Blaze和PPC405）及其软件支持，实现对自身的重构和升级。
5 结束语
随着可编程逻辑器件工艺的不断进步和开发工具的不断增强，FPAG将更加广泛的应用在各个领域，FPGA的将在更广泛的范围普及，成本和价格将不再成为我们拒绝在设计中采用FPGA的理由。我们有理由相信，SOPC、IRL等设计理念将会对我们的设计方式产生新的变革，也必将给每一位嵌入式工程师带来有益的思路和更加宽广的创意空间。
嵌入式系统设计与应用第五章程序设计与分析（1） 西安交通大学电信学院 任鹏举
本章主要内容 Software Design Cycle ●嵌入式软件中的组件(状态机 、循环缓存器、队列) ●编程模型，如数据流和控制图●编译方法介绍 ●根据性能、大小和功耗来分析 和优化程序 ●如何测试程序以验证其正确性
1 嵌入式程序组件 ●状态机（State machine） 用变量来表示内部的状态，根据输入完成状态的转移交通灯控制、CPU design controller ●循环缓冲区（Circular buffer） I/O input buffer ●队列（Queue）
状态机（1） ● 反应系统（reactive system ）：响应外部事件的系统。 ●外部输入是间歇到达● 适合使用状态机描述 ● 有限状态机是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。 ●Moore 机：● Mealy 机：输出只由当前状态确定 输出依赖于当前状态和输入
状态机（2） 例子：一个简单的座位安全带控制器 idle buzzer seated belted 未入座/-入座/定时器启动 未系安全带且定时器未超时/- 未系安全带/定时器启动系好安全带/-系好安全带/蜂鸣器关闭 定时器超时/蜂鸣器启动 未入座/-未入座/蜂鸣器关闭输入/输出-= 无动作
状态机（3） #define IDLE 0#define SEATED 1#define BELTED 2#define BUZZER 3switch (state) { case IDLE: if (seat) { state = SEATED; timer_on = TRUE; } break; case SEATED: if (belt) state = BELTED; else if (timer) state = BUZZER; break; case BELTED: if (!seat) state = IDLE; else if (!belt) state = SEATED; break; case BUZZER: if (belt) state = BELTED; else if (!seat) state = IDLE; break; } Inputs ：seat, belt, timer Outputs: buzzer
嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统
一、选择题(共30分，每题2分) 1．嵌入式处理器指令的执行周期包括（） A.启动、运行、退出 B.取指令、指令译码、执行指令、存储 C.启动、运行、挂起、退出 D.取指令、指令译码、执行指令 2．下列不属于嵌入设计处理器本身带有的基本接口是（） A.串口； B.并口； C.PCIE； D.AD/DA； 3．以下几个步骤是DMA控制过程的主要节点，请选出正确的DMA控制流程(请求信号HRQ)为（） A. CPU让出总线控制权(响应信号HLDA) B. DMA控制器向CPU请求总线使用权 C. DMA控制器控制总线,发总线命令、传送数据 D. DMA总线控制器归还总线控制权 5. CPU重新获取总线控制权 A. 2，1，3，4； B. 1，2，3，4； C. 3，1，4，2； D. 3，4，1，2； 4、一个嵌入式系统可以含有多个总线,以下不属于IO总线的为（） A.AGP； B.PCI； C.AHB； D.ISA 5．VHDL是（） A.硬件描述语言 B.软件描述语言 C.构件描述语言 D.软件开发工具 6．以下不属于mC/OS-II中支持的中断类型的是（） A.硬件中断 B.外部中断 C.陷井中断 D.临界区中断 7．将系统启动代码读入内存是（）的主要职责 A.内存管理； B. VFS； C.Boot Loader；D：虚拟内存 8．CAN总线是指（）
A.控制器局域网 B.网络传输协议 C.数据标准 D.软硬件接口 9．属于LCD三种显示方式的是（） A.投射型、反射型、透射型 B.投射型、透反射型、透射型 C.反射型、透射型、透反射型 D.投射型、反射型、透反射型 10．操作系统内核是指（） A.操作系统的调度部分 B.操作系统的驱动 C.操作系统的存储管理 D.操作系统的核心部分 11.ICE在线仿真器上有大量的RAM，（）是主要的一种 A SRAM B DRAM C Block RAM D 影子RAM 12.下面是PowerPC架构嵌入式微处理器的不是主要特点是（） A.独特的分支出来单元可以让指令预期效率大大提高。 B.超标量的设计。 C.适合大量向量运算，指针现行寻址的智能化算法。 D.可处理“字节非对齐”的数据存储。 13.下列选项中，不是实时操作系统必须满足的条件是（） A.具有可抢占的内核 B.中断可嵌套 C.任务调度的公平性 D.具有优先级翻转保护 14.BSP作为一种嵌入式软件，他的主要特点是（） A：与硬件无关，与操作系统有关 B：与硬件和操作系统都相关 C：与硬件有关，与操作系统无关D：与操作系统和硬件都无关 15.JTAG的引脚TCK的主要功能是（） A.测试时钟输入； B.测试数据输入，数据通过TDI输入JTAG口； C.测试数据输出，数据通过TDO从JTAG口输出； D.测试模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式。 二、判断题（每题2分，共20分） ( )1.嵌入式系统调试通常可以分为硬件级调试和在线仿真器调试。
