软考嵌入式系统设计师笔记归纳总结

第一篇：软考嵌入式系统设计师笔记归纳总结

软考嵌入式系统设计师笔记

1.嵌入式系统的组成：硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层

(1)硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O 接口。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器

Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL 或者板级支持包BSP)：它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP 层提供的接口开发即可。

BSP 有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。

设计一个完整的BSP 需要完成两部分工作：

A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP 功能。

片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

B、设计硬件相关的设备驱动。

(3)系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

RTOS 是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

(4)应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。2.嵌入式系统的定义

(1)定义：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、功耗严格要求的专用计算机系统。

(2)嵌入式系统发展的4 个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet 阶段。

(3)知识产权核(IP 核)：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片(SOC)的基本构件。

(4)IP 核模块有行为、结构和物理3 级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。3.实时系统的调度

(1)调度：给定一组实时任务和系统资源，确定每个任务何时何地执行的整个过程。

(2)抢占式调度：通常是优先级驱动的调度，如uCOS。优点是实时性好、反应快，调度算法相对简单，可以保证高优先级任务的时间约束;缺点是上下文切换多。

(3)非抢占式调度：通常是按时间片分配的调度，不允许任务在执行期间被中断，任务一旦占用处理器就必须执行完毕或自愿放弃，如WinCE。优点是上下文切换少;缺点是处理器有效资源利用率低，可调度性不好。

(4)静态表驱动策略：系统在运行前根据各任务的时间约束及关联关系，采用某种搜索策略生成一张运行时刻表，指明各任务的起始运行时刻及运行时间。

(5)优先级驱动策略：按照任务优先级的高低确定任务的执行顺序。

(6)实时任务分类：周期任务、偶发任务、非周期任务。

(7)实时系统的通用结构模型：数据采集任务实现传感器数据的采集，数据处理任务处理采集的数据、并将加工后的数据送到执行机构管理任务控制机构执行。4.实时系统

(1)定义：能在指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。

(2)区别：通用系统一般追求的是系统的平均响应时间和用户的使用方便;而实时系统主要考虑的是在最坏情况下的系统行为。

(3)特点：时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。

(4)硬实时(强实时)：指应用的时间需求应能够得到完全满足，否则就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命财产损失和生态破坏，如：航天、军事。

(5)软实时(弱实时)：指某些应用虽然提出了时间的要求，但实时任务偶尔违反这种需求对系统运行及环境不会造成严重影响，如：监控系统、实时信息采集系统。

(6)任务的约束包括：时间约束、资源约束、执行顺序约束和性能约束。5.嵌入式微处理器体系结构

(1)冯诺依曼结构：程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，采用单一的地址及数据总线，程序和数据的宽度相同。例如：8086、ARM7、MIPS„

(2)哈佛结构：程序和数据是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问，是一种将程序存储和数据存储分开的存储器结构。例如：AVR、ARM9、ARM10„

(3)CISC 与RISC 的特点比较(参照教程22 页)。

计算机执行程序所需要的时间P 可以用下面公式计算：

P=I×CPI×T

I：高级语言程序编译后在机器上运行的指令数。

CPI：为执行每条指令所需要的平均周期数。

T：每个机器周期的时间。

(4)流水线的思想：在CPU 中把一条指令的串行执行过程变为若干指令的子过程在CPU 中重叠执行。

(5)流水线的指标：

吞吐率：单位时间里流水线处理机流出的结果数。如果流水线的子过程所用时间不一样长，则吞吐率应为最长子过程的倒数。

建立时间：流水线开始工作到达最大吞吐率的时间。若m 个子过程所用时间一样，均为t，则建立时间T=mt。

(6)信息存储的字节顺序

A、存储器单位：字节(8 位)

B、字长决定了微处理器的寻址能力，即虚拟地址空间的大小。

C、32 位微处理器的虚拟地址空间位2^32，即4GB。

D、小端字节顺序：低字节在内存低地址处，高字节在内存高地址处。

E、大端字节顺序：高字节在内存低地址处，低字节在内存高地址处。

F、网络设备的存储顺序问题取决于OSI 模型底层中的数据链路层。6.逻辑电路基础

(1)根据电路是否具有存储功能，将逻辑电路划分为：组合逻辑电路和时序逻辑电路。

(2)组合逻辑电路：电路在任一时刻的输出，仅取决于该时刻的输入信号，而与输入信号作用前电路的状态无关。常用的逻辑电路有译码器和多路选择器等。

(3)时序逻辑电路：电路任一时刻的输出不仅与该时刻的输入有关，而且还与该时刻电路的状态有关。因此，时序电路中必须包含记忆元件。触发器是构成时序逻辑电路的基础。常用的时序逻辑电路有寄存器计数器等。

