嵌入式系统知识总结

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原创 2024-07-14 10:32:12 578 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

《嵌入式系统原理与应用》 | 嵌入式系统 重点知识梳理写在前面：参考资料：清华大学出版社 嵌入式系统原理及应用：基于ARM Cortex-M3 内核的STM32F103系列微控制器同类梳理：《数据库系统概论》第五版(王珊版）全书知识梳理《计算机组成原理》第五版(唐朔飞考研版）全书知识梳理《数据结构》C语言版 (清华严蔚敏考研版）全书知识梳理 ... 阅读详情

嵌入式系统填空

1、实时系统按照实时性要求不同可以分为两种：软实时系统和硬实时系统。

2、完全把系统软件和硬件部分隔离开来的是硬件抽象层，从而大大提高了系统的可移植性。

3、嵌入式软件开发的构建阶段的步骤包括编译、链接、定址和打包。

4、51系列单片机处理的数据字长是8位的。

5、在嵌入式系统的设计过程中，其中体系结构设计解决“如何做”。

6、对于 RAM存储器主要有两种，分别是：SRAM和DRAM。

7、嵌入式系统的嵌入性特性，是指系统需要与物理世界中特定的环境和设备紧密结合。

8、嵌入式软件可分为系统软件、支撑软件及应用软件。

9、嵌入式系统的基本定义为：以应用中心，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、功耗严格更求的专用计算机系统。

10、嵌入式系统的资源通常都是有限的，指的是嵌入式系统的资源受限特性。

11、X86是一个lntel通用计算机系列的标准编号缩写，也标识一套通用的计算机指令集合。采用了典型的CISC体系结构，性能强大、速度快，常用于工控系统。

12、嵌入式系统开发模式最大特点是软件、硬件综合开发。

13、嵌入式系统的实时性分为软实时和硬实时。

14、专门为数字信号处理而设计的处理器称为DSP。

15、一个完整可用的操作系统主要有4部分组成：硬件、操作系统内核、操作系统服务、用户应用程序。

16、一般情况下，嵌入式操作系统可分为实时操作系统和非实时操作系统。

17、在Linux的版本号中，第一个数为主版本号，第二个为次版本号，第三个为修订号。

18、实时系统的关键问题是保证系统的实时性。

19、嵌入式处理器的分类包括4种，分别是：微控制器（或单片机）、嵌入式微处理器、数字信号处理器（DSP）和片上系统。

20、在嵌入式系统的设计过程中，完成原理图设计、版图设计应在硬件设计阶段完成。

21、DSP是专门为处理数字信号而设计的处理器。

22、在操作系统中，进程的三种基本调度状态为等待、就绪和运行。

23、在嵌入式系统的设计过程中，其中规格说明解决“做什么”。

24、反映嵌入式系统设计人员的水平能力主要在于总体设计（需求分析、规格说明和体系结构设计）和系统调试。

25、嵌入式系统的基本要素和特征是：嵌入、专用性、计算机。

26、确定输入信号是数字信号还是模拟信号属于功能性需求。

27、从层次角度来看，嵌入式系统由四大部分组成，分别是：应用软件层、操作系统层、板级支持包（或硬件抽象层）和硬件层。

28、内核既是操作系统的心脏，也是它的大脑。

29、嵌入式系统的软件包括两部分，嵌入式操作系统和用户的应用程序。

30、嵌入式软件开发的流程包括编码阶段、构建阶段、部署阶段、运行阶段。

31、确定系统的物理尺寸和重量属于非功能性需求。

32、ARM字数据存储格式有：大端格式和小端格式。

33、JTAG调试接口的结构由测试访问端口TAP控制器、旁路寄存器、指令寄存器和数据寄存器及ARM架构处理器组成。

34、时钟产生单元能产生供内核使用的时钟和供外设使用的时钟。

35、RTC时间节拍能被用于实时操作系统（RTOS）内核时间节拍。如果时间节拍是由RTC时间节拍所产生的，RTOS与时间的功能将通常同步到实际时间。

36、S3C2440A片内有5个16位定时器。

37、定时器0有一个用于大电流设备的死区生成器。

38、S3C2440A中的时钟控制逻辑能够产生时钟信号,其中FCLK提供给CPU，HCLK提供给AHB总线外围设备，PCLK提供给APB总线外围设备。

39、实时内核的时间管理以系统时钟为基础。

40、若输出转换器使能,当TCNT中的值小于等于TCMP中的值时，输出高电平。

41、使用看门狗定时器时, 正常程序中, 必须不断进行设置WTCNT寄存器使得它不为0，否则系统会不断重新启动，这就是完成喂狗。

42、若输出转换器使能，降低PWM脉宽的输出值，需增加TCMPBn的值。

43、死区是用于功率器件中的PWM控制,。此功能允许在开关器件关闭与另一个开关器件的开启之间插入一个小小的时间间隙。这个间隙禁止同时开启两个开关器件，即使是在非常短的时间也不允许。

