《嵌入式系统设计》期末考试复习重点课件

《嵌入式系统原理设计》期末复习1.嵌入式操作系统的特点：内核精简、专用性强、高时效性2.0X17&0X11的运算结果0X113.ARM内核是：功耗低、性价比高、代码密度高4.嵌入式系统系统：内核小、专用性强、系统精简5.Contex-m3处理器代码执行方式是特权方式6.STM32F107V采用4位来编辑中断的优先级7.中断屏蔽控制器能屏蔽除了NMI外所有异常和中断8.嵌入式微控制器（MCU）特点：单片化、体积小、功耗低、可靠性高、外设资源丰富适合于控制。

9.中断向量是指中断处理程序入口地址10.采用中断方式的优点是可实时响应突发事件11.串行数据传输没有哪种通信模式：单工、半双工、全双工12.嵌入式系统最常用的数据传送方式是中断13.嵌入式系统的开发采用交叉开发方式，开发平台一般是通用计算机。

14.嵌入式系统基本要求：不能崩溃，并能自愈。

尽量减少安全漏洞和不可靠隐患。

15.哈弗结构是一种将程序指令储存和数据储存分开的存储器结构。

16.UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。

该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。

17.NMI中断是不可屏蔽中断，通常用于故障处理。

18.常用中断源有定时中断、串口中断、I2C中断、外部中断。

19.异步传输是指一次传输一个5~8位的字符数据。

每个字符用一个起始位引导，用一个停止位结束。

20.奇校验规定：一个字节中1的个数必须是奇数。

若非奇数，则在校验位置1。

21.数据的收发常采用查询和中断两种方式进行。

22.I2C总线是Philips公司开发的一种简单、双向、二线制、同步串行总线。

23.I2C的启停:起始条件：SCL为高电平，SDA从高电平向低电平切换停止条件：SCL为高电平，SDA从低电平向高电平切换24.STM32芯片采用Cortex-M3的内核。

25.STM GPIO引脚分为5组16位I/O口，均以P开头。

26.NRST复位引脚，低电平有效27.Cortex-M3是32位内核，存储采用哈弗结构。

第一章嵌入式系统概述1.写出下列英文缩写的英文原文及中文含义。

RAM 随机存储器DRAM动态随机存储器ROM只读存储器PROM可编程只读存储器EPROM可插除可编程只读存储器FLASH多媒体存储RTOS 实时操作系统SOPC 片上可编程系统IP IP盒OS 操作系统BSP 板级支持包ICE 硬件调试器EEPROM 电可插除可编程只读存储器API应用程序接口RISC精简指令集计算机SPI 串行万维指令MMU 存储管理单元UART 异步接受发送装置ARM 先进RISC存储器SWI软件终端指令FIQ 快速终端请求CAN CAN总线DMA直接内存存取FPGA可编程们阵列GPIO2.什么是嵌入式系统？与通用计算机相比，它有哪些特点？其应用范围包括哪些？嵌入式系统：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、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求应用范围：常用在系统实时高效性，软件固态化以及应用的专用性等方面。

3.嵌入式系统的组成结构包括哪几个部分？嵌入式系统主要包括硬件和软件两个部分。

具体包括：应用层，OS层，BSP（板级支持包），和硬件层。

4.简述嵌入式系统的硬件组成，并解释什么是嵌入式微处理器，嵌入式微控制器，DSP和SOC/SOPC。

以嵌入式微处理器为中心，配置存储器。

I/O设备，通讯模块以及电源等。

嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。

5.简述IP盒的基本概念，它和SOC的关系是什么？6.简述嵌入式系统软件的组成和功能？组成：应用层，OS层，BSP层第二章ARM微处理器及其开发应用1.比较CISC体系结构和RISC体系结构的特点，ARM为何采用RISC结构？CISC指令集设计的主要趋势是增加指令集的复杂度。

RISC的中心思想是精简指令集的复杂度，精简指令的硬件设计，硬件只执行很贱的那部分指令，大部分指令有简单指令完成。

一、二、三、四、知识点：填空题（每空选择题（每题1 分，共15 分）2 分，共20 分）简答题（5 小题，共35 分）综合应用题（ 2 题，共30 分）第1章嵌入式系统概述嵌入式系统的分类：四类1. P5嵌入式微处理器、微控制器、dsp 处理器、片上系统嵌入式操作系统基本概念：前后台系统、内核、占先式内核、非占先式内核、中断P7-102.前后台系统：对基于芯片的开发来说，后台系统或超循环系统。