(4)真值表、布尔代数、摩根定律、门电路的概念。(教程28、29 页)

(5)NOR(或非)和NAND(与非)的门电路称为全能门电路，可以实现任何一种逻辑函数。

(6)译码器：多输入多输出的组合逻辑网络。

每输入一个n 位的二进制代码，在m 个输出端中最多有一个有效。

当m=2n 是，为全译码;当m<2n 时，为部分译码。

(7)由于集成电路的高电平输出电流小，而低电平输出电流相对比较大，采用集成门电路直接驱动LED时，较多采用低电平驱动方式。液晶七段字符显示器LCD 利用液晶有外加电场和无外加电场时不同的光学特性来显示字符。

(8)时钟信号是时序逻辑的基础，它用于决定逻辑单元中的状态合适更新。同步是时钟控制系统中的主要制约条件。

(9)在选用触发器的时候，触发方式是必须考虑的因素。触发方式有两种：

电平触发方式：具有结构简单的特点，常用来组成暂存器。

边沿触发方式：具有很强的抗数据端干扰能力，常用来组成寄存器、计数器等。7.总线电路及信号驱动

(1)总线是各种信号线的集合，是嵌入式系统中各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通路。在同一时刻，每条通路线路上能够传输一位二进制信号。按照总线所传送的信息类型，可以分为：数据总线(DB)、地址总线(AB)和控制总线(CB)。

(2)总线的主要参数：

总线带宽：一定时间内总线上可以传送的数据量，一般用MByte/s 表示。

总线宽度：总线能同时传送的数据位数(bit)，即人们常说的32 位、64 位等总线宽度的概念，也叫总线位宽。总线的位宽越宽，总线每秒数据传输率越大，也就是总线带宽越宽。

总线频率：工作时钟频率以MHz 为单位，工作频率越高，则总线工作速度越快，也即总线带宽越宽。

总线带宽= 总线位宽×总线频率/8，单位是MBps。

常用总线：ISA 总线、PCI 总线、IIC 总线、SPI 总线、PC104 总线和CAN 总线等。

(3)只有具有三态输出的设备才能够连接到数据总线上，常用的三态门为输出缓冲器。

(4)当总线上所接的负载超过总线的负载能力时，必须在总线和负载之间加接缓冲器或驱动器，最常用的是三态缓冲器，其作用是驱动和隔离。

(5)采用总线复用技术可以实现数据总线和地址总线的共用。但会带来两个问题：

A、需要增加外部电路对总线信号进行复用解耦，例如：地址锁存器。

B、总线速度相对非复用总线系统低。

(6)两类总线通信协议：同步方式、异步方式。

(7)对总线仲裁问题的解决是以优先级(优先权)的概念为基础。8.电平转换电路

(1)数字集成电路可以分为两大类：双极型集成电路(TTL)、金属氧化物半导体(MOS)。

(2)CMOS 电路由于其静态功耗极低，工作速度较高，抗干扰能力较强，被广泛使用。

(3)解决TTL 与CMOS 电路接口困难的办法是在TTL 电路输出端与电源之间接一上拉电阻R，上拉电阻R 的取值由TTL 的高电平输出漏电流IOH 来决定，不同系列的TTL 应选用不同的R 值。9.差错控制编码

(1)根据码组的功能，可以分为检错码和纠错码两类。检错码是指能自动发现差错的码，例如奇偶检验码;纠错码是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的码，例如循环冗余校验码。

(2)奇偶检验码、海明码、循环冗余校验码(CRC)。(教程70 到77 页)10.嵌入式系统的度量项目

(1)性能指标：分为部件性能指标和综合性能指标，主要包括：吞吐率、实时性和各种利用率。

(2)可靠性与安全性

可靠性是嵌入式系统最重要、最突出的基本要求，是一个嵌入式系统能正常工作的保证，一般用平均故障间隔时间MTBF 来度量。

(3)可维护性：一般用平均修复时间MTTR 表示。

(4)可用性

(5)功耗

(6)环境适应性

(7)通用性

(8)安全性

(9)保密性

(10)可扩展性

性价比中的价格，除了直接购买嵌入式系统的价格外，还应包含安装费用、若干年的运行维修费用和软件租用费。

11.嵌入式系统中信息表示与运算基础

(1)进位计数制与转换：这样比较简单，也应该掌握怎么样进行换算，有出题的可能。

(2)计算机中数的表示：源码、反码与补码。

正数的反码与源码相同，负数的反码为该数的源码除符号位外按位取反。

正数的补码与源码相同，负数的补码为该数的反码加一。

例如-98 的源码：11100010B

反码：10011101B

补码：10011110B

(3)定点表示法：数的小数点的位置人为约定固定不变。

浮点表示法：数的小数点位置是浮动的，它由尾数部分和阶数部分组成。

任意一个二进制N 总可以写成：N=2P×S。S 为尾数，P 为阶数。(4)汉字表示法(教程67、68 页)，搞清楚GB2318-80 中国标码和机内码的变换。

(5)语音编码中波形量化参数(可能会出简单的计算题目哦)

