(2020年整理)南京工程学院 嵌入式系统复习提纲.pptx
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・国内通用定义(构造原则):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、功耗等严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统特征・功耗低、体积小、具有专用性•实时性强、系统内核小・创新性和高可靠性•高效率地设计・需要开发环境和调试工具未来发展趋势・支持开发的工具和操作系统;・联网成为必然趋势;・精简系统内核、算法,设备实现小尺寸、微功耗和低成本;・提供精巧的多媒体人机界面;・嵌入式软件开发走向标准化。
嵌入式系统的软件系统包括:操作系统、应用软件、驱动层软件与引导程序。
嵌入式系统与单片机的区别嵌入式系统A单片机系统・目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统(RTOS)的软件设计。
山于有了OS可以执行多任务调度,支持网络协议TCP/IP,所以嵌入式系统可以比普通单片机系统更适合完成复杂的任务。
・单片机系统多为4位、8位、16位机,它们不适合运行操作系统,难以进行复杂的运算及处理功能;・嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计。
单片机大多采用软硬件流水设计;・嵌入式系统设计的核心是软件设计(占70%左右的工作量),单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。
・单片机的开发通常是由一个电子工程师完成电路设计和软件编程开发工作;嵌入式系统不仅硬件系统的开发比单片机复杂,更最要的是在系统中采用了操作系统,其应用软件的开发转变为使用操作系统标准接口的计算机工程领域的应用软件开发。
・嵌入式系统一般是专用系统,而PC是通用计算平台;・嵌入式系统的资源比PC少得多;软件故障带来的后果比PC机大得多;・嵌入式系统一般采用实时操作系统;有成本、功耗的要求;得到多种微处理体系的支持并需要专用的开发工具。
・通用计算机系统要求的是高速、海量的数值运算。
在技术发展上追求总线速度不断提升、存储容量不断扩大。
・而嵌入式系统要求的是对象体系的智能化控制能力,在技术发展方向追求对特定对象系统的嵌入性、专用性和智能化。
嵌入式复习提纲1、什么是小端和大端存储器组织P46①大端存储系统中,字的地址对应的是该字中最高有效字节所对应的地址;半字的地址对应的是该半字中最高有效字节所对应的地址。
也就是说,32位数据的最高字节存储在低地址中,而其最低字节则存放在高地址中。
②小端存储系统中,字的地址对应的是该字中最低有效字节所对应的地址;半字的地址对应的是该半字中最低有效字节所对应的地址。
也就是说,32位数据的最高字节存储在高地址中,而其最低字节则存放在低地址中。
2、目前嵌入式操作系统有哪些?Windows CE、VxWorks、pSOS、QNX、Palm OS、嵌入式Linux3、什么是异常?退出异常需要进行那些操作?P51异常:是指由内部或外部产生一个引起处理器处理的事件,换句话说,也就是指正常的程序执行流程被暂时中断而引发的过程。
(问答、选择)退出异常需要进行的操作:①将保存在R14寄存器的值再回送到PC中。
②再将SPSR寄存器的值回送到CPSR寄存器中。
③对中断禁止位标志进行清除。
4、嵌入式系统开发的步骤有哪几步?系统需求分析——规格说明——系统结构设计——构件设计和系统集成5、总线的分类。
①芯片级总线(又称CPU总线)②板卡级总线(又称内总线)③系统级总线(又称外总线)6、中断向量的类型。
P128中断向量是用于识别中断源的一种机制。
中断向量的提供通常有两种形式:一种是CPU对各种中断源规定了固定的中断向量,当某个中断请求信号被响应后,CPU自动转移到其对应的中断向量处执行程序;优点是具有中断响应速度快的优点,缺点是各中断向量固定而不能修改;另一种是不固定的中断向量,中断向量存储在设备中,当其中断请求被响应后,设备向CPU发送中断向量来迫使CPU的PC指向其中断向量处,优点是设计比较灵活,用户可根据需要设定中断向量表在主存中的位置,缺点是中断相应速度较慢。
