嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、第一章1、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍：軍事國(guó)防、消費(fèi)電子、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制。2、嵌入式系統(tǒng)定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件與硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（嵌入式的三要素：嵌入型、專用性與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）。3、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)：1)專用性強(qiáng)；2）實(shí)時(shí)約束；3）RTOS；4）高可靠性；5）低功耗；6）專用的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境；7）系統(tǒng)精簡(jiǎn)；4、嵌入式系統(tǒng)的組成：（1）處理器：MCU、MPU、DSP、SOC；（2）外圍接口及設(shè)備：存儲(chǔ)器、通信接口、I/O接口、輸入輸出設(shè)備、電源等；（3）嵌入式操作系統(tǒng)：windows C

2、E、UCLinux、Vxworks、UC/OS;（4）應(yīng)用軟件：Bootloader5、嵌入式系統(tǒng)的硬件：嵌入式微處理器（MCU、MPU、DSP、SOC），外圍電路，外部設(shè)備；嵌入式系統(tǒng)的軟件：無操作系統(tǒng)（NOSES），小型操作系統(tǒng)軟件（SOSES），大型操作系統(tǒng)軟件（LOSES） 注：ARM處理器三大部件：ALU、控制器、寄存器。6、嵌入式處理器特點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)多任務(wù)；（2）結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展；（3）很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能；（4）低功耗；7、DSP處理器兩種工作方式：（1）經(jīng)過單片機(jī)的DSP可單獨(dú)構(gòu)成處理器；（2）作為協(xié)處理器，具有單片機(jī)功能和數(shù)字處理功能； 第二章1、IP核分類：軟核、固核、硬核；2

3、、ARM處理器系列：（1）ARM7系列（三級(jí)流水，thumb指令集，ARM7TDMI）;(2)ARM9系列（DSP處理能力，ARM920T）（3）ARM/OE（增強(qiáng)DSP）（4）SecurCone系列（提供解密安全方案）；（5）StrongARM系列（Zntle產(chǎn)權(quán)）；（6）XScale系列（Intel產(chǎn)權(quán)）；（7）Cortex系列（A：性能密集型；R：要求實(shí)時(shí)性；M：要求低成本）3、ARM系列的變量后綴：（1）T：thumb指令集；（2）D：JTAG調(diào)試器；（3）快速乘法器；（4）E：增強(qiáng)DSP指令；（5）J：Jave加速器4、ARMXYZTDMIEJFS :x系列號(hào)，y內(nèi)部存儲(chǔ)管理和保護(hù)單

4、元，Z含有高速緩存。5、CISC（x86）：（1）具有大量的指令和尋址方式（300500條）；（2）8/2原則：80%的程序只用20%的指令；（3）大多說程序只使用少量指令就能運(yùn)行；6、處理器核的性能指標(biāo)：（1）馮諾依曼vs哈佛；（2）CISC vs RISC（3）流水線結(jié)構(gòu)；（4）超標(biāo)量執(zhí)行；（5）高速緩存；7、流水線（所有的ARM處理器）：每個(gè)時(shí)鐘脈沖都接收下一條處理數(shù)據(jù)的指令，只是不同部分做不同的事情，提高系統(tǒng)處理速度和效率； ARM73級(jí)流水線，PC=LR-4；ARM95級(jí)流水線PC=LR-4*3；ARM106級(jí)；ARM8級(jí)；Cortex8級(jí)；8、4種異常：中斷、陷阱、故障、終止；9、

5、ARM處理器的7種工作模式：（1）用戶態(tài) USR；（2）快中斷 FIQ；（3）中斷 IRQ；（4）管理態(tài) SVC;（5）終止態(tài) ABT；（6）未定義 UND；（7）系統(tǒng) SYS；10.ARM的兩種工作狀態(tài)：（1）ARM狀態(tài)-32位ARM指令集，字對(duì)齊取指（2）Thumb狀態(tài)-16位Thumb指令集，半字對(duì)齊取指。11.ARM寄存器：37個(gè)寄存器，其中31個(gè)通用寄存器，6個(gè)狀態(tài)寄存器，寄存器位32位寄存器。影子寄存器：是為處理器的不同工作模式配備的專用物理寄存器，在異常模式下，它們將代替用戶或者系統(tǒng)模式下使用的部分寄存器。（1）SP堆棧指針R13（2）LR鏈接寄存器R14（3）PC程序計(jì)數(shù)器R1