采样频率：一秒内采样的次数，反映了采样点之间的间隔大小。

人耳的听觉上限是20kHz，因此40kHz 以上的采样频率足以使人满意。

CD 唱片采用的采样频率是44.1kHz。

测量精度：样本的量化等级，目前标准采样量级有8 位和16 位两种。

声道数：单声道和立体声双道。立体声需要两倍的存储空间。12.嵌入式系统的评价方法：测量法和模型法

(1)测量法是最直接最基本的方法，需要解决两个问题：

A、根据研究的目的，确定要测量的系统参数。

B、选择测量的工具和方式。

(2)测量的方式有两种：采样方式和事件跟踪方式。

(3)模型法分为分析模型法和模拟模型法。分析模型法是用一些数学方程去刻画系统的模型，而模拟模型法是用模拟程序的运行去动态表达嵌入式系统的状态，而进行系统统计分析，得出性能指标。

(4)分析模型法中使用最多的是排队模型，它包括三个部分：输入流、排队规则和服务机构。

(5)使用模型对系统进行评价需要解决3 个问题：设计模型、解模型、校准和证实模型。13.1.嵌入式微处理器的基本结构

(1)嵌入式硬件系统一般由嵌入式微处理器、存储器和输入/输出部分组成。

(2)嵌入式微处理器是嵌入式硬件系统的核心，通常由控制单元、算术逻辑单元和寄存器3大部分组成：

A、控制单元：主要负责取指、译码和取数等基本操作并发送主要的控制指令。

B、算术逻辑单元：主要处理数值型数据和进行逻辑运算工作。

C、寄存器：用于暂存临时性的数据。

2.嵌入式微处理器的分类(根据用途)

(1)嵌入式微控制器(MCU)：又称为单片机，片上外设资源一般比较丰富，适合于控制。最大的特点是单片化，体积小，功耗和成本低，可靠性高。目前约占70%的市场份额。

(2)嵌入式微处理器(EMPU)：又称为单板机，由通用计算机中的CPU 发展而来，它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能。通常嵌入式微处理器把CPU、ROM、RAM 及I/O 等模块做到同一个芯片上。

(3)嵌入式DSP 处理器(DSP)：专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，使其处理速度比最快的CPU 还快10～50倍，在数字滤波、FFT、频谱分析等方面获得了大量的应用。

(4)嵌入式片上系统(SOC)：追求产品系统最大包容的集成器件，其最大的特点是成功实现了软硬件的无缝结合，直接在微处理器片内嵌入操作系统的代码模块。

3.典型8位微处理器（具有8位数据总线）的结构和特点

该部分参考《教程》86～94页，以8051为重点，彻底搞清楚8位单片机的工作原理，外设控制、存储分布、寻址方式以及典型应用。2007年11月下午的第一道题目就考查了8051的定时器使用、外部时钟连接、实际应用的流程设计以及典型的寻址方式。这些考点几乎可以在《教程》上找到，例如外部时钟连接那个问题的答案就是《教程》89页上面的原图。4.典型16位微处理器的结构和特点

该部分参考《教程》94～97页。典型的微处理器可以参考MSP430，找一本这方面的书看看关于MSP430的结构原理以及典型应用。

5.典型32位微处理器的结构和特点

该部分参考《教程》97～112页。32位处理器采用32位的地址和数据总线，其地址空间达到了2^32=4GB。

目前主流的32位嵌入式处理器系统主要有ARM 系列、MIPS 系列、PoewrPC 系列等。ARM 微处理器体系结构目前被公认为是嵌入式应用领域领先的32位嵌入式RISC 处理器结构。按照目前的发展形式，ARM 几乎成了嵌入式应用的代名词。按照我个人的意见，作为嵌入式系统设计师考试，逐渐增加考查ARM 体系结构与编程方面的题目是大势所趋。2006年没有一道关于ARM 的题目，2007年出了少量题目，可能在2008年会继续增加。在下午题方面，2006年考查了X86方面的应用、2007年考查了8051方面的应用，这个可能是一个过度过程，以目前ARM 在嵌入式领域的广泛应用和普及程度，下午题目考查ARM 应用方面或者32位其他的微处理器方面的应用题目可能在不就将来的考试中就会出现。14.单片机系统的基本概念