《嵌入式系统设计与应用》课程设计 题目嵌入式系统的实践教学探讨 1．嵌入式系统设计与应用课程的内容概述 1.1 内容概述 本课程适用于计算机类专业，是一门重要的专业课程。它的任务是掌握嵌入式系统的基本概念；掌握嵌入式处理器 ARM 体系结构，包括ARM总体结构、存储器组织、系统控制模块和I/O外围控制模块；掌握ARM指令集和Thumb指令集；掌握ARM汇编语言和C语言编程方法；了解基于ARM 的开发调试方法。它的目的是了解和掌握嵌入式处理器的原理及其应用方法。 1）介绍嵌入式系统开发的基础知识，从嵌入式计算机的历史由来、嵌入式系统的定义、嵌入式系统的基本特点、嵌入式系统的分类及应 用、嵌入式系统软硬件各部分组成、嵌入式系统的开发流程、嵌入 式技术的发展趋势等方面进行了介绍，涉及到嵌入式系统开发的基 本内容，使学生系统地建立起的嵌入式系统整体概念。 2）对ARM技术进行全面论述，使学生对ARM技术有个全面的了解和掌握，建立起以ARM技术为基础的嵌入式系统应用和以ARM核为基础 的嵌入式芯片设计的技术基础。 3）ARM指令系统特点，ARM 指令系统，Thumb 指令系统，ARM 宏汇编，ARM 汇编语言程序设计，嵌入式 C 语言程序设计。 1.2实践教学探讨 在IEEE 计算机协会2004年6月发布的Computing Curricula Computer Engineering Report， Ironman Draf t 报告中把嵌入式系统课程列为计算机工程学科的领域之一，把软硬件协同设计列为高层次的选修课程。美国科罗拉多州立大学“嵌入式系统认证”课程目录包括实时嵌入式系统导论、嵌入式系统设计和嵌入式系统工程训练课程。美国华盛顿大学嵌入式系统课程名称是嵌入式系统
嵌入式系统设计与应用复习资料 （一）?单项选择题： 1. 下面哪个系统属于嵌入式系统。 （ 八、“天河一号”计算机系统 C 、联想S10±网木 D ） B 、联想T400笔记本计算机 D 、联想OPhone 手机 2. 软硕件协同设计方法与传统设计方法的最大不同Z 处在于（B ）。 A 、软硬件分开描述 C 、协同测试 3. 卜?面关于哈佛结构描述正确的是（A A 、程序存储空间与数据存储空间分离 C 、程序存储空间与数据存储空间合并 4. 下面哪一种工作模式不属于ARM 特权模式 A 、用户模式 B 、系统模式 C 、 5. ARM7TDM1的工作状态包括（D ）。 A 、测试状态和运行状态 C 、就绪状态和运行状态 6. USB 接口移动硬盘最合适的传输类型为（ A 、控制传输 B 、批量传输 C 、 7. 下而哪一种功能单元不属于I/O 接口电路。（D ） A 、USB 控制器 B 、UART 控制器 C 、以太网控制器 &下面哪个操作系统是恢入式操作系统。（B ） As Red-hat Linux B 、 PCLinux C 、 Ubuntu Linux D 、 SUSE Linux 9. 使用Host-Target 联合开发嵌入式应用，（B ）不是必须的。 A 、宿主机 B 、银河麒麟操作系统 C 、目标机 D 、交叉编译器 10. 下面哪个系统不属于嵌入式系统（D ）。 A 、MP3播放器 B 、GPS 接收机 C 、“银河玉衡”核心路由器 D 、“犬河一号”计算机系统 11. 在嵌入式系统设计中，嵌入式处理器选型是在进行（C ）吋完成。 A 、需求分析 B 、系统集成 C 、体系结构设计 D 、软便件设计 12. 下面哪一类嵌入式处理器最适合于用于工业控制（B ）。 A 、嵌入式微处理器 B 、微控制器 C 、DSP D 、以上都不合适 13. 关于ARM 了程序和Thumb 了程序互相调用描述正确的是（B ）。 A 、 系统初始化Z 后，ARM 处理器只能工作在一种状态，不存在互相调用。 B 、 只要遵循一定调用的规则，Thumb 子程序和ARM 子程序就可以互相调用。 C 、 只要遵循一定调用的规则，仅能Thumb 子程序调用ARM 子程序。 D 、 只耍遵循一定调用的规则，仅能ARM 子程序调用Thumb 子程序。 14. 关于ARM 处理器的异常的描述不正确的是（C ）。 A 、复位属于异常 B 、除数为零会引起异常 B 、软硬件统一描述 D 、协同验证 B 、存储空间与10空间分离 D 、存储空间与10空间合并 （A ）0 软中断模式 D 、FTQ 模式 B 、挂起状态和就绪状态 D 、ARM 状态和Thumb 状态 B ）0 中断传输 D 、等时传输 D 、LED