6、5（當(dāng)前取指指令地址）狀態(tài)寄存器：（1）保存ALU當(dāng)前操作信息（2）控制允許和禁指中止（3）設(shè)置處理器操作模式。標(biāo)志位：（1）N結(jié)果為負(fù)數(shù)，N=1（2）Z結(jié)果為0，Z=1（3）C加法進(jìn)位C=1，減法置錯(cuò)位C=0（4）V帶符號(hào)溢出，V=1（5）II=1禁止IRQ中斷（6）FF=1禁止FIQ中斷（7）T=0ARM執(zhí)行；T=1，Thumb執(zhí)行。12.ARM存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)類型：8位字節(jié)（Java加速器）；16位字節(jié)（Thumb處理器）；32位字節(jié)（ARM處理器）；13.大端序：高字節(jié)低地址；小端序：高字節(jié)高地址。14.ARM的存儲(chǔ)體系（1）片內(nèi)存儲(chǔ)器：寄存器，片上cache，F(xiàn)IFO，TCM（可控），片內(nèi)

7、SRAM（2）片外存儲(chǔ)器：主存儲(chǔ)器（片外DRAM、SDRAM），外部存儲(chǔ)器，后備存儲(chǔ)器。15.存儲(chǔ)管理單元MMU的作用：（1）虛擬存儲(chǔ)空間到物理存儲(chǔ)空間的映射（2）存儲(chǔ)器保護(hù)功能（3）設(shè)置虛擬存儲(chǔ)空間的緩沖特性。16、Cache:cache是位于主存儲(chǔ)器和cpu之間的一塊高速存儲(chǔ)器（高速可控）統(tǒng)一cache：馮諾伊曼結(jié)構(gòu)中指令和數(shù)據(jù)存放在一起，統(tǒng)一編址。分離cache:哈佛結(jié)構(gòu)中，指令和數(shù)據(jù)存放各存儲(chǔ)體，分開編址。邏輯cache:cache放在處理器內(nèi)核與MMU之間。邏輯cache在序列地址空間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，處理器可以直接通過邏輯cache訪問數(shù)據(jù)，而無需通過MMU。物理cache:cache放在

8、MMU和物理存儲(chǔ)器之間。物理cache使用物理地址存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，當(dāng)處理器訪問存儲(chǔ)器時(shí)，MMU必須先把虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址，cache才能向內(nèi)核提供數(shù)據(jù)。Cache地址映射方法：直接映射（電路簡(jiǎn)單效率低），全相聯(lián)映射（適合小cache），組想聯(lián)映射。17.FCSE-快速上下文切換擴(kuò)展：是硬件電路，加快進(jìn)程切換速度，減小切換開銷2寫緩存區(qū)改善了cache的性能18.FIFO-寫緩存區(qū)（容量很?。何挥谔幚砗伺c主存之間1當(dāng)Cpu輸出數(shù)據(jù)時(shí)，若總線恰好被占用而無法輸出時(shí)，那么Cpu可以把數(shù)據(jù)寫入寫緩存區(qū)。當(dāng)總線上沒有比寫緩存區(qū)優(yōu)先級(jí)更高的掌控者時(shí)，寫緩存區(qū)可以通過總線將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存2.19.哈佛結(jié)構(gòu)在A

9、RM中的具體實(shí)現(xiàn)方式：1.程序指令和數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)，分開編址；23.哈佛結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)Cache和指令Cache是分開的，各有一套地址和數(shù)據(jù)總線，使取指和取數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行。20.筒形移位寄存器；ARM處理器內(nèi)部有筒形移位寄存器，可以進(jìn)行移位操作。21.看門狗定時(shí)器WDG:引導(dǎo)嵌入式微處理器脫離死鎖工作狀態(tài)。22.邊界對(duì)準(zhǔn)：指處理器一次性的或者周期性的讀寫內(nèi)存的起始地址。提高數(shù)據(jù)傳輸速度，加快訪問速度，簡(jiǎn)化了編譯器設(shè)計(jì)，優(yōu)化了程序代碼。23AMBA總線：AHB-高性能片上總線；APB-先進(jìn)外圍片上總線24.I/O地址空間編址方法：1）獨(dú)立編址法（8086），需要設(shè)置I/O指令；2）統(tǒng)一編址法（ARM）（