(1)单片机组成：中央处理器、存储器、I/O 设备。

(2)存储器：物理实质是一组或多组具备数据输入/输出和数据存储功能的集成电路，用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。

A、ROM(只读存储器)：一般用于存放固定的程序或数据表格等，数据在掉电后仍然会保留下来。

B、RAM(随机存储器)：用于暂存程序和数据、中间计算结果，或用作堆栈用等，数据在掉电后就会丢失。

(3)I/O端口：单片机与外界联系的通道，它可以对各类外部信号(开关量、模拟量、频率信号)进行检测、判断、处理，并可控制各类外部设备。现在的单片机I/O 口已经集成了更多的特性和功能，对I/O端口的功能进行了拓展和复用，例如外部中断、ADC 检测以及PWM 输出等等。

(4)输出电平：高电平电压(输出“1”时)和低电平电压(输出“0”时)

A、TTL 电平：正逻辑，5V 为逻辑正，0V 为逻辑负，例如单片机的输出。

B、RS232电平：负逻辑，-12V 为逻辑正，+12V 为逻辑负，例如PC 的输出。

注：因此在单片机和PC 进行通讯的时候需要一个MAX232芯片进行电平转换。

(5)堆栈：它是一种线性的数据结构，是一个只有一个进出口的一维空间。

A、堆栈特性：后进先出(LIFO)

B、堆栈指针：用于指示栈顶的位置(地址)，当发生压栈或者出栈操作时，导致栈顶位置变化时，堆栈指针会随之变化。

C、堆栈操作：压栈操作(PUSH)和出栈操作(POP)。

D、堆栈类型：“向上生长”型堆栈，每次压栈时堆栈指针加1;“向下生长”型堆栈，每次压栈堆栈时指针减1。

E、堆栈应用：调用子程序、响应中断时，堆栈用于保护现场;还可以用作临时数据缓冲区来使用。

F、使用注意：堆栈溢出问题，压栈和出栈的匹配问题。

(6)定时/计数器：实质都是计数器。用作定时器时是对单片机内部的时钟脉冲进行计数，而在用作计数器时是对单片机外部的输入脉冲进行计数，其作用如下：

A、计时、定时或延时控制;

B、脉冲技术;

C、测量脉冲宽度或频率(捕获功能)

(7)中断：优先级更高的事件发生，打断优先级低的时间进程。引起中断的事件称为中断源。一个单片机可能支持多个中断源，这些中断源可以分为可屏蔽中断和非可屏蔽中断，而这些中断源并不都是系统工作所需的，我们可以根据系统需求屏蔽那些不需要的中断源。

A、中断嵌套：当一个低级中断尚未执行完毕，又发生了一个高级优先级的中断，系统转而执行高级中断服务程序，待处理完高级中断后再回过头来执行低级中断服务程序。

B、中断响应时间是指从发出中断请求到进入中断处理所用的时间;中断处理时间是指中断处理开始到中断处理结束的时间。

C、中断响应过程：

a、保护现场：将当前地址、累加器ACC、状态寄存器保存到堆栈中。

b、切换PC 指针：根据不同的中断源所产生的中断，切换到相应的入口地址。

c、执行中断服务处理程序。

d、恢复现场：将保存在堆栈中的主程序地址、累加器ACC、状态寄存器恢复。

e、中断返回：从中断处返回到主程序，继续执行。

D、中断入口地址：单片机为每个中断源分配了不同的中断入口地址，也称为中断向量。

(8)复位：通过外部电路给单片机的复位引进一个复位信号，让系统重新开始运行。

A、复位发生时的动作：

a、PC 指针从起始位置开始执行(大多数单片机都时从0x0000处开始执行)。

b、I/O 端口设置成缺省状态(高阻态、或者输出低电平)。

c、部分专用控制寄存器SFR 恢复到缺省状态。

d、普通RAM 不变(如果时上电复位，则是随即数)。

B、两种不同的复位启动方式：

a、冷启动：也叫上电复位，指在断电状态下给系统加电，让系统开始正常运行。

b、热启动：在不断电的状态下，给单片机复位引进一个复位信号，让系统重新开始。

C、两种类型的复位电路：高电平复位和低电平复位。

D 注意事项：

a、注意复位信号的电平状态及持续时间必须满足系统要求。

b、注意避免复位信号抖动。

(9)时钟电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲电路才能正常工作。时钟电路相当于单片机的心脏，它的每一次跳动(振动节拍)都控制着单片机的工作节奏。振荡得慢时，系统工作速度就慢，振荡得快时，系统工作速度就快(功耗也增大)。