嵌入式系统专业术语

AHB 先进高性能总线
ARM advanced RISC machine
BSP 板级支持包
CAN 控制器局域网
CPSR 程序状态寄存器
DRAM 动态可读写随机存储器
DSP 数字信号处理器
EOS 嵌入式操作系统
GPL 通用公共许可协议
GPIO 通用输入输出口
HAL 硬件抽象层
JTAG 联合测试工作组
LCD 液晶显示器
LED 发光二极管
MMU 内存管理单元
NFS 网络文件系统
PCB 印刷电路板
RAM 可读写随机存储器
ROM 只读存储器
RTC 实时时钟
RTOS 嵌入式实时操作系统
SPI 串行外围接口
SRAM 静态可读写随机存储器
UART 通用异步接收器和发送器
USB 通用串行总线接口
WDT 看门狗定时器

嵌入式微处理器体系结构有哪两种？各自的特点是什么？

答：冯•诺依曼结构与哈佛结构

体系结构	结构	特点
冯-诺依曼	程序和数据共用一个存储空间；采用单一的地址及数据总线。	执行指令时，先从储存器中取指解码，再取操作数执行运算，即使单条指令也要耗费几个甚至几十个周期，在高速运算时，在传输通道上会出现瓶颈效应。
哈佛	程序和数据存储在不同的存储空间中，每个存储器独立编址、独立访问。	分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令字（来自程序存储器）和操作数（来自数据存储器），从而提高执行速度，提高数据的吞吐率。因此取指和执行能完全重叠，具有较高的执行效率。

嵌入式系统判断题

在GPS的结构设计中，需要考虑硬件组件和软件组件。✅

嵌入式系统一般是应用于大型电子装置的，它的内核比较大。❌

把底层驱动封装成构件的目的，主要是为了使该底层驱动程序可以在另一类型的芯片上使用。❌

AHB总线上任何部件都可以发起总线传输操作。❌

汇编语言是高级语言。❌

C语言程序可以嵌套加入汇编程序模块。✅

RTC所需时钟可以由时钟树中的MCLK分频获得。❌

设置PCON的IDL位为1，复位或中断请求使处理器退出空闲模式。✅

在Cache中，直接映射是指存储单元可以映射到cache的任何位置。❌

前台程序是无中断情况下CPU运行的程序，后台程序是中断服务子程序。✅

GPIO工作在输入模式时，必须打开中断，通过中断感知外部信号。❌

LCDCDMA是一个专用的DMA，它能自动地把在帧存储器中的视频数据传送到LCD驱动器。通过使用这个DMA通道，视频数据不需要CPU的干预就可以显示在LCD屏上。✅

驱动程序一般有一个main 函数，从头到尾执行一个任务。❌

嵌入式系统的设计方法是一个系统过程，编译器、软件工程工具有利于设计的自动化。✅

嵌入式系统的个性化很强，针对不同的任务，需要对系统进行较大更改，所以嵌入式系统通用性较差。✅

嵌入式开发需要专门的软件和硬件设备。✅

与PC机相比，嵌入式系统在性能方面采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz到1200MHz以上，接近PC机的水平。✅

微控制单元MCU的英文全称为Microcontroller Unit，多媒体应用处理器MAP的英文全称为Multimedia Application Processor。✅

嵌入式系统一般是应用于大型电子装置的，它的内核比较大。❌

GPS例子中规格说明是对系统的更精确的描述，对于领域中认知的需求可以不写。❌

在GPS的结构设计中，需要考虑硬件组件和软件组件。✅

嵌入式开发需要专门的软件和硬件设备。✅

四种处理器中，PLD/FPGA适合于硬件编程应用。✅

嵌入式系统开发为何要交叉编译呢？

交叉编译环境

交叉编译（cross-compilation）指的是在主机平合上（这畢主机是PC）用交又编译工具编译出可在嵌入式处理器平台上（比如ARM）运行的代码的过程。
编译（compile）编译就是把高级语言变成计算机可以识别的二进制语言，计算机只认识1和0，编译程序把人们熟悉的语言换成二进制的。编译程序把一个源程序翻译成目标程序的最后生成目标代码。常用的计算机软件，都需要通过编译的方式，把使用高级计算机语言编写的代码（比如C代码）编译（compile）成计算机可以识别和执行的二进制代码。