嵌入式系统设计复习 题型： 1、填空，15分左右 2、选择，30分左右 3、简答题40分左右 4、综述15分左右 第一章嵌入式系统概述 提纲： 1、掌握嵌入式系统的定义 2、了解嵌入式系统的一般组成 嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序 （嵌入式系统一般由嵌入式计算机和执行部件组成。其中嵌入式计算机是整个嵌入式系统的核心，主要包括硬件层、中间层、系统软件层以及应用软件层） 知识点： 1、嵌入式系统的定义与特点 定义：是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 特点：软件硬件可裁剪 ①专用性：嵌入式系统具有特定的功能,用于特定的任务； ②低成本：嵌入式系统极其关注成本； ③低功耗：嵌入式系统大都有功耗的要求； ④高实时性OS； ⑤嵌入式系统的运行环境广泛； ⑥嵌入式系统的软件通常要求固态化存储； ⑦嵌入式系统的软件、硬件可靠性要求更高； 2.RISC指令系统的特点 答：指令系统：RISC设计者把上要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来实现。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。 存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化 程序：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计 中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断 CPU：由于RISC CPU包含少的单元电路，因而面积小、功耗低 设计周期：RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术易用性：RISC微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用 应用范围：由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，所以RISC机器更适合于嵌入式应用 3、嵌入式系统由硬件与软件组成，其中软件的组成 答：由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户界面接口、网络系统及通用组件模块组成 4、嵌入式系统的运行可靠性指标
嵌入式系统设计与应用第六章进程和操作系统（3）西安交通大学电信学院孙宏滨 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 我们该如何评估调度策略？● 能满足所有截止时限 ● CPU 利用率---CPU 执行有用工作所占的时间比例● 调度开销---做调度决策所需的时间 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 分配优先级主要有两种方法：● 静态优先级：在整个执行过程中优先级始终不变● 动态优先级：在执行过程中优先级发生变化 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
● 单调速率调度（Rate-Monotonic Scheduling, RMS ）：首先为实时操作系统开发的调度策略之一，直至现在仍然被广泛使用。● RMS 属于静态调度策略。事实证明，固定优 先级的做法在许多情况下都足以有效地调度进程。● RMS 的理论基础是单调速率分析（Rate Monotonic Analysis, RMA ）。i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y
移动打印终端终嵌入式系统设计方案 阅读目录 一项目概述 (2) 二系统总体架构 (2) 2.1.1 各功能部件作用 (3) 2．2．1 手持式扫描仪 (3) 2．2．2 嵌入式开发板 (4) 2．2．3 微型打印机的选型 (5) 2．2．4．远程服务器 (5) 三软/硬件设计 (5) 3．2 硬件设计 (7) 3．2．1 嵌入式开发板和扫描仪的连接 (7) 3．2．2嵌入式开发板和远程服务器的连接 (7) 3．2．3 嵌入式开发板和微型打印机的连接 (7) 四各驱动程序的设计（软件设计） (7) 4．1 打印机驱动的设计 (7) 4．1．1定义设备号和设备名 (7) 4.1.2 设备驱动初始化函数和清除函数 (8) 4．编译扫描仪制备驱动 (12) 5.加载设备 (12) 4.1.3 扫描仪驱动设计 (13) 4.1.4 网络通信模块及服务器的开发 (14) 4.1.5系统应用程序设计 (15) 五系统调试 (16)