A、振荡周期：振荡源的振荡节拍。

B、机器周期：单片机完成一个基本操作需要的振荡周期(节拍)。

C、指令周期：执行一条指令需要几个机器周期。不同的指令需要的机器周期数不同。15.地址映射

地址映射也叫地址重定位。

逻辑地址和物理地址是完全不同的，不能用逻辑地址来直接访问内存单元。

为了保证CPU 在执行指令的时候，可以正确地访问内存单元，需要将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。这个过程称为：地址映射。

地址映射由存储管理单元MMU 来完成。

地址映射主要有两种方式：静态地址映射和动态地址映射。

静态地址映射：当用户程序被装入内存时，直接对指令代码进行修改，一次性地实现逻辑地址到物理地址的转换。

动态地址映射：当用户程序被装入内存时，不对指令代码做任何修改，而是在程序的运行过程中，当它需要访问内存单元的时候，再来进行地址转换。

在具体实现时，这项转换工作一般是由硬件的地址映射机制来完成的。通常设置一个基地址寄存器，或者叫重定位寄存器。当一个任务被调度运行时，就把它所在分区的起始地址装入到整个寄存器中。然后，在程序运行的过程中，当需要访问某个内存单元时，硬件就会自动地将其中的逻辑地址加上基地址寄存器中的内容，从而得到实际的物理地址，并且按照这个物理地址区执行。

这个基地址寄存器位于MMU 的内部，整个地址映射过程是自动运行的。从理论上说，每访问一次内存都要进行一次地址映射。16.ARM体系结构的基本概念

(1)ARM：Advanced RISC Machine。

(2)ARM体系结构中支持两种指令集：ARM 指令集和Thumb 指令集。

(3)ARM内核有T、D、M、I四个功能模块：

A、T 模块：表示16位Thumb，可以在兼顾性能的同时减少代码尺寸。

B、D 模块：表示Debug，内核中放置了用于调试的结构，通常为一个边界扫描链JTAG。

C、M 模块：表示8位乘法器。

D、I 模块：表示EmbeddedICE Logic，用于实时断点观测及变量观测的逻辑电路部分。

(4)ARM处理器有7种运行模式：

A、用户模式(User)：正常程序执行模式，用于应用程序。

D、快速中断模式(FIQ)：快速中断处理，用于高速数据传输和通道处理。

C、外部中断模式(IRQ)：用于通用的中断处理。

D、管理模式(SVE)：供操作系统使用的一种保护模式。

E、数据访问中止模式(Abort)：用于虚拟存储及存储保护。

F、未定义指令中止模式(Undefined)：当未定义指令执行时进入该模式。

G、系统模式(System)：用于运行特权级的操作系统任务。

除了用户模式之外的其他6种处理器模式称为特权模式，在这些模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以任意地进行处理器模式切换，其中，除了系统模式外，其他的5种特权模式又称为异常模式。

处理器模式可以通过软件控制进行切换，也可以通过外部中断或异常处理过程进行切换。大多数的用户程序运行在用户模式下，这时，应用程序不能访问一些受操作系统保护的系统资源，应用程序也不能直接进行处理器模式切换。当需要进行处理器模式切换时，应用程序可以产生异常处理，在异常处理中进行处理器模式的切换。这种体系结构可以使操作系统控制整个系统的资源。

当应用程序发生异常中断时，处理器进入相应的异常模式。在每一种异常模式种都有一组寄存器，供相应的异常处理程序使用，这样就可以保证进入异常模式时，用户模式下的寄存器不被破坏。系统模式并不是通过异常过程进入的，它和用户模式具有完全一样的寄存器，但是系统模式属于特权模式，可以访问所有的系统资源，也可以直接进行处理器模式切换，它主要供操作系统任务使用。17.嵌入式操作系统概述