应用程序一般是一个无限的循环，可称为前内核：多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通信。

内核提供的基本服务是任务切换。

使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，个任务，由实时内核来管理它们。

是因为实时内核允许将应用分成若干内核需要消耗一定的系统资源，比如2％～5％的CPU 运行时间、RAM 和ROM 等。

非占先式内核：非占先式内核要求每个任务自动放弃调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个务来处理。

中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态CPU 的所有权。

非占先式CPU。

异步事件还是由中断服(mount) 变为就绪状态。

但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃CPU 的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。

占先式内核：一旦就绪，总能得到当系统响应时间很重要时，要使用占先式内核。

最高优先级的任务CPU 的控制权。

当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态，当前任务的CPU 使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU 的控制权。

如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，中断了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行。

中断：中断是一种硬件机制，用于通知CPU 有个异步事件发生了。

中断一旦被识别，CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序，称为中断服务子程序（ISR）。

嵌⼊式系统设计期末复习资料1.嵌⼊式系统概念。

答：从技术的⾓度定义：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。

从系统的⾓度定义：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。

术语嵌⼊式反映了这些系统通常是更⼤系统中的⼀个完整的部分，称为嵌⼊的系统。

嵌⼊的系统中可以共存多个嵌⼊式系统。

2.⾮占先式内核与占先式内核答：⾮占先式内核：要求每个任务⾃我放弃CPU 的所有权。

⾮占先式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享⼀个CPU。

占先式内核：最⾼优先级的任务⼀旦就绪，总能得到CPU的控制权。

3. 常见的嵌⼊式操作系统答：1.嵌⼊式Linux，2.Win CE，3.VxWorks， 4.µC/OS-II4. ARM体系结构的特点答：1. 每条数据处理指令可同时包含算术逻辑单元（ALU）的运算和移位处理，实现ALU 和移位器的最⼤利⽤；2. 使⽤地址⾃增和⾃减的寻址⽅式优化程序循环；3. 装载/保存指令对数据的批量传输，实现最⼤数据吞吐量;4. ⼤多数指令的条件执⾏，实现最快速的代码执⾏。

5. ARM流⽔线答：分为3级流⽔线，1. 取指（从寄存器装载⼀条指令），2. 译码（识别将要被执⾏的指令），3. 执⾏（处理指令并将结果写回寄存器）7. ARM处理器的状态答：ARM状态：32位，处理器执⾏字⽅式的ARM指令，处理器默认为此状态；Thumb状态：16位，处理器执⾏半字⽅式的Thumb指令。

8. CSPR与SPSR答：寄存器CPSR为当前程序状态寄存器，在异常模式中，另外⼀个寄存器“程序状态保存寄存器（SPSR）”可以被访问。

每种异常都有⾃⼰的SPSR，在进⼊异常时它保存CPSR 的当前值，异常退出时可通过它恢复CPSR。

9. IRQ与FIQ答：2个中断禁⽌位(IRQ禁⽌与FIQ禁⽌)，中断禁⽌控制位I和F当控制位I置位时，IRQ中断被禁⽌；当控制位F置位时，FIQ中断被禁⽌。

嵌入式期末复习资料（4）一、嵌入式系统的基本定义，特点，嵌入式系统硬件和软件的组成。

嵌入式系统的开发流程和开发方法。

定义：嵌入式系统是指融合了计算机软硬件技术、通信技术和微电子技术，它是将计算机直接嵌入到应用系统中，利用计算机的高速处理能力以实现某些特定的功能的系统。

国内定义：以应用为中心、以计算机技术和通讯技术为基础、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。

特征：1、系统精简：可用资源有限，其硬件和软件系统必须高率、量体裁衣。

通常的原则：满足功能，尽可能精简。

2、专用性强：硬件和软件系统结合非常紧密。

产品具有较长的生命周期。

3、高可靠性：高可靠性是嵌入式应用的基本要求。

大多数应用要求较强的实时性4、专用开发工具和环境：嵌入式系统本身不具备自举开发能力，必须有一套专用开发工具和环境。

硬件组成：嵌入式处理器、存储器、I/O设备、通信模块以及电源等必要辅助接口软件组成：设备驱动层、实时操作系统、中间件层、实际应用程序层。

….(P1)嵌入式系统开发流程：确定产品需求——选择开发方案（选择主要芯片，确定编程语言，选择开发环境，RTOS的使用，测试工具与其他辅助设备）——设计与调试——测试——产品。

