嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論簡(jiǎn)答題

1、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1. 何謂嵌入式系統(tǒng)件例說明嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域范圍。【要點(diǎn)】（1）嵌入式系統(tǒng)定義根據(jù)IEEE的定義，嵌入式系統(tǒng)是 控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝 置”。當(dāng)前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件、 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)。（2）嵌入式系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)控制、交通管理、信息家電、家庭智能管理系統(tǒng)、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)、環(huán)境工程與自然、機(jī)器人2. 比較CISC與RISC兩種架構(gòu)，簡(jiǎn)述二者的異同點(diǎn)?！疽c(diǎn)】嵌入式微處理器采用的指令系統(tǒng)有精簡(jiǎn)指令集系統(tǒng)（RISC）和

2、復(fù)雜指令集系統(tǒng)（CISC）o傳統(tǒng)的CISC注重的是強(qiáng)化指令功能，減少程序的指令條數(shù),以達(dá)到提高性能的目的。 RISC是將頁點(diǎn)放在如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)史加簡(jiǎn)單合理地提高運(yùn)算諫度. 而不是單純 地減少指令。它會(huì)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，一避免復(fù)雜指令;一周定指令長(zhǎng).一一. 度，減少指令格一式和尋址方式種類;一簡(jiǎn)化譯碼指令格式；.一一在單周期內(nèi)完成指令.笠。一.一.RISC架構(gòu)與CISC架構(gòu)器相比較，其差異處如下：申 使用相當(dāng)少的指令類型及尋址模式俗微程控盡量采用軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)中在單一執(zhí)行的周期內(nèi)完成指令中微處理器中擁有更多的寄存器中使用最佳化的程序代碼編譯分 微處理器的內(nèi)存存取主要是用丁指令的加

3、載及存儲(chǔ)事簡(jiǎn)易的譯碼指令格式爭(zhēng)高度并行化處理3. 比較板級(jí)支持包（BSP）與通用計(jì)算機(jī)的基本輸入輸出系統(tǒng)（BIOS）的異同點(diǎn)。 板級(jí)支持包是介丁主板硬件和操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)層程序之間的層。一般認(rèn)為它屆丁操作系統(tǒng)的一部分，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的支持，為上層的驅(qū)動(dòng)程序提供訪問硬件設(shè) 備寄存器的函數(shù)包，使之能與硬件主板更好地運(yùn)行。BSP主要做的工作是系統(tǒng)初始化和硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。具有 操作系統(tǒng)相關(guān)性、硬件相關(guān)性的特點(diǎn)。在系統(tǒng)啟動(dòng)之初，BSP所做的工作類似丁通用計(jì)算機(jī)的 BIOS,也是負(fù)責(zé)系統(tǒng)加電、 初始化各種設(shè)備、裝入操作系統(tǒng)。BSP與BIOS的主要區(qū)別有以下幾個(gè)方面。(1) BSP是與操作系統(tǒng)相適應(yīng)的

4、，但是 BIOS卻是和所在的主板相適應(yīng)的。也就是 說，BSP主要是為了讓硬件支持某種嵌入式操作系統(tǒng)， BIOS是為了所有操作系統(tǒng)都 能夠在其所在的硬件上正常工作。(2) 開發(fā)軟件人員可以對(duì)BSP做一定的修改，加入自己想加入的一些東西(比如各類驅(qū)動(dòng)程序甚至一些應(yīng)用程序)，但BIOS一股不能更改，開發(fā)人員只能對(duì)其進(jìn)行升 級(jí)或者更改配置的操作。相對(duì)來講，嵌入式開發(fā)人員對(duì)于BSP的自主性更大。(3) 一個(gè)BSP對(duì)應(yīng)一個(gè)硬件和一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)， 即同一個(gè)處理器可能對(duì)應(yīng)多個(gè)BSP,同一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)針對(duì)不同的處理器也需要不同的BSP。一個(gè)BIOS是對(duì)應(yīng)一個(gè)硬件和多個(gè)操作系統(tǒng)，也就是說，BIOS對(duì)應(yīng)于一

5、定條件下的硬件，跟操作系 統(tǒng)無關(guān)。4. 簡(jiǎn)述嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本過程?！疽c(diǎn)】嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 始終將待設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件與軟件同時(shí)考慮與權(quán)衡，以利 于系統(tǒng)的整體性能優(yōu)化。設(shè)計(jì)流程總體上可分為幾個(gè)階段：系統(tǒng)描述、軟硬件劃分、 協(xié)同綜合、協(xié)同仿真與驗(yàn)證，最后系統(tǒng)集成。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)還強(qiáng)調(diào)利用現(xiàn)有資源， 即重用構(gòu)件和IP核。傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法 缺乏統(tǒng)一的軟硬件協(xié)同表示方法。 在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中， 通常采用硬件優(yōu)先的原則”，因此導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期可能很長(zhǎng)。硬件設(shè)計(jì)工作帶有一定 的盲目性。在設(shè)計(jì)初期沒有對(duì)軟硬件進(jìn)行統(tǒng)一描述，從而無法實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的優(yōu) 化和平衡。5.