(1)内核

内核是指操作系统中的一个组件，它包含了OS 的主要功能，即OS 的各种特性及其相

互之间的依赖关系，这些功能主要包括：

A、任务管理：对系统中运行的软件进行描述和管理，并完成处理器资源分配和调度。

B、存储管理：提高内存的利用率，方便用户使用，提供足够的存储空间。

C、设备管理：方便设备的使用，提高CPU 和I/O 设备的利用率。

D、文件管理：解决文件资源存储、共享、保密和保护等问题。

注：不同嵌入式操作系统的内核设计各不相同，取决于系统设计和实际需求。

(2)嵌入式操作系统分类：

A、按系统类型：商业系统、专用系统、开源系统。

B、按响应时间：硬实时系统、软实时系统。

C、按软件结构：单体结构(uCOS)、分层结构(MS-DOS)、微内核结构(Vxworks)。18.嵌入式软件基础

(1)嵌入式软件的特点：

A、规模较小。

B、开发难度大。

C、实时性和可靠性要求高。

D、要求固化存储。

(2)嵌入式软件分类：

A、系统软件：控制和管理嵌入式系统资源，如嵌入式操作系统、驱动程序、中间件等。

B、应用软件：定义嵌入式设备的主要功能和用途，负载与用户进行交互。

C、支撑软件：辅助软件开发的工具软件。

(3)无操作系统的嵌入式软件的两种实现方式：

A、循环轮转

优点：简单、直观、开销小、可预测。

缺点：过于简单，所有代码顺序执行，无法处理异步事件，缺乏并行处理能力。

B、前后台系统(在循环轮转的基础上增加了中断处理功能)

前台(事件处理级)：中断服务程序，负载处理异步事件。

后台(任务级)：一个无限循环，负载资源分配、任务管理和系统调度。

(4)有操作系统的三大优点：

A、提高系统的可靠性。

B、提高了系统的开发效率，降低了开发成本，缩短了开发周期。

C、有利于系统的扩展与移植。

(5)设备驱动层(也叫板级支持包BSP：包含了嵌入式系统中所有与硬件相关的代码)

大多数的嵌入式硬件设备都需要某种类型软件的初始化和管理。这部分工作由设备驱动层来完成的，它负责直接与硬件大交道，对硬件进行管理和控制，为上层软件提供所需的驱动支持，类似PC 系统中的BIOS 和驱动程序。19.设备管理

(1)设备管理基础

一个I/O 单元通常由两个部分组成：

A、机械部分：I/O 设备本身。

B、电子部分：设备控制器或设备适配器。

硬件寄存器的编址方式有三种：

A、I/O独立编址：对于各种设备控制器中的每一个寄存器，分配一个唯一的I/O端口编号，也叫I/O 端口地址，然后用专门的I/O 指令对这些端口进行操作。这些端口地址构成的地址空间是完全独立的，与内存地址空间没有任何关系。

B、内存映象编址：把各种设备控制器当中的每一个寄存器都映射为一个内存单元，这内存单元专门用于I/O 操作。端口地址空间与内存地址空间是统一编址的，端口地址空间是内存地址空间的一部分。

C、混合编址：对于设备控制器当中的寄存器采用独立编址的方法，每个寄存器有一个独立的I/O 端口地址;而对于设备的数据缓冲区，则采用内存映象编址的方法，把他们统一到内存地址空间当中。

(2)I/O控制方式：

A、程序循环检测：要一直占用CPU，浪费CPU 的时间。

B、中断驱动方式：前后台系统。

C、直接内存访问：DMA 控制，减少了中断的次数。20.任务管理

(1)嵌入式操作系统的任务管理可以分为：

A、单道程序技术：操作系统中，任何时候只能有一个程序在运行。

B、多道程序技术：操作系统中，允许多个程序同时存在并运行。

(2)进程

进程，简单的说，是一个正在运行的程序。

进程与程序既有联系又有区别，主要表现为下面结构方面：

A、程序由数据和代码两部分内容组成，它是一个静态的概念。而进程是正在执行的程序，它也由两部分组成：程序和该程序的运行上下文。它是一个动态的概念。

B、程序和进程之间并不是一一对应的。一个进程在运行的时候可以启动一个或多个程序。反之，同一个程序也可能由多进程同时执行。

C、程序可以作为一种软件资源长期保存，以文件的形式存放在光盘或硬盘上，而进程则是一次执行的过程，它是暂时的，是动态的产生和终止。

一个进程至少应包括三个方面：相应的程序、CPU上下文、一组系统资源。

进程有三个特性：

A、动态性：进程是正在运行的程序，而程序的运行状态是不断变化的。

B、独立性：进程是系统资源的使用单位，每个进行有自己的运行上下文和内部状态。

C、并发性：宏观来看，系统中同时有多个进程存在，它们相互独立地运行。

注：对于并发的理解。

在单CPU 的情况下，所谓的并发性指的是宏观上的并发运行，而微观上还是顺序进行，各个进程轮流去使用CPU 资源。在单核CPU 中，真正的、物理上的PC 寄存器只有一个，进程在轮流执行的时候，物理PC 的取值也在不断变化。而逻辑PC 其实就是一个内存变量。每个进程都有一个逻辑PC，当一个进程要运行的时候，就把它的逻辑PC 装载到物理PC 中去;反之，当一个进程暂不运行的时候，就把物理PC中的值保存在它的逻辑PC 当中。