一 项目概述 1．1 系统设计的必要性与PC 终端的比较 在信息社会中，打印终端应用非常广泛，比如超市的收银系统、图书管的借还书系统、移动营业厅的话费打印系统等场合，我们都可以看到打印终端的身影。传统打印终端通常都是由PC 加上一个微型打印机构成，这种架构的打印终端价格比较昂贵，体积庞大，移动笨拙，使用十分不方便。 随着嵌入式技术的发展，许多原来基于PC 的应用都纷纷转向基于嵌入式技术来实现。基于嵌入式技术的产品具有非常明显的优势，如价格便宜、功耗低、体积小及移动方便等。 具体到打印终端这个产品上来说，可以从下表看出基于PC 的打印终端和基于嵌入式的打印 1．2 系统的主要功能 本项目实例中拟开发的嵌入式移动打印终端是解决从数据输入、数据处理和数据输出的一体化系统，它提供下列几个功能 ● 数据录入功能：支持从扫描仪端录入数据； ● 通过网络到数据库查询； ● 数据打印功能 二 系统总体架构 嵌入式移动终端是一套完整的嵌入式应用系统，包括和硬件和软件两部分，这一节先说一下硬件方面的设计。 2．1 系统硬件组成的部件 ● 数据输入部件（手持扫描仪）—完成数据输入功能； ● 数据处理部件（嵌入式开发板和远程服务器）—完成数据处理任务 ● 数据输出部件（微型打印机）—完成数据打印功能； 各个部件之间的关系如图
1、编写一程序，查找存储器从0x500000开始的200个字中为5的数目，将其结果存到0x600000中。（10分） 2、注释下面各条指令，并指出这段程序的功能 MOV R2，#100 MOV R1，#0 LOOP ADD R1，R1，R2 SUBS R2，R2，#1 BNE LOOP HERE B HERE 3、编写程序，将存储器从0x400000开始的200个字数据，传送到0x400600开始的区域。 4．用ARM汇编指令写出实现64位加法和64位减法的代码段，使用的寄存器请自行分配。 假定低32位数存放在r0和r1里面，高32位数存放在r2和r3里面。 5.指出下面各条指令的寻址方式。 SUB R0,R1,R2 ；寻址方式为： SUBS R0,R0,#1 ；寻址方式为： MOV R0,R2,LSL #3 ；寻址方式为：
SWP R1,R1,[R2] ；寻址方式为： LDR R2,[R3,#0x0C] ；寻址方式为： 6.分别写出语句a)与b)中LDR的作用 a) LDR r0,[r1,#6] b) LDR r0,=0x999 7.假设R0的内容为0x104，寄存器R1、R2的内容分别为0x01与0x10，存储器所有单元初始内容为0。连续执行下述指令后，说明存储器及寄存器的内容如何变化? STMIB R0!,{R1,R2} LDMIA R0!,{R1,R2} 8.分析下面的程序，正确填写下面的空格。 ; 功能： AREA Example1,CODE ,READONLY ; 此语句是声明代码段Example1 ENTRY ;此语句功能是标识程序入口 CODE32 ; 声明32位ARM指令START MOV R0,#0 ; R0 = 0 MOV R1,#10 ; R1 = LOOP BL ADD_SUB ; 调用子程序 ADD_SUB B LOOP ; 跳转到LOOP ADD_SUB ADDS R0,R0,R1 ; 此语句作用是完成 MOV PC, ; 子程序返回 END ; 此语句作用是声明 9．用汇编语言调用C语言实现n个数相加，n为C函数的参数，
嵌入式系统设计与应用复习资料 （一）.单项选择题： 1.下面哪个系统属于嵌入式系统。（ D ） A、“天河一号”计算机系统 B、联想T400笔记本计算机 C、联想S10上网本 D、联想OPhone手机 2.软硬件协同设计方法与传统设计方法的最大不同之处在于（ B ）。 A、软硬件分开描述 B、软硬件统一描述 C、协同测试 D、协同验证 3.下面关于哈佛结构描述正确的是（ A ）。 A、程序存储空间与数据存储空间分离 B、存储空间与IO空间分离 C、程序存储空间与数据存储空间合并 D、存储空间与IO空间合并 4.下面哪一种工作模式不属于ARM特权模式（ A ）。 A、用户模式 B、系统模式 C、软中断模式 D、FIQ模式 5.ARM7TDMI的工作状态包括（ D ）。 A、测试状态和运行状态 B、挂起状态和就绪状态 C、就绪状态和运行状态 D、ARM状态和Thumb状态 https://www.doczj.com/doc/f618234316.html,B接口移动硬盘最合适的传输类型为（ B ）。 A、控制传输 B、批量传输 C、中断传输 D、等时传输 7.下面哪一种功能单元不属于I/O接口电路。（ D ） A、USB控制器 B、UART控制器 C、以太网控制器 D、LED 8.下面哪个操作系统是嵌入式操作系统。（ B ） A、Red-hat Linux B、μCLinux C、Ubuntu Linux D、SUSE Linux 9.使用Host-Target联合开发嵌入式应用，（ B ）不是必须的。 A、宿主机 B、银河麒麟操作系统 C、目标机 D、交叉编译器 10.下面哪个系统不属于嵌入式系统（ D ）。 A、MP3播放器 B、GPS接收机 C、“银河玉衡”核心路由器 D、“天河一号”计算机系统 11.在嵌入式系统设计中，嵌入式处理器选型是在进行（ C ）时完成。 A、需求分析 B、系统集成 C、体系结构设计 D、软硬件设计 12.下面哪一类嵌入式处理器最适合于用于工业控制（ B ）。 A、嵌入式微处理器 B、微控制器 C、DSP D、以上都不合适 13.关于ARM子程序和Thumb子程序互相调用描述正确的是（ B ）。 A、系统初始化之后，ARM处理器只能工作在一种状态，不存在互相调用。 B、只要遵循一定调用的规则，Thumb子程序和ARM子程序就可以互相调用。 C、只要遵循一定调用的规则，仅能Thumb子程序调用ARM子程序。 D、只要遵循一定调用的规则，仅能ARM子程序调用Thumb子程序。 14.关于ARM处理器的异常的描述不正确的是（ C ）。 A、复位属于异常 B、除数为零会引起异常 C、所有异常都要返回 D、外部中断会引起异常
