北航17系嵌入式系統(tǒng)大綱2014答案

1、1.2.嵌入式系統(tǒng)三要素?嵌入式系統(tǒng)目前被大多數(shù)人接受的一般性定義是什么？舉例說明嵌入式系統(tǒng)的應用。嵌入式系統(tǒng)是 “以應用為中心，以計算機為技術基礎，軟硬件可裁減，適用于應用系統(tǒng) 對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。應用：應用極其廣泛，例如 數(shù)字電視、電視盒子、可穿戴設備 、智能家電嵌入性（嵌入到對象體系中，有環(huán)境要求）、專用性、計算機（ 實現(xiàn)對象的智能化功能 ）3.嵌入式系統(tǒng)與單片機的區(qū)別?單片機屬于嵌入式系統(tǒng)，但只有嵌入式系統(tǒng)的部分結構和部分功能。單片機數(shù)據(jù)處理能力有限、處理速度有限;單片機不適合運行操作系統(tǒng)，難以進行復雜的運算及處理功能;嵌入式系統(tǒng)強調(diào)基

2、于平臺的設計、軟硬件協(xié)同設計，單片機多采用軟硬件流水設計;嵌入式系統(tǒng)設計核心是軟件設計（70%工作量），單片機系統(tǒng)軟硬件設計所占比例基 本相同。單片機無網(wǎng)絡功能。4.嵌入式系統(tǒng)與PC機的區(qū)別?嵌入式系統(tǒng)一般專用于特定任務，PC是通用計算機;嵌入式系統(tǒng)使用多種類型的處理器，系統(tǒng)硬件資源比PC機少的多，但種類遠超PC;嵌入式系統(tǒng)常有實時約束，也有功耗、成本約束，且常在極端環(huán)境下運行，故障造 成的后果比 PC更嚴重;嵌入式系統(tǒng)得到多種微處理器體系的支持;嵌入式系統(tǒng)需要專用工具和方法進行開發(fā)設計5.嵌入式處理器分為哪幾類，說明定義及特點?（1）嵌入式微處理器（MPU ），就是和通用計算機的處理器對應的

3、CPU，“增強型”通用微處理器。特點：體積小，功耗低，只保留和嵌入式應用相關的功能，在工作溫 度、抗電磁干擾、可靠性等方面功能增強（2）嵌入式微控制器（MCU ），就是將整個計算機系統(tǒng)的主要硬件集成到一塊芯片中,具有各種必要功能和外設。特點：一個系列的MCU具有相同的處理器內(nèi)核，只不 過存儲器與外設的配置及封裝不同，可以最大限度地和應用需求匹配。（3）嵌入式DSP，專門用于信號處理方面的處理器。特點：很高的編譯效率和指令執(zhí)行速度，主要用于數(shù)字濾波、頻譜分析、FFT等方面。（4）嵌入式SOC，就是追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件。絕大多數(shù)系統(tǒng)構件都在一個系統(tǒng)芯片內(nèi)部。 特點： 結構簡潔、體積小、功

4、耗低、可靠性高、設計生產(chǎn)效率高（5）嵌入式SOPC,是用可編程邏輯技術把整個系統(tǒng)放到一塊硅片上。片上可編程系統(tǒng)） 特點： 采用超深亞微米工藝技術，使用一個或以上的嵌入式處理器，設計方式靈活，可裁減、可擴充、可升級，具有軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。6嵌入式實時操作系統(tǒng)的定義、特點和分類？定義： 能夠?qū)ν獠渴录龀黾皶r響應的系統(tǒng)。響應時間要有保證 特點： 多任務、有線程優(yōu)先級（是否為進程） 、多種中斷級別 分類： 硬實時操作系統(tǒng)、軟實時操作系統(tǒng)7嵌入式系統(tǒng)的特點？1)是 面向具體應用 的產(chǎn)品?？梢悦嫦蚰骋粋€領域、某一行業(yè)、某一用戶的具體產(chǎn)品，不具有通用性，不能獨立發(fā)展；對功耗、體積、成本、可靠性、速