7、I/O端口的寻址方式有那些?说明各方法的思想。
P112目前嵌入式系统设计中,对I/O端口或部件进行寻址采用两种方法:存储器映射法和I/O隔离法。
1了解嵌入式系统的一般定义方法及其相关含义。
嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
2了解基于ARM核的研究和商业运作模式。
ARM是是对一类RISC微处理器的统称,由一家英国公司ARM负责设计,该公司专门从事基于RISC技术芯片设计开发.作为知识产权(IP, Intelligence Property)供应商,该公司不直接从事芯片生产,靠转让设计许可,由合作公司生产各种芯片世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的,ARM微处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,形成自己的ARM微处理器芯片进入市场3了解嵌入式应用开发的一般流程及方法。
方法:元器件选型-〉原理图编制-〉印制板-〉样板试制-〉硬件功能测试-〉RTOS移植-〉BSP调试-〉协议栈移植-〉应用程序调试-〉系统联调-〉样机交付-〉小批量生产-〉产品改进-〉大批量生产流程:用户需求、选择处理器及硬件平台、选择合适的操作系统、编写应用程序。
测试应用程序、测试应用系统,开发结束4了解ARM微处理器7种异常模式及含义p17 p205了解ARM微处理器大小端存储模式含义及区别p236了解ADS集成开发环境及其使用方法。
ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具,全称:Metrowerks CodeWarrior for ARM Developer Suite v1.2ADS的主要组成部件有:命令行开发工具、ARM运行时库、GUI开发环境(Code Warrior和AXD)有了这些部件,用户就可以为ARM系列的RISC处理器编写和调试自己的开发应用程序7了解arm-linux-*相关工具的作用及其使用方法。
vC/C++编译器arm-linux-gccarm-linux-gcc主要功能是将源程序编译成汇编代码,它有十分丰富的命令选项,可以控制编译的各个阶段汇编器arm-linux-as汇编器arm-linux-as将arm-linux-gcc编译的汇编代码转换为目标代码v连接器arm-linux-ld在编写一个大的程序时,经常把它分成许多独立的模块,这时需要连接器所有的模块组合起来,并结合c函数库和初始化代码,产生最后可执行的文件库管理器arm-linux-ar可以使用ar程序建立静态库,把几个小文件合并成一个大文件。
1 什么是嵌入式系统?答:P1嵌入式系统也叫嵌入式计算机,它指那些以应用为中心,以计算机技术为基础,为适应应用对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求,可对系统的软件和硬件进行配置的专用计算机系统。
2 嵌入式系统有哪些特点?答:P21.系统专用性强2.系统实时性高3.硬件与软件的互相依赖性强4.采用专用的嵌入式CPU5.多种技术间结合更加紧密6.系统对用户透明7.系统资源有限3 嵌入式系统的技术发展方向与通用计算机有哪些不同之处?答:P3通用计算机系统和嵌入式系统是现代计算机技术发展的两个分支,这两个分支有着不同的技术要求与技术发展方向:1 通用计算机系统的技术要求是高速的计算能力、海量的存储能力;技术发展方向是计算速度的提升,存储容量的扩大。
2 嵌入式系统的技术要求则是对嵌入对象进行控制的能力;技术发展方向是提高与嵌入对象密切相关的性能指标与可靠性指标。
4 按照嵌入式系统得嵌入方式,可将嵌入式系统分为哪几类?答:P4根据嵌入式系统的嵌入方式,可以将嵌入式系统分为:整机式嵌入的嵌入式系统、部件式嵌入的嵌入式系统、芯片式嵌入的嵌入式系统等3类。
5 按照嵌入式系统得嵌入程度,可将嵌入式系统分为哪几类?答:P4根据嵌入式系统的嵌入程度,可以将嵌入式系统分为:深度嵌入的嵌入式系统、中度嵌入的嵌入式系统、浅度嵌入的嵌入式系统等3类。
6 按照嵌入式系统得实时性能,可将嵌入式系统分为哪几类?答:P4根据嵌入式系统是否为实时系统,可以将嵌入式系统分为:实时嵌入式系统,非实时嵌入式系统两类。