第一章嵌入式系统概论 1.嵌入式系统的定义是什么？ 答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 2.简述嵌入式系统的主要特点。 答：（1）功耗低、体积小、具有专用性 （2）实时性强、系统内核小 （3）创新性和高可靠性 （4）高效率的设计 （5）需要开发环境和调试工具 3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？ 答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。 4. 简述嵌入式系统的发展趋势 答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持 （2）连网成为必然趋势 （3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本 （4）提供精巧的多媒体人机界面 （5）嵌入式软件开发走向标准化 5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？ 答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用软件。 6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？ 答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。 （2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。 （3）没有实时特点的嵌入式操作系统。 第二章嵌入式系统的基础知识 1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？ 答：冯诺依曼体系和哈佛体系。冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。 哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用于数据信号处理及高速数据处理的计算机。
嵌入式系统课程设计计划 具体内容、进度安排及要求 （附课表，包含指导、答疑、上机的时间、地点，指导教师，学生班级，分组情况等）一、内容及要求： 通过本次课设，使学生了解嵌入式系统的特点，进一步理解和巩固课堂所学的嵌入式系统的基本理论和知识。掌握嵌入式系统的基本设计与分析方法，从而达到理论与实际相结合，并为今后从事嵌入式系统设计及其相关领域的各项工作打下坚实的基础。具体要求如下： 1、掌握嵌入式系统的硬件设计原理。 2、掌握嵌入式linux操作系统下的C语言应用程序设计技术 3、掌握嵌入式linux操作系统驱动程序设计技术 4、掌握嵌入式linux操作系统的移植技术 5、掌握嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试技术 具体内容如下： （1）熟悉嵌入式硬件系统基础知识及基于Linux的应用开发环境的建立和程序设计方法 熟悉嵌入式硬件系统基础知识，熟悉嵌入式操作系统Linux的特点，了解Linux的主要模块及各自的功能。掌握虚拟机VMW ARE的使用方法，掌握通过交互式的环境来设计和定制内核、选择系统特性，然后进行编译和调试的全过程。了解BSP在嵌入式系统中位置及其作用。掌握在嵌入式操作系统Linux上搭建嵌入式应用开发环境的方法，熟悉Bootloader的使用方法。 （2）嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建 安装嵌入式实验开发平台的BSP。根据嵌入式实验开发平台的特点和系统需求，利用VMARE环境配置Linux操作系统的特性和功能, 熟悉Bootloader的使用方法,使用TOOLCHAIN进行交叉编译、链接生成操作系统内核，生成系统映像文件ZImage。下载并运行编译好的Linux系统内核。对文件系统同样进行相关编译移植下载至嵌入式开发平台上。 （3）嵌入式数据库SQLITE与UI开发工具QT的掌握。 （4）根据所学理论知识和嵌入式硬件开发平台的具体情况，设计一个具有一定规模较复杂功能的嵌入式系统（如嵌入式系统设备驱动程序），一般来讲需要2个学生共同完成. （5）编写课设报告。课设报告要求： 1．要求使用A4纸打印，必须有封面和目录。封面内容有课设题目、班级、序号(两位)、姓名、指导教师、日期等内容。 2．课设内容一般应包含如下部分： ①课设名称、目的、要求、内容。 ②嵌入式系统a8开发硬件平台的基本概述。 ③嵌入式操作系统Linux配置、编译、移植的基本原理和过程及测试程序设计。 ④嵌入式数据库sqlite的移植过程及程序设计。 ⑤基于QT的数据库应用程序设计。 ⑥目标系统如嵌入式设备驱动程序的设计。 ⑦课设结果及分析。 ⑧收获、体会和建议。 二、进度安排： 1．嵌入式开发平台的熟悉（硬件设计环境和软件开发环境）（1天） 2．嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建（1天） 3．嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试（1天） 4．嵌入式数据库SQLITE的熟悉（1天）