10、3）混合編址第三章1.ARM的指令集包括六類指令：分支指令，數(shù)據(jù)處理指令，狀態(tài)寄存器存取指令，數(shù)據(jù)存取指令，協(xié)處理器指令，異常處理指令。3.ARM指令集和Thumb指令集具有兩個(gè)共同點(diǎn)，一是他們都有較多的寄存器，可以用于多種用途；而是對(duì)存儲(chǔ)的訪問只能通過Load/store指令進(jìn)行。4.正交指令集具有如下特征（1）指令集中的絕大多數(shù)指令長(zhǎng)度相同（2）指令的操作碼和操作數(shù)尋址字段的長(zhǎng)度相對(duì)穩(wěn)定。（3）在尋址字段中，所有寄存器的尋址都可以替換。5.ARM處理器有三個(gè)指令集：32位的ARM指令集，16位的Thumb指令集和8位的Jazelle指令集。6.多寄存器傳送指令的優(yōu)點(diǎn)：在數(shù)據(jù)塊操作，上下文切

11、換，棧操作方面比單寄存器傳送指令效率更高，但缺點(diǎn)是增加了中斷延遲。7.簡(jiǎn)述ARM進(jìn)入異常時(shí)處理器的響應(yīng)，退出異常時(shí)需要執(zhí)行哪些操作，處理器響應(yīng)(1)將CPSR的內(nèi)容保存到將要執(zhí)行的異常中斷模式的SPSR中（2）設(shè)置當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR中的模式字段位（3）將異常發(fā)生時(shí)程序的下一條指令地址保存到新的異常模式的R14寄存器中（4）強(qiáng)制對(duì)程序計(jì)數(shù)器賦值，使程序從異常所對(duì)應(yīng)的向量地址開始執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。退出異常時(shí)操作如下：（1）所有修改過的用戶寄存器必須從處理程序的保護(hù)棧中恢復(fù)（2）恢復(fù)被中斷程序在被中斷時(shí)刻的CPSR寄存器（3）返回到發(fā)生異常中斷的指令位置或者異常中斷的下一條指令處執(zhí)行。（4

12、）清除CPSR中的中斷禁止標(biāo)志位。8. ARM指令集有何特點(diǎn)（1）ARM指令集都是32位的（2）ARM指令集都采用Load-store架構(gòu)（3）所有指令都可以條件執(zhí)行9.簡(jiǎn)述ARM指令有幾種尋址方式寄存器尋址，立即數(shù)尋址，寄存器移位尋址，寄存器間接尋址，基址尋址，多寄存器尋址，棧尋址，塊拷貝尋址，相對(duì)尋址。10.處理器進(jìn)入管理模式（1）保存指令地址（2）SPSR_mode=CPSR（2）設(shè)置CPSR（模式，中斷，狀態(tài)）（3）R14=PC（保存返回地址）（4）PC=異常入口地址11ARM從異常中斷返回過程：（1）從SPSR恢復(fù)CPSR（2）從LR恢復(fù)PC（3）出棧12.匯編方法：（1）內(nèi)嵌匯編（

13、2）匯編和C變量回訪（3）匯編和C相互調(diào)用第四章1.嵌入式系統(tǒng)常用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：1）ROM:容量小，只讀，非易失用作BootLoader載體；2）SRAM：容量較大，儲(chǔ)存密度低，讀寫快；3）DRAM：密度高，讀寫快，成本低，2ms刷新一次；4）SDRAM：密度高，容量8512MB，R/M與CPU一致，成本低，用作外部存儲(chǔ)器；5）Flash：大容量，中低密度，集成度高，成本低，速度快用作外部存儲(chǔ)器。2、存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)：易失性、只讀性、位容量、速度、功耗、可靠性、價(jià)格。3、Nor Flash和Nand Flash的技術(shù)特點(diǎn)：共同特點(diǎn)先擦除Nor Flash ：1）32M以下，可擦寫10萬次；2

14、）以“字節(jié)”為單位；3）可以做到芯片內(nèi)執(zhí)行；4）讀取速度快；5）與處理器總線連接Nand Flash：1）32M以下，可擦寫100萬次；2）以“頁(yè)”為單位；3）不能芯片內(nèi)執(zhí)行；4）寫速度快；5）I/O連接方式；4、I2總線：1）同步串行總線；2）連接MCU和外設(shè)ADC，LED等；3）雙向兩線結(jié)構(gòu)；4）適合近距離非常性數(shù)據(jù)通信；5）主從、多主分布通信網(wǎng)絡(luò)。 SPI總線：1）同步串行接口；2)連接MCU和外設(shè)；3）4線；4）主從分布式通信網(wǎng)絡(luò)；CAN總線：1）串行現(xiàn)場(chǎng)總線；2）應(yīng)用與汽車電子；3)CAN控制器集成在SOC內(nèi)部；5.UART的主要功能有：（1）可進(jìn)行傳輸波特率設(shè)定（2）將接收到的串行