开发方法：1、嵌入式开发和调试工作通常要通过高性能的宿主机完成。

2、嵌入式应用软件通过交叉编译器，完成交叉编译和连接后下载到目标机。

a、宿主机：进行嵌入式软件开发的主机b、目标机：将要开发的目标板嵌入式系统的调试有四种基本方法：模拟调试、全仿真调试、BDM/JTAG调试软件调试二、嵌入式操作系统的种类，Windows和Linux的区别，Linux 主要组成部分。

常用Linux指令。

嵌入式操作系统的种类：1、通常按体系的分类：a、Windows兼容系列：Windows CE/NT/XPb、Linux类：嵌入式Linux, uCLinux, RTLinuxc、通信领域嵌入式操作系统：VxWorks 、VRTX 、QNS 、pSOSd、单片机类：iRMX 、CMX 、uC/OSe、面向Internet类：Palm OS 、Visor 、Hopen等2、按实时/非实时分类：实时操作系统：VxWorks 、RTLinux弱实时操作系统：Windows CE/NT/XP非实时操作系统: Linux 、uClinux3、按商用和免费分类：免费型：Linux uC/OS商用型：VxWorks 、Windows CE 、Palm OS、pSOS、OS-9Linux与Windows的区别：1、Linux的应用目标是网络2、可选的GUI：用户可以只运行GUI，或者在需要时使用图形窗口运行GUI 3、文件名扩展：Linux不使用文件名扩展来识别文件的类型4、重新引导：一旦开始运行，它将保持运行状态，直到受到外来因素的影响，比如硬件故障。

《微处理器与嵌入式系统设计》期末复习要点程序编写利用定时器TIM2实现LED灯精确1s闪烁一次。

LED灯由PB5端口控制。

（提示：TIM2在APB1总线上，速率为72MHz。

定时时间计算公式：T=（TIM_Period +1）*（TIM_Prescaler +1）/TIMxCLK）time.cvoid TIM2_Int_Init(){TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //时钟使能TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (36000-1); //设置自动重载计数周期值TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(2000-1); //设置预分频值TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分频因子:fDTS = fCK_INT TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //设置为向上计数方式TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIM2的时间基数单位TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update ,ENABLE); //使能TIM2更新中断/*****配置TIM2中断参数**/NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 设置中断优先级分组2NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; //TIM2中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占优先级0级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //响应优先级3级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); //使能TIM2外设}led.cvoid LED_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //使能时钟GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //PB5端口配置GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //输出速度为50MHz GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化端口GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); //PB5 输出高电平}main.cu8 i=0;int main(void){delay_init(); //延时函数初始化LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口TIM2_Int_Init();//初始化定时器2while(1);}void TIM2_IRQHandler(void) //TIM2中断服务函数{if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM2中断发生与否{i=~i; //变量i取反if(i==0)GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); //PB5 输出高电平elseGPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); //PB5 输出低电平}TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update); //清除TIM2更新中断标志}《嵌入式系统与设计》复习题一、填空题1．ARM这个缩写包含三种含义:一是指（）；二是指（）；三是指（）。

嵌入式系统复习重点一、题型填空题 2`×10单选题 2`×5名词解释 2`×5简答题 5`×6设计题 15`×2二、考点第一章嵌入式系统概述1、嵌入式系统从技术角度的定义及其特点（见PPT第一章）定义：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：嵌入性、内含计算机、专用性。

2、嵌入式系统的未来P3产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到6～9个月；全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间；互联现在是一个需求而不是辅助性的，包括用有线和刚刚显露头角的无线技术；基于电子的产品更复杂化；互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应用；微处理器的处理能力按莫尔定律（Moore’s L aw）预计的速度在增加。

该定律认为集成电路和晶体管个数每18个月翻一番。

3、什么是嵌入式处理器及嵌入式系统的分类P5嵌入式处理器：为完成特殊应用而设计的特殊目的的处理器。

嵌入式系统可以分为以下几大类：嵌入式微处理器EMPU；嵌入式微控制器MCU；嵌入式DSP处理器；嵌入式片上系统SOC。

4、嵌入式操作系统相关的基本概念P7-10（可能考名词解释）前后台系统：对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的循环，可称为前后台系统或超循环系统。

循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部分可以看成后台行为，后台也可以叫做任务级，这种系统在处理的及时性上比实际可以做到的要差。

中断服务程序处理异步事件，这部分可以看成前台行为，前台也叫中断级，时间相关性很强的关键操作一定是靠中断服务程序来保证的。

操作系统：操作系统是计算机中最基本的程序。

操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动；操作系统提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。