5、度、處理能力等有嚴格要求2)嵌入式軟件特征 。 具有實時性、高質(zhì)量、高可靠，程序固化；內(nèi)核小，無系統(tǒng)軟件和應用軟件的明顯區(qū)分需要軟硬件開發(fā)工具和系統(tǒng)軟件需要應用專家參與開發(fā) 。一般不是一個獨立的應用產(chǎn)品，是某個產(chǎn)品的一部分，需要相應方面的應用專家參與分散而不壟斷 （市場）8按表現(xiàn)形式和實時性嵌入式系統(tǒng)的分類？按表現(xiàn)形式： 芯片級嵌入、模塊級嵌入、系統(tǒng)級嵌入按實時性要求： 非實時系統(tǒng)、軟實時系統(tǒng)、硬實時系統(tǒng)9軟硬件協(xié)同設計的目的？其涉及的內(nèi)容有哪些？目的： 縮短開發(fā)周期 ；取得更好的設計效果 ；滿足苛刻的設計限制 ；（太長了，這一點不答了）不僅包含芯片本身，還必須包含完整的開發(fā)系統(tǒng)和典型應用實例

6、而供應商提供的服務和技術支持也當然成為產(chǎn)品不可分割的一部分。涉及的內(nèi)容： 系統(tǒng)任務描述 ；軟硬件劃分 ； 軟硬件協(xié)同綜合 ； 軟硬件協(xié)同仿真 ；與系統(tǒng)設計相關的低壓低功耗設計，可測性設計？ 10用框圖簡述嵌入式開發(fā)的流程？（第一節(jié)）11.馮諾依曼結構與哈佛結構的區(qū)別?馮。諾依曼結構： 將指令和數(shù)據(jù)存放在同一片存儲空間, 統(tǒng)一編址,指令和數(shù)據(jù)通過同一總線訪問；哈佛結構： 是一種并行體系結構，程序和數(shù)據(jù)存放在不同的存儲空間，獨立編址， 獨立訪問,與之對應的是系統(tǒng)中設置的兩條總線 （程序總線和數(shù)據(jù)總線），使數(shù)據(jù)吞吐量大大提高。12嵌入式硬件系統(tǒng)包括那些部分，與一般的計算機處理系統(tǒng)有什么區(qū)別?包含的部

7、分： 以嵌入式處理器為核心，主要由嵌入式處理器、存儲器、總線、通信接口和 I/O 設備區(qū)別：嵌入式硬件系統(tǒng)資源比一般的 PC系統(tǒng)少的多，單種類遠超 PC,并且可以靈活地配置13總線的定義及主要參數(shù)，舉至少三個總線例子。定義： 把處理器與存儲器、 I/O 設備相連接的信息通道；是數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路；并不僅僅指的是一束信號線，而應包含相應的通信協(xié)議。主要參數(shù)： 帶寬（最大穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸率MB/S ）、位寬 （總線能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù) ）、工作時鐘頻率（ MHz ）總線帶寬 = 工作時鐘頻率 * 位寬例子： PCI 、I2C、 CAN 、SPI14按編程工藝分 FPGA 分為哪幾類，簡要說

8、明其各自特點?1 ）熔絲或反熔絲編程器件Actel FPGA 器件。特點：體積小，集成度高，速度高，易加密，抗干擾，耐高溫；只能一次編程，設計初期階段不靈活（2） SRAM 大多數(shù) FPGA。特點：可反復編程，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的動態(tài)重構；每次上電需重新下載，實際應用需外掛 EEPROM 來保存程序（3） EEPROM 大多數(shù) CPLD。特點：可反復編程；不用每次上電重新下載，但相對速度慢，功耗較大15 IP 資源復用的定義，IP Core 的分類IP 資源復用：在集成電路設計過程中,通過 繼承、共享或購買所需的部分或全部智力產(chǎn)權內(nèi)核（IP Core）,進行設計、綜合和驗證，從而加速流片設計過程的設

9、計方法。IP Core分類：微處理器、處理器外設、DSP算法、通信控制器、圖像處理3 個接口為例進行描述。16常見的通信接口有哪些?他們的主要特點是什么?至少舉并口 ：并行傳送，速度快，但傳送線路長度受限（打印機接口）Verilog硬件描述語言的語法和使用方法PPT都需掌握，題型編程。串口 ： RS232C :傳輸速率低、傳輸距離近，抗共模干擾能力差。USB ：即插即用，小功率設備可由主機直接供電Bluetooth ：功耗低、世界范圍內(nèi)可用、成本低，但與IEEE802.11b 產(chǎn)品互相干擾17為什么在 FPGA 中嵌入處理器？1） FPGA 適用于邏輯控制、接口控制、規(guī)則數(shù)據(jù)處理，設計具有復雜