(3)线程

线程就是进程当中的一条执行流程。

进程其实包含两个部分：资源平台和执行流程(线程)。

在一个进程当中，或者说在一个资源平台上，可以同时存在多个线程;可以用线程作为CPU 的基本调度单位，使得各个线程之间可以并发执行;对于同一个进程当中的各个线程来说，他们可以共享该进程的大部分资源。每个线程都有自己独立的CPU运行上下文和栈，这是不能共享的。21.文件系统

(1)嵌入式文件系统概述

文件系统就是操作系统中用以组织、存储、命名、使用和保护文件的一套管理机制。

常见的嵌入式文件系统有：

A、FAT：VxWorks、QNX、WindowsCE 等

B、NFS：网络文件系统，基于远程调用和扩展数据表示。

C、FFS：用于Flash 存储器的文件系统。

(2)文件和目录

A、当一个文件被创建时，必须给它指定一个名字，用户就是通过文件名来访问这个文件的。

B、文件命是一个有限长度的字符串，由两部分组成：文件名和扩展名。

C、文件的逻辑结构主要有三种：无结构、简单的记录结构和复杂结构。现代文件系统通常采用的是无结构的形式。

D、除了文件名之外，操作系统会给每个文件附加一些其他信息，称为文件的属性。

E、文件的存取方法有两种：顺序存取和随机存取。

F、目录也称为文件夹，它是一张表格，记录了在该目录下每个文件名和其他的一些管理信息。

G、在多级目录结构中，访问文件或目录主要有两种方法：绝对路径名和相对路径名。22.存储器系统的层次架构

计算机系统的存储器被组织城一个金字塔的层次结构。

自上而下为：CPU 内部寄存器、芯片内部高速缓存(cache)、芯片外部高速缓存(SRAM、SDRAM、DRAM)、主存储器(FLASH、EEPROM)、外部存储器(磁盘、光盘、CF 卡、SD 卡)和远程二级存储器(分布式文件系统、WEB 服务器)，6个层次的结构。

上述设备从上而下，依次速度更慢、容量更大、访问频率更小，造价更便宜。22.高速缓存(cache)

工作原理(参照教程126页，博客画不了图)：主要利用了程序的局部性特点。

地址映象是指把主存地址空间映象到cache 的地址空间。

地址变换是指当程序或数据已经装入到cache 后，在实际运行过程中，把主存地址如何编程cache 空间的地址。

常用的地址映象和地址变换的方式有：(教程127页)

直接映象和变换：速度快，造价低，但有局限性，不能充分利用cache 的好处。

组相联地址映象和变换：速度稍慢但是命中率高。

全相联地址映象和变换：可以任意映射。

常用的cache 替换算法：轮转法和随机替换算法。

高速缓存的分类：

统一cache 和独立的数据/指令cache

写通cache 和写回cache

读操作分配cache 和写操作分配cache 23.存储管理单元(MMU)

MMU 在CPU 和物理内存之间进行地址转换，将地址从逻辑空间映射到物理空间，这个过程称为内存映射。

MMU 主要完成下面的工作：

A.虚拟存储空间到物理空间的映射。

B.存储器访问权限的控制。

C.设置虚拟存储空间的缓冲特性。

嵌入式系统中常常采用页式存储管理。为了管理这些页引入了页表的概念。

页表是位于内存中的表，它的每一行对应虚拟存储空间的一个页，该行包含了该虚拟内存页对应的物理内存页的地址、该页的访问权限和该页的缓冲特性等。

从虚拟地址到物理地址的变换过程就是查询页表的过程。

由于页表存储在内存中的，整个查询过程需要付出很大的代价。根据程序局部性的特点，增加了一个小容量、高速度的存储部件来存放当前访问需要的地址变换条目，这个存储部件称为：地址转换后备缓冲器(TLB)。