实时操作系统：实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。

嵌入式系统设计复习第一章嵌入式系统概述提纲：1、掌握嵌入式系统的定义以应用为中心，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、实时性严格要求的专用计算机系统。

2、了解嵌入式系统的一般组成硬件：CPU、Memory、I/O软件：RTOS、文件系统、GUI和应用软件等知识点：1、嵌入式系统的定义与特点以应用为中心，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、实时性严格要求的专用计算机系统。

2、RISC指令系统的特点优点：缩小内核体积，降低功耗缺点：复杂功能的实现效率低3、嵌入式系统由硬件与软件组成，其中软件的组成RTOS、文件系统、GUI和应用软件4、嵌入式系统的运行可靠性指标平均无故障时间5、嵌入式操作系统的种类，最方便移植的操作系统Linux、VxWorks、WinCE、Palm、μC/OS-II、eCos.最方便移植的是Linux。

6、根据嵌入式系统使用的微处理器，嵌入式系统的分类嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器以及片上系统。

7、实时嵌入式操作系统RTOS的特点一、时间约束性实时系统的任务具有一定的时间约束（截止时间）。

根据截止时间，实时系统的实时性分为“硬实时”和“软实时”。

硬实时是指应用的时间需求能够得到完全满足，否则就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命财产损失和生态破坏，如在航空航天、军事、核工业等一些关键领域中的应用。

软实时是指某些应用虽然提出时间需求，但实时任务偶尔违反这种需求对系统运行及环境不会造成严重影响，如监控系统等和信息采集系统等。

二、可预测性可预测性是指系统能够对实时任务的执行时间进行判断，确定是否能够满足任务的时限要求。

由于实时系统对时间约束要求的严格性，使可预测性称为实时系统的一项重要性能要求。

除了要求硬件延迟的可预测性以外，还要求软件系统的可预测性，包括应用程序的响应时间是可预测的，即在有限的时间内完成必须的工作；以及操作系统的可预测性，即实时原语、调度函数等运行开销应是有界的，以保证应用程序执行时间的有界性。

嵌⼊式期末考试复习资料1、ARM微处理器有 7种⼯作模式，它们分为两类⾮特权模式、特权模式。

其中⽤户模式属于⾮特权模式2、ARM⽀持两个指令集， ARM核因运⾏的指令集不同，分别有两个状态ARM 、 Thumb ，状态寄存器CPSR的 T 位反映了处理器运⾏不同指令的当前状态3、ARM核有多个寄存器，其中⼤部分⽤于通⽤寄存器，有⼩部分作为专⽤寄存器，R15 寄存器⽤于存储PC，R13通常⽤来存储 SPARM处理器有两种总线架构，数据和指令使⽤同⼀接⼝的是冯诺依曼，数据和指令分开使⽤不同接⼝的是哈佛结4、ARM微处理器复位后，PC的地址通常是0x0 ，初始的⼯作模式是Supervisor 。

5、ARM微处理器⽀持虚拟内存，它是通过系统控制协处理器 CP15 和MMU（存储管理部件）来进⾏虚拟内存的存储和管理。

当系统发⽣数据异常和指令领取异常时，异常处理程序透过嵌⼊式操作系统的内存管理机制，通过MMU交换物理内存和虚拟内存的页⾯，以保证程序正常执⾏。

6、编译链接代码时，有两种存储代码和数据的字节顺序，⼀种是⼩端对齐，另⼀种是打断对齐7、构建嵌⼊式系统开发环境的⼯具链有多种，其中开放源码的⼯具链是 GNU⼯具链，ARM公司提供的⼯具链是 ADS⼯具链8、计算机有CISC和RISC两种类型，以ARM微处理器为核⼼的计算机属于RISC 类型，其指令长度是定长的嵌⼊式系统的设计可以分成三个阶段：分析、和⽬前使⽤的嵌⼊式操作系统主要有、、、和等。

9、XScale微处理器使⽤的是ARM公司版内核和指令集。

微处理器有两种总线架构，使⽤数据和指令使⽤同⼀接⼝的是，分开的指令和数据接⼝、取指和数据访问可以并⾏进⾏的是10、ARM微处理器有种⼯作模式，它们分为两类：特权模式，和。

其中⽤户模式属于11、ARM核有两个指令集，分别是、初始的⼯作模式是12、在ARM体系构架中对复杂的内存管理是通过系统控制协处理器和MMU （存储管理部件）来进⾏的。