7 按照嵌入式系统得复杂程度,可将嵌入式系统分为哪几类?答:P5根据嵌入式系统的复杂程度,可以将嵌入式系统分为:单微处理器嵌入式系统、组件式嵌入式系统、分布式嵌入式系统等3类。
8 嵌入式系统所采用的处理器可分为哪几类?答:P5根据目前的现状,可将使用在嵌入式系统上的处理器分成:嵌入式微处理器、微控制器、嵌入式DSP处理器、片上系统等4类。
第一章1.5 前后台系统的组成和运行模式如何?需要考虑的主要因素有哪些?主要性能指标是什么?答:系统组成:由前台事件(外部事件)和后台(主程序组成)。
运行模式:后台是一个一直在运行的系统,前台是由一些中断处理过程组成的。
当有一个前台事件引起中断,中断后台运行,进行前台处理,处理完成后又回到后台。
考虑因素:中断的现场保护和恢复;中断嵌套;中断处理过程;主程序的协调(共享资源)问题性能指标:中断延迟时间;响应时间;恢复时间1.6 单处理器多任务系统由哪些部分组成?其运行方式如何?答:系统组成:是由多个任务、多个中断处理过程和嵌入式操作系统组成的有机整体运行方式:在多任务系统中每个任务是顺序执行的,并行性通过操作系统来完成,任务间以及任务与中断处理程序间的通信、同步和互斥也需要操作系统的支持。
第二章2.1 嵌入式硬件系统由哪几部分组成?答:嵌入式微处理器;总线;存储器;I/O接口和设备2.4 ARM有几种异常?其异常处理方式和80×86有什么不同?答:异常:7种。
Rest异常;Undefined Instruction异常;Software Interrupt异常;Prefetch Abort异常;Data Abort平常;IRQ(interrupt);FIQ(fast interrupt)不同:对于80×86CPU,当有异常发生时CPU是到指定的向量地址读取要执行的程序的地址,跳转到相应的地址并执行;而对于ARM CPU,当有异常发生时CPU是到向量地址的读取指令并执行,也就是ARM的向量地址处存放的是一条指令(一般是一条跳转指令)。
第三章3.2嵌入式软件的体系结构包括哪些部分?每部分的作用是什么?答:部分:①驱动层;②操作系统层;③中间件层;④应用层。
驱动层:直接与硬件打交道,它对操作系统和应用提供所需驱动的支撑。
操作系统层:包括嵌入式内核、嵌入式TCP/ IP等网络系统、嵌入式文件系统、嵌入式GUI系统和电源管理器等部分。
嵌入式系统的特点:应用的特定性和广泛性技术、知识、资金的密集性高效性较长的生命周期高可靠性软硬一体,软件为主无自举开发能力(需独立开发系统)单片机:在一片半导体硅片上集成了中央处理单元(CPU)、存储器(RAM/ROM)和各种I/O接口的微型计算机。
这样一块集成电路芯片具有一台微型计算机的功能,因此被称为单片微型计算机,简称单片机。
单片机主要应用:在测试和控制领域,由于单片机在使用时,通常处于核心地位并嵌入其中,因此我们也常把单片机称为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit ),把嵌入某种微处理器或单片机的测试和控制系统称为嵌入式控制系统。
大端格式:字数据的高字节存储在低地址中,而字数据的低字节则存放在高地址中。
小端格式:低地址中存放的是字数据的低字节,高地址存放的是字数据的高字节。
Linux的目录结构Linux继承了Unix操作系统结构清晰的特点。
在Linux下的文件结构非常有条理,不同目录下存放不同功能的相关文件。
(1) /bin。
显而易见,bin是二进制(binary)的英文缩写。
在一般的系统当中,都可以在这个目录下找到Linux 常用的命令。
在有的版本中还会找到一些和根目录下相同的目录。
(2) /boot。
在这个目录下包含了操作系统的内核和在启动系统过程中所用到的文件。
(3) /dev。
dev是设备(device)的英文缩写。
在这个目录中包含了所有Linux系统中使用的外部设备。
(4) /etc。
这个目录是Linux系统中最重要的目录之一。
在这个目录下存放了系统管理时要用到的各种配置文件和子目录。
用户要用到的网络配置文件、系统配置文件、文件系统、设备配置信息、设置用户信息等都在这个目录下。
(5) /sbin。
这个目录用来存放系统管理员的系统管理程序。
(6) /home。
如果用户建立一个用户,用户名是“xx”,那么在/home目录下就有一个对应的/home/xx路径,用来存放用户的主目录。