6、 簡(jiǎn)述嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)子系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的存儲(chǔ)器形式?！疽c(diǎn)】嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)子系統(tǒng)可以有各種類型的存儲(chǔ)器：(1) 在一個(gè)微控制器中存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)和堆棧的內(nèi)部寄存器(2) 微控制器的內(nèi)部 ROM/PROM/EPROM(3) 存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)和堆棧的外部 RAM(4) 內(nèi)部高速緩存(5) 存放處理結(jié)果的非易失存儲(chǔ)器 EEPROM或者閃存(6) 保存嵌入式軟件的外部ROM或者PROM(7) 端口的RAM內(nèi)存緩沖區(qū)(8) 高速緩存以上各種存儲(chǔ)器并不是每個(gè)嵌入式系統(tǒng)所必須具備的，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的性能要求和 處理器的功能來決定。6. 簡(jiǎn)述嵌入式系統(tǒng)的高速緩沖緩存 Cache的替換算法?！疽c(diǎn)】當(dāng)發(fā)生失效時(shí)，替換算

7、法決定應(yīng)替換哪一塊。直接映像Cache中只有1個(gè)塊，因此不需要選擇，不命中的時(shí)候直接替換這個(gè)塊。在組相聯(lián)和全相聯(lián)Cache中有多個(gè)塊可供選擇，其主要的替換算法有三種：(1) 隨機(jī)法。(2) 先進(jìn)先出法(FIFO)。(3) 最近最少使用法(LRU )。7. 簡(jiǎn)述嵌入式處理器外圍硬件的擴(kuò)展方式?！疽c(diǎn)】嵌入式處理器基本的外圍硬件擴(kuò)展包括了三種類型：內(nèi)部模塊擴(kuò)展、總線擴(kuò)展、GPIO擴(kuò)展。(1) 內(nèi)部模塊擴(kuò)展的概念為：通過增加外部電路，完成處理器內(nèi)部模塊提供的功能。(2) 總線擴(kuò)展的含義是：利用處理器的外部總線控制器(乂稱為內(nèi)存控制器)，擴(kuò) 展內(nèi)存類芯片。(3) 理論上，通過編程，GPI。擴(kuò)展可以完成

8、輸入功能、輸出功能、矩陣鍵盤功能、 總線信號(hào)模擬功能及通信信號(hào)模擬功能。(4) 某些情況下，處理器硬件的擴(kuò)展有可能使用綜合擴(kuò)展。8. 簡(jiǎn)述I/O接口的組成結(jié)構(gòu)、功能、編址方式？【要點(diǎn)】I/O接口電路與嵌入式處理器之間通過內(nèi)部總線交換信息。組成結(jié)構(gòu)：I/O外設(shè)與CPU之間交換的信息有數(shù)據(jù)、狀態(tài)及控制信號(hào)。功能：(1) 數(shù)據(jù)緩沖和鎖存功能。(2) 信號(hào)轉(zhuǎn)換功能。(3) 數(shù)據(jù)格式變換功能。(4) 接收和執(zhí)行CPU命令的功能。(5) 設(shè)備選擇功能。(6) 中斷管理功能。尋址：(1) 存儲(chǔ)器映像法，也叫I/O地址空間的統(tǒng)一編址法，即I/O地址空間與主存地址空間合在一起編址，處理器不存在獨(dú)立的 I/O地址

9、空間。(2) I/O地址法，也叫I/O地址空間的獨(dú)立編址法，即存儲(chǔ)器地址空間和I/O端口地 址空間分別編址，互不干涉。9. 簡(jiǎn)述嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本組成(基本模塊及其功能)。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)一般包括以下基本模塊。_.(1)初始化管理完成實(shí)時(shí)內(nèi)核的初始化工作，并啟動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)度。(2) 任務(wù)管理完成應(yīng)用任務(wù)的管理，是操作系統(tǒng)內(nèi)核的核心部分。任務(wù)管理具有創(chuàng)建任務(wù)、刪除 任務(wù)、掛起任務(wù)、解掛任務(wù)、設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí)等功能。(3) 時(shí)間管理為應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)提供支持，保證整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、正確性，提高整個(gè)嵌入式 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作能力。該模塊允許應(yīng)用任務(wù)設(shè)置和讀取系統(tǒng)時(shí)間：允許應(yīng)用任務(wù)休 眠一段時(shí)間或休眠到

10、某一時(shí)刻；完成系統(tǒng)計(jì)時(shí)和對(duì)任務(wù)時(shí)間片的計(jì)算。(4) 定時(shí)管理完成系統(tǒng)的定時(shí)功能。在定時(shí)時(shí)間后調(diào)用相應(yīng)的定時(shí)處理程序。(5) 中斷管理完成響應(yīng)中斷的一些必要處理，支持中斷嵌套時(shí)任務(wù)堆棧和中斷專用堆棧的切換。(6) 任務(wù)問的通信、同步、互斥管理提供應(yīng)用任務(wù)之間通信、同步和互斥機(jī)制，對(duì)各任務(wù)之間的協(xié)調(diào)工作起著重要的作 用。(7) 內(nèi)存管理提供申請(qǐng)可變大小數(shù)據(jù)塊和申請(qǐng)固定大小數(shù)據(jù)塊的管理。10. 簡(jiǎn)述不可剝奪型內(nèi)核和可剝奪型內(nèi)核的基本思想。不可剝奪型內(nèi)核要求每個(gè)任務(wù)自我放棄CPU的所有權(quán)。不可剝奪型調(diào)度法也稱作合 作型多任務(wù)，各個(gè)任務(wù)彼此合作共享一個(gè) CPU。異步事件還是由中斷服務(wù)來處理。 中斷服務(wù)可以使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)。但中斷服務(wù)以后控 制權(quán)還是回到原來被中斷了的那個(gè)任務(wù)，直到該任務(wù)主動(dòng)放棄CPU的使用權(quán)時(shí)，那個(gè)高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)才能獲得CPU的使用權(quán)。當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間很重要時(shí)，要使用 可剝奪型內(nèi)核。最高優(yōu)先