考试题型：填空题、选择题、简答题、计算题、设计题 考试方式：开卷 第0章绪论 l、什么是数字系统设计技术？ 在解决了对不同目标信息的数字化编码、数字化传输、数字化解码的基本理论、算法定义和协议规范之后，对其如何进行系统的构成，如何以最优 化的性能（如速度）、最低廉的成本（如芯片而积、集成密度等）来实现该系统的技术。2、什么是集成电路IC? 集成电路(IC)是指通过一系列特定的加工工艺，将多个晶体管、电阻、电容等器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单品片（如Si或GaAs） 或陶瓷等基片上，作为一个不可分割的整体完成某一特定功能的电路组件 3、什么是集成电路IP? 集成电路IP是经过预先设计、预先验证，符合产业界普片认同的设计规范和设计标准，具有相对独立功能的电路模块或予系统。其具有知识含量高、 占用芯片而积小、运行速度快、功耗低、工艺容差性大等特点，可以复用(Reuse)于SOC、SOPC或复杂ASIC设计中。 4、什么是sOc? SOC，即嵌入式系统发展的最高形式—一片上系统。从狭义角度讲，它是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上；从广 义角度讲，SOC是一个微小型系统， 5、光刻的基本原理。 光刻是以某种波长的光为曝光光源，透过掩模版（由不透光的图形组成），照射在涂有光刻胶（光致抗蚀剂）的被加工材料表面上，利用光刻胶的感光性和抗蚀性，经过化学显影，制作出与掩模版图形一致的光刻胶图形。 光刻是复制微细图形的最有效手段之一，是芯片制作的核心技术。 掩模版是一种玻璃板，加了一个反射金属层。 光刻胶是一种光敏组织聚合物，性质与胶卷类似，光能改变它的化学性质。 第1章嵌入式系统基础知识 4、嵌入式系统的定义和特点是什么？ 分别从技术角度和系统角度给出嵌入式系统的定义 技术角度：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机 系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在—起的系统 系统角度：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统 嵌入式系统的特点是什么？ 从三要素说：嵌入式：嵌入到对象体系中，有对象环境要求 专用性：软、硬件按对象要求裁减 计算机系统：实现对象的智能化功能
《嵌入式系统设计与应用》课程设计报告 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
目录 一、设计目的 (3) 二、开发环境 (3) 三、设计任务及要求 (3) 四、实现过程 (3) 用户应用程序设计 (3) 服务器端程序 (3) 五、总结 (4)
一、设计目的 （1）、熟悉并掌握在Linux开发环境下C语言程序设计及编译方法、嵌入式系统；（2）、掌握嵌入式linux下基础网络编程：socket编程 （3）、独立编写客户机/服务器通信程序； 二、开发环境 (1) 编程环境：在Linux开发环境下设计及编译C语言程序。 (2) 硬件设备：PXA270开发板，PC机。 三、设计任务及要求 设计一套可远程调用求和函数并返回客户端的程序。 四、实现过程 用户应用程序设计 1.程序 int sum(); 2.程序 #include <> int sum（）{ int i=1,sum=0; while(i<=100){ sum=sum+i; i++; } return sum; } 服务器端程序 /******************************* * 服务器端程序*
********************************/ #include
《嵌入式系统设计与应用》课程教学大纲 中文名称：嵌入式系统设计与应用 英文名称：Embedded Design and Application 学时数：34（理论）+ 17（实验）学分：2 + 1 一、课程性质和目的 嵌入式系统是电子信息的重要发展方向之一，电子信息类专业的学生(包含计算机科学与技术、软件工程、电子信息工程、通信工程等专业)应该掌握必要的嵌入式系统开发与应用知识。该课程为兼具理论性和实用性的综合应用型课程。本课程是计算机科学与技术、软件工程专业的专业选修课，一般在第四学年第一学期开设。本课程以理论教学为主，并穿插部份实验教学，使理论和实践更好结合。通过本课程的学习，使学生了解有关嵌入式系统的基本原理、设计方法以及嵌入式系统的最新发展，初步掌握嵌入式系统开发的过程和常用方法，能够进行嵌入式系统设备驱动程序设计。 二、教学基本要求及基本内容 教学基本要求： 通过本课程的学习，要求学生了解嵌入式系统的基本概念，掌握嵌入式系统的基本设计方法，了解和掌握嵌入式系统应用项目的开发过程。本课程重点介绍的内容为：1.嵌入式系统的软、硬件结构；2.Linux操作系统的应用；3.嵌入式系统开发环境的建立； 4.嵌入式系统的网络应用； 5.嵌入式系统设备驱动程序的设计与应用。课程的重点为嵌入式系统的应用。 教学基本内容： 第一章嵌入式系统基础(2学时理论) 1.教学内容： (1)嵌入式系统简介； (2)嵌入式操作系统； (3)嵌入式系统的开发过程； (4)嵌入式系统的应用方案。 2.教学目的及要求：通过本章内容的学习，使学生对嵌入式系统及其应用所了解。 第二章嵌入式系统硬件体系结构(2学时理论) 1.教学内容： (1)相关基础知识 (2) 嵌入式系统硬件平台； (3) 微处理器结构。（重点）