15、數(shù)據(jù)變換為主機(jī)內(nèi)部的并行數(shù)據(jù)（3）把機(jī)內(nèi)并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出串行數(shù)據(jù)（4）設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷剑?）對(duì)輸入輸出的串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗(yàn)處理，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，緩沖處理等。6C語言程序?qū)PIO的讀寫規(guī)范：（1）在頭文件中對(duì)控制GPIO的寄存器進(jìn)行宏定義（2）使用限定符Valatile7.USB接口的主要特點(diǎn)（1）串行外設(shè)連接（2）支持即插即用（3）連接容易，使用方便（4）獨(dú)立供電，降低外設(shè)成本（5）速度快8.為嵌入式系統(tǒng)配備以太網(wǎng)接口有以下兩種方法（1）嵌入式處理器+以太網(wǎng)芯片 對(duì)處理器沒有特殊要求，只要求正確把以太網(wǎng)接口芯片接到嵌入式總線上，編寫該接口芯片的驅(qū)動(dòng)程序。優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，適合各種處

16、理器，缺點(diǎn)是速度慢，可靠性不高（2）內(nèi)部集成了以太網(wǎng)控制器的嵌入式控制器 特點(diǎn)：要求嵌入式處理器有通用的網(wǎng)絡(luò)接口，處理器是面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)的，處理器和網(wǎng)絡(luò)通過內(nèi)部總線交換數(shù)據(jù)，速度快且可靠性高。9. 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采用曼徹斯特編碼方案，TEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)10.非編碼式鍵盤識(shí)別按鍵的方法有兩種：（1）行掃描法 讓一個(gè)行線引腳發(fā)出低電平信號(hào)，使該引腳對(duì)應(yīng)的鍵盤上某一行線為低電平，而其余行線為高電平，然后讀行線值，如果行值中有某位為低電平，則表明行列交點(diǎn)處的鍵被按下；否則掃描下一行，直到掃描完全部行線為止。換言之，如果該航線所連接的鍵沒有按下，則列線所接的端口得到的是全“1”信號(hào)；如果有鍵按下，則

17、得到非全“1”信號(hào)。（2）線反轉(zhuǎn)法 先將行線作為輸出線，列線作為輸入線，行線輸出全“0”信號(hào)，讀出列線的值，然后將行線列線輸入輸出關(guān)系互換，并且將剛才獨(dú)到的列線所接的端口輸出，再讀出行線的輸入值，那么在閉合鍵所在的行線上的值必為0。這樣，當(dāng)一個(gè)鍵被按下時(shí)，必定可讀到一對(duì)唯一的行列值。11液晶顯示器（LCD）采用一種數(shù)字顯示技術(shù)，通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖像。12.LCD有兩種類型，一種是帶有驅(qū)動(dòng)電路的LCD顯示模塊，這種LCD可以與各種低檔單片機(jī)進(jìn)行接口，如8051系列單片機(jī)；另一種是LCD顯示屏，它需要配接驅(qū)動(dòng)電路才能使用。連接方式：第一種嵌入式處理器可通過數(shù)據(jù)總線，寄

18、存器選擇，使能信號(hào)與LCD模塊連接；第二種有LCD控制器的潛入式處理器可通過LCD控制信號(hào)線與LCD顯示屏連接。13.觸摸屏方式：電阻式，電容式，表面聲波式，紅外線掃描，近場(chǎng)成像式觸摸屏組成部分：（1）觸摸檢測(cè)裝置:安裝在顯示屏幕前面，檢測(cè)觸摸位置，接收后送到觸摸屏控制器（2）觸摸屏控制器：接收觸摸信息，轉(zhuǎn)換為觸點(diǎn)坐標(biāo)送給處理器第五章1.調(diào)試方法：（1）直接測(cè)試法（2）BDM/JTAG調(diào)試（3）軟件調(diào)試（4）模擬調(diào)試（5）全仿真調(diào)試2.直接測(cè)試法：（1）在主機(jī)上編寫源程序.C（2）編譯.O文件（3）下載/掛載（4）在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行程序（5）重復(fù)（2）測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，效率低3BDM/JTAG調(diào)試：特點(diǎn)