在Windows 平合上，可使用 Visual C++开发环境，编写程序并编译成可执行程序。使用PC平台上的Windows 工具开发针对 Windows 本身的可执行程序。

这种方式通常不适合于嵌入式系统的软件开发。嵌入式系统平台（例如ARM构架平台）资源匮乏，存储空间有限，CPU 运算能力一般不能像PC一样安裝本地编译器和调试器，因此不能在本地编写、编译和调试自身运行的程序，而需借助其它系统如PC来完成这些工作，这样PC机系统通常被称为宿主机。运行程序的ARM目标平台就称为目标板。在PC（宿主机）运行Linux 系统和使用交叉编译、汇编及连接工具形成可执行的二进制代码（这种可执行代码并不能在宿主机上执行，而只能在目标板上执行），然后把可执行文件下载到目标机上运行。

综合应用一食堂售饭系统

某食堂的售饭系统由一个后台数据库系统及若干个前台刷卡机组成，其基本功能具体描述如下；
a、刷卡机的硬件组成中，除了必须的最小硬件系统外，还需要IC卡读写模块、8段LED组成的显示模块、键盘模块、蜂鸣器模块、RS-485通信模块等。
b、客户需要事先办理本系统的消费IC卡，预存若干金额，办卡信息及预存金额存储在后台数据库系统中。
c、客户消费时，用IC卡在刷卡机上支付。支付时，由售饭员在刷卡机上输入客户缴费金额且在LED显示器上显示，然后客户刷卡，若IC卡合法，则把缴费金额和IC卡信息传输给后台数据库系统。若IC卡不合法，用蜂鸣器发不合法提示音。
d、后台数据库系统接收到刷卡机的信息后，将根据IC卡号查询出该卡的余额，若余额大于等于应缴费额，则进行扣费，再把当前余额及扣费正确信息回传给刷卡机。若余额小于应缴费额，则回传扣费不正确信息给刷卡机。
e、刷卡机接收到回传的信息后，显示回传的余额，且若是扣费正确信息，则用蜂鸣器发"扣费正确”提示音；若是扣费不正确信息，则用蜂鸣器发”扣费不正确”提示音。
根据上述功能要求的描述，若采用S3C2410芯片为核心来构建刷卡机的硬件平台，请完善下面的叙述（程序）、和回答有关的问题。

1. 在设计硬件时，最小的硬件系统是保证系统能正常工作的必要硬件组成。它包括电源电路、时钟电路）、复位电路、调试测试接口、以及存储器。
2. 若在硬件设计时，选用8个共阴极的8段LED组成2组显示器（1组4个8段LED），用于显示当前消费金额和余额。若采用GPC0~GPC6、GPC7外接同向驱动后，分别连接到显示"消费金额"的LED显示器段信号线a~f、dp上，采用GPD0~GPD3外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位~高数据位的4个8段LED位信号线。另外采用GPC8~GPC14、GPC15外接同向驱动后，分别连接到显示"余额"的LED显示器段信号线a~f、dp上，采用GPD4~GPD7外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位~高数据位的4个8段LED位信号线。

那么，GPC0~GPC15引脚的功能为：输出，GPD0~GPD7引脚的功能为：输出。初始化GPC0

~GPC15引脚功能的语句可以是：//rGPCCON是端口C的控制寄存器，其格式见后面附录rGPCCON=0x55555555;

初始化GPD0~GPD7引脚功能的语句可以是//rGPDCON是端口D的控制寄存器，其格式见后面附录rGPDCON=（（rGPDCON|0x00005555）& 0xFFFF5555）；若只在"余额"LED显示器中的次高数据位LED上显示字符"3"，相关驱动程序中可用下面语句实现。

rGPCDAT =0x4F00;//输出“3“的段信号

rGPDDAT =0xFFBF;//输出次高数据位被点亮的控制信号

说明：下面是试题解答时需要用到的寄存器格式及相关说明。

1）端口C的控制寄存器（GPCCON）

引脚GPCCON的位描述

GPC15［31:30］00=输入，01=输出，10=VD7，11=保留

GPC14［29:28］00=输入，01=输出，10=VD6，11=保留

GPC13［27:26］00=输入，01=输出，10=VD5，11=保留

GPC12［25:24］00=输入，01=输出，10=VD4，11=保留