关键字：嵌入式系统设计 ARM FPGA多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展，嵌入式技术应用范围的急剧扩大。本文介绍了一种基于ARM和FPGA，从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus)MVB??B嵌入式系统的设计和实现。 系统设计和实现 通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下： 1.确定嵌入式系统的需求； 2.设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统，开发平 台以及软硬件的分割和总体系统集成； 3.详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发； 4.软硬件的联调和集成； 5.系统的测试。 一、步骤1：确定系统的需求： 嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的，市场应用是嵌入 式系统开发的导向和前提。一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。 1、MVB总线简介 列车通信网（Train Communication Network,简称TCN）是一个集整列列车内 部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准 （IEC－61375-1）, 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB)和多功能车厢总线(MVB)。 TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络。在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点： 拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式，吸取了ISO的标准。支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。简单的传感器和智能站共存于同一总线上。 数据类型：MVB总线支持三种数据类型：
嵌入式系统及应用习题 第一章操作系统概述 1.什么是嵌入式系统？ 2.简述嵌入式系统的发展过程。 3.嵌入式系统有哪些特点？ 4.嵌入式系统的应用领域有哪些？ 5.举出几个嵌入式系统应用的例子，通过查资料和独立思考，说明这些嵌入式系统产品主要由哪几部分组成，每个组成部分完成什么功能。（提示：数码相机、办公类产品、工业控制类产品的例子等。） 6.通过查阅资料，你认为嵌入式系统的发展趋势如何？ 第二章嵌入式系统基础知识 1.从硬件系统来看，嵌入式系统由哪些部分组成？ 2.从软件系统来看，嵌入式系统由哪几部分组成？ 3.嵌入式处理器的按体系结构分哪几类？ 4.半导体存储器分为哪几种？说明它们的特点及用途。 5. 嵌入式软件体系结构有哪几种类型，优缺点如何？ 6. 嵌入式系统产品开发一般包括哪几个阶段？每一个阶段的主要工作有哪些？ 7.嵌入式系统主要由软件和硬件两大部分组成，其中有的功能可以用软件实现，又可以用硬件实现，那么软件和硬件的划分一般有哪些原则？举出几个同一个功能既可以用软件实现，又可以用硬件实现的例子。 大作业1： 选择一个嵌入式系统产品（如手机、PDA、工业控制产品、智能家用电器等），利用本章学过的知识，假设你是系统的总设计师，那么你认为应该如何运作这个产品的开发，直到把产品从实验室推向市场。 提示：题目较大，嵌入式系统开发包括需求分析、设计、实现、测试等方面。在实现方面，不必把产品开发出来（即不必设计电路图，不必编写程序代码，只需概括地写出软件硬件需要完成的工作即可）。 第三章嵌入式系统平台构建 1.嵌入式系统的硬件有哪几个组成部件？ 2.通用处理器与嵌入式处理器有哪些相同和不同的地方？ 3.常用的嵌入式处理器、控制器、数字信号处理器有哪些？各自有什么特点，通常适用于哪些方面的应用？除了书上介绍的嵌入式处理器之外，你还能提供哪些嵌入式处理器（型号和制造商）？ 4.设计嵌入式系统时，.选择嵌入式处理器需要考虑哪些因素？ 5.嵌入式操作系统有哪些特点，怎样选择嵌入式操作系统？ 6. 举例说明ARM处理器和ucos操作系统的应用。 7. 说明S3C44B0X存储空间的分配。 第四章 ARM嵌入式微处理器体系结构 1. ARM处理器的特点有哪些？ 2. 简述ARM处理器的工作状态。 3. 简述ARM处理器的7种运行模式。