10、算法和邏輯控制系統(tǒng)時，需要結合使用嵌入式處理器。2） 將處理器嵌入 FPGA 能最大限度地提高系統(tǒng)集成度，降低系統(tǒng)設計復雜度，加快上市時間。3）對需求變化提供較大的靈活性，無需重做一塊新 PCB 或采用新的處理器就能夠?qū)?、硬件進行調(diào)試，對變更進行測試。18 FPGA 與 CPLD 的優(yōu)點（ 1）隨 VLSI 工藝的不斷提高， FPGA/CPLD 芯片規(guī)模越來越大，其單片邏輯門數(shù)可達到上百萬門，所能實現(xiàn)的 功能也越來越強，同時也可實現(xiàn)系統(tǒng)集成2） FPGA/CPLD 的資金投入小，節(jié)省了許多潛在的花費3）用戶 可以反復地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動的情況下用不同軟件實現(xiàn)不同的功能 ，試制

11、的樣片以最快的速度占領市場；4）具有完善先進的開發(fā)工具5） 靈活地定義管腳功能，減輕設計工作量，縮短開發(fā)時間6）保密性好1、FPGA設計的一般流程？每一步的功能?2、3、4、構成SOPC的三種方案是什么?(1)基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系統(tǒng);FPGA配置的三種方式分別是什么？配置的三個階段是什么?配置方式：FPGA主動串行（AS）方式；JTAG方式；FPGA被動（Passive）方式 三個階段：復位、配置和初始化Quartus環(huán)境下生成的用于直接配置FPGA和配置芯片（EPCS）的文件分別是什么?直接配置FPGA : .sof文件配置芯片（EPCS）： .pof文件基于FPGA嵌入IP

12、軟核的SOPC系統(tǒng);基于HardCopy技術的SOPC系統(tǒng)5、Nios II處理器系列包括哪三種內(nèi)核？各自特點?Nios II/f （快速）：性能最高，但占用的邏輯資源最多Nios II/e （經(jīng)濟）：占用的邏輯資源最少，但性能最低Nios II/s （標準）：平衡的性能和尺寸，適中。6、Nios II處理器包括哪些寄存器？各自的功能？有哪三種運行模式?運行模式：用戶模式、超級用戶模式、調(diào)試模式通用寄存器組寄存器助記符功能寄存器助記符功能r0zero清零r16子程序要保存的寄存器r1at匯編中的臨時變量r17子程序要保存的寄存器r2函數(shù)返回值（低32位）r18子程序要保存的寄存器r3函數(shù)返回值

13、（高 32位）r19子程序要保存的寄存器r4傳遞給函數(shù)的參數(shù)r20子程序要保存的寄存器r5傳遞給函數(shù)的參數(shù)r21子程序要保存的寄存器r6傳遞給函數(shù)的參數(shù)r22子程序要保存的寄存器r7傳遞給函數(shù)的參數(shù)r23子程序要保存的寄存器r8調(diào)用者要保存的寄存器r24et為異常處理保留r9調(diào)用者要保存的寄存器r25bt為程序斷點保留r10調(diào)用者要保存的寄存器r26gp全局指針r11調(diào)用者要保存的寄存器r27sp堆棧指針r12調(diào)用者要保存的寄存器r28fp幀指針r13調(diào)用者要保存的寄存器r29ea異常返回地址r14調(diào)用者要保存的寄存器r30ba斷點返回地址r15調(diào)用者要保存的寄存器r31ra函數(shù)返回地址控制寄

14、存器組寄存器名字10ct1OstatusU-計算機運行模式P IE-外設中斷允許位ct11estatus-status的影子奇存器EUEP IEct12bstatus-status的影子奇存器BUBP IEct13ien able中斷允許位ct14ipending中斷發(fā)生標志位ct15cp uid唯一的CPU序列號7、Niosll處理器包括哪些異常？異常判別優(yōu)先級是什么?異常：（1）硬件中斷；（2）軟件異常：軟件陷阱異常、未定義指令異常、其他異常判別優(yōu)先級:進入異常處連異常類型判別8、NiosII 處理器采用的總線是什么？Avalon交換式總線9、Nios II處理器常用的外圍設備 （Peripherals） 內(nèi)核有哪些？各內(nèi)核功能特點？1）并行輸入 /輸出內(nèi)核 （PIO 內(nèi)核 ）：提供 Avalon 從控制器端口和通用 I/O 口間的存儲器映射接口。提供簡單的 I/O 訪問用