19、：JTAG是一種在線調(diào)試接口，需要一個(gè)JTAG接口與ARM通信，完全非插入式調(diào)試，該方式有一個(gè)硬件調(diào)試體（ICD調(diào)試器）。該硬件調(diào)試體與目標(biāo)板通過JTAG調(diào)試接口相連，與主機(jī)通過串口/網(wǎng)口/USB口/并口相連。待調(diào)試軟件通過JTAG調(diào)試器下載到目標(biāo)板上運(yùn)行。 功能：（1）讀出/寫入CPU的寄存器，訪問控制ARM處理器內(nèi)核，（2）讀出/寫入內(nèi)存，訪問系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器。（3）訪問ASIC系統(tǒng)；（4）訪問I/O系統(tǒng)；（5）控制程序單步執(zhí)行和實(shí)時(shí)執(zhí)行。4.軟件調(diào)試：特點(diǎn)：宿主機(jī)上有調(diào)試器，目標(biāo)機(jī)上有監(jiān)控器，monito預(yù)先被固化到目標(biāo)機(jī)ROM中，目標(biāo)機(jī)復(fù)位后被首先執(zhí)行，等待宿主機(jī)命令，主機(jī)和目標(biāo)板通過串

20、口、網(wǎng)口、并口連接，主機(jī)上提供調(diào)試界面，待調(diào)試軟件下載到目標(biāo)板上運(yùn)行。 功能：實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件調(diào)試，單步執(zhí)行目標(biāo)程序。5.模擬調(diào)試：特點(diǎn)：模擬器是運(yùn)行在宿主機(jī)上的一個(gè)純軟件系統(tǒng)工具，它通過模擬目標(biāo)機(jī)的指令系統(tǒng)或目標(biāo)機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用達(dá)到在宿主機(jī)上運(yùn)行和調(diào)試嵌入式程序的目的。調(diào)試工具和待調(diào)試的嵌入式軟件都在宿主機(jī)上運(yùn)行，由主機(jī)提供一個(gè)模板的目標(biāo)運(yùn)行環(huán)境。功能：主要是用作用戶程序的模擬運(yùn)行，用來檢查語法和程序的結(jié)構(gòu)等簡(jiǎn)單錯(cuò)誤。6.全仿真調(diào)試：特點(diǎn)：ICE是一種用于替代目標(biāo)板上的CPU的設(shè)備，ICE仿真器通過仿真頭連接到目標(biāo)板，通過串口、網(wǎng)口或USB口與主機(jī)連接。7.簡(jiǎn)述嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境：選擇主

21、要芯片，確定編程語言，選擇開發(fā)環(huán)境，RTOS的使用，測(cè)試工具與其他輔助設(shè)備確定產(chǎn)品需求選擇開發(fā)方案設(shè)計(jì)與調(diào)試測(cè)試產(chǎn)品8.ADS集成開發(fā)環(huán)境特點(diǎn)：（1）可在Windows以及Solarts，RedHat linus上運(yùn)行；（2）支持所有的ARM系列處理器。組成部分：（1）代碼生成工具；（2）IDE集成開發(fā)環(huán)境；（3）調(diào)試器；（4）指令集模擬器；（5）ARM開發(fā)包；（6）ARM應(yīng)用庫(kù)。第六章1、 嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：非通用性；實(shí)時(shí)性；功耗、成本、可靠性嚴(yán)格要求；有限存儲(chǔ)空間實(shí)行；可裁剪。2、 搶占性內(nèi)核：優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)能夠立即執(zhí)行，從而能夠保證系統(tǒng)具有高度實(shí)時(shí)性能。 含義：當(dāng)任務(wù)位于內(nèi)核空間時(shí)，有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)出現(xiàn)時(shí)，如果當(dāng)前內(nèi)核允許搶占，則可以將當(dāng)前任務(wù)掛起，執(zhí)行優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)。3、 不可搶占式內(nèi)核：要求每個(gè)任務(wù)在程序代碼執(zhí)行完畢后自行放棄CPU的所有權(quán)。 含義：高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程不能終止正在內(nèi)核中運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)而搶占CPU運(yùn)行，除非任務(wù)自愿放棄CPU，否則該任務(wù)將一直運(yùn)行下去，直至完成或退出內(nèi)核。4、 嵌入式操作系統(tǒng)按內(nèi)核結(jié)構(gòu)分為：?jiǎn)蝺?nèi)核型和微內(nèi)核型。單內(nèi)核型：整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)可執(zhí)行文件包含所有的操作系統(tǒng)組件；系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就是無結(jié)構(gòu)，由一組函數(shù)組相互之間可以隨意的調(diào)用；剪裁，修改后重新編譯；通信開銷小