嵌入式系统设计 湖北工业大学 2012 年在职攻读硕士学位课程考试(考查)试题 考试(考查)科目嵌入式系统设计学位类别工程硕士 说明:1.试题版面为标准A4,各题标题字号为黑体5号字,题干字号为标准宋体5号字 2.答案必须写在答题纸上,写在试卷上无效。 一:概念题(10分,每小题2分) 1.嵌入式计算机 嵌入式计算机一般指非pc 系统,有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心,软硬件可裁减的,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说,嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体,类似于pc 中bios 的工作方式,具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是可独立工作的“器件”。 2.嵌入式操作系统 嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统( 包括硬、软件系统) 极为重要的组成部分,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等Browser 。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,如能够有效管理越来越复杂的系统资源;能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来;能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。 System-on-a-Programmable-Chip,即可编程片上系统。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作SOPC。可编程片上系统(SOPC)是一种特殊的嵌入式系统:首先它是片上系统(SOC),即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能;其次,它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件在系统可编程的功能。
第一章： 嵌入式系统定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗严格要求的专用计算机系统。（一切非PC计算机系统） 嵌入式系统特点：“专用”计算机系统，运行环境差异很大，比通用PC系统资源少，功耗低，体积小，集成度高，成本低，具有完整的系统测试和可靠性评估体系，具有较长的生命周期，需要专用开发工具和方法进行设计，包含专用调试电路，多学科知识集成系统。 嵌入式系统应用范围：汽车，工业控制，通信设备，消费电子，商业终端，航空航天，军事需求。 嵌入式系统的基本开发流程：系统定义与需求分析阶段，方案设计阶段，详细设计阶段，软、硬件集成测试阶段，系统功能性测试及可靠性测试阶段。 系统定义与需求分析阶段：对系统需求进行分析，制定系统的设计依据。 方案设计阶段：确定系统初步设计方案并形成设计描述文档。 详细设计阶段：完善初步方案，对方案实施详细设计。 软硬件集成测试阶段：对系统软硬件进行综合测试，验证系统设计功能。 系统功能性能测试及可靠性测试测试：对系统功能，性能，可靠性进行综合测评。 对于使用操作系统的嵌入式系统来说,嵌入式系统软件结构一般包含4个层面：板级支持包层，实时操作系统(RTOS)层，应用程序接口(API)层，应用程序层。 有些资料将应用程序接口API归属于OS层，按3层划分的应用程序控制系统的运作和行为；操作系统与硬件无关，不同的嵌入式操作系统其组成结构也不尽相同 嵌入式操作系统种类繁多,大体分为两种：商用型和免费型 商用型：VxWorks，Windows CE，pSoS，Palm OS，OS-9，LynxOS，QNX和LYNX 免费型：Linux和uC/OS—II uC/OS—II具有执行效率高，占用空间小，可移植性及扩展性强，实施性能优良，稳定性和可靠性良好等特点。其内核采用微内核结构，将基本功能(如进程管理，存储管理，中断处理)放在内核中，留给用户一个标准API函数，并根据各个任务的优先级分配CPU时间。 交叉开发环境：交叉开发是指一个通用计算机上进行软件的编辑编译，然后下载到嵌入式设备中进行调试的开发方式，它通常采用宿主机/目标机模式。 第二章： RISC是精简指令集 精简指令集体系结构的优点：硬连线的指令译码逻辑，便于流水线执行，大多数RISC指令为单周期执行。 精简指令集处理器的优点：处理器关心面积小，开发时间缩短，开发成本降低，容易实现高性能，低成本的处理器。 精简指令集体系结构缺点：与CISC相比，通常RISC的代码密度低；RISC不能执行x86代码；RISC给优化编译程序带来了困难 ＡＲＭ设计采用的RISC技术特征主要有：Load/Store体系结构，固定的32位指令，3地址指令格式。 ARM7TDM名称具体含义：ARM7：32位ARM体系结构4T版本；T：Thumb16位压缩指令集；D：支持片上Debug，使处理器能够停止以响应调试请求；M：增强型Multiplier，与前代相比具有较高的性能且产生64位的结果。I：EmbeddedICE硬件以支持片上断点和观察点。