当CPU 访问内存时，首先在TLB 中查找需要的地址变换条目，如果该条目不存在，CPU 再从内存中的页表中查询，并把相应的结果添加到TLB 中，更新它的内容。

嵌入式系统中虚拟存储空间到物理空间的映射以内存块为单位进行。即虚拟存储空间中一块连续的存储空间被映射到物理存储空间中同样大小的一块连续存储空间。

在页表和TLB 中，每一个地址变换条目实际上记录了一个虚拟存储空间的内存块的基地址与物理存储空间相对应的一个内存块的基地址之间的对应关系。

在MMU 中实现虚拟地址到物理地址的映射是通过两级页表来实现的。

禁止MMU 时，所有物理地址和虚拟地址相等，即使用平板存储模式。24.内存保护

操作系统通常利用MMU 来实现操作系统内核与应用程序之间的隔离，以及应用程序与应用程序之间的隔离。

内存保护包含两个方面的内容：

A.防止地址越界，每个应用程序都有自己独立的地址空间。

B.防止越权操作，每个应用程序都有自己的访问权限。25.实模式与保护模式

在嵌入式系统中，常见的存储管理方案可以分为两大类：实模式和保护模式。

实模式：内存的平面使用模式。特点有：

A.不划分“系统空间”与“用户空间”，无须进行地址映射。

B.操作系统与应用程序之间不再有物理的边界。

C.系统中的“任务”或“进程”，实际上全是内核线程。

在实模式下，内存布局可以分为5个段：

A.代码段：包含操作系统和应用程序的所有代码。

B.数据段：所有带有初始值的全局变量。

C.BSS 段：所有未带初始值的全局变量。

D.堆空间：动态分配的内存空间。

E.栈空间：保存上下文以及函数调用时的局部变量和形参。

在实模式存储管理方案下，主要的工作在于堆空间的管理，即如何来管理空闲的堆空间、如何来分配内存、如何来回收内存等等。

保护模式：处理器中必须有MMU 硬件并启用。特点有：

A.系统内核和用户程序都有各自独立的地址空间。

B.每个应用程序只能访问自己的地址空间，不能去破坏操作系统和其他应用程序的代码和数据。26.分区存储管理

为了实现多道程序系统而采用的最简单的内存管理。

基本思路：把整个内存划分为两大区域，即系统区和用户区，然后再把用户区划分为若干个分区，每个任务占有其中的一个分区。这样，在内存当中就同时保留多个任务，让他们共享整个用户区，从而实现多个任务的并发运行。

分区存储管理又可以分为两类：固定分区和可变分区。

固定分区：各个用户分区的个数、位置和大小一旦确定后，就固定不变，不能再修改。

优点：易于实现，系统开销较小。

缺点：内存利用率不高，分区总数固定。

可变分区：动态创建，在装入一个程序时，系统将根据它的需求和内存空间的使用情况来决定是否分配。

优点：动态变化，非常灵活。

缺点：可能存在外碎片。

在实现可变存储管理技术的时候，需要考虑三个方面的问题：

A.内存管理的数据结构

B.内存的分配算法

C.内存的回收算法

27.嵌入式系统的特点、分类、发展与应用，熟悉嵌入式系统的逻辑组成。

（1）特点：

专用性

隐蔽性(嵌入式系统是被包装在内部)

资源受限(要求小型化、轻型化、低功耗及低成本，因此软硬件资源受到限制)

高可靠性(任何误动作都可能会产生致命的后果)

软件固化(软件都固化在只读存储器ROM中，用户不能随意更改其程序功能)

实时性

（2）逻辑组成

硬件：1)处理器(运算器、控制器、存储器)

目前所有的处理器都是微处理器 中央处理器(CPU)和协助处理器(数字信号处理器DSP、图像处理器、通信处理器)

2)存储器(随机存储器RAM和只读存储器ROM)

RAM分为动态DRAM和静态SRAM两种。DRAM电路简单、集成度高、功耗小、成本低，但速度稍慢慢;SRAM电路较复杂、集成度低、功耗较大、成本高，但工作速度很快，适合用作指令和数据的高速缓冲存储器

RAM当关机或断电时，其中的信息都会消失，属于易失性存储器

ROM属于不易失性存储器。分为电可擦可编程只读存储器(存放

固件)和闪速存储器(Flash ROM简称内存)。内存的工作原理：在低

压下，存储的信息可读但不可写，这类似于ROM;在较高的电压下，所存储的信息可以更改和删除，这有类似于RAM。

3)I/O设备与I/O接口

4)数据总线

软件

（3）分类

按嵌入式系统的软硬件技术复杂程度进行分类：

1)低端系统 采用4位或8位单片机，在工控领域和白色家电领域占主导地位，如计算器、遥控器、充电器、空调、传真机、BP机等。

2)中端系统 采用8位/16位/32位单片机，主要用于普通手机、摄像机、录像机、电子游戏机等。

3)高端系统采用32位/64位单片机，主要用于智能手机、调制解调器、掌上计算机、路由器、数码相机等。

（4）发展

20世纪60年代初，第一个工人的现代嵌入式系统(阿波罗导航计算机)

20世纪60年代中期，嵌入式计算机批量生产

20世纪70年代，微处理器出现

20世纪80年代中期，外围电路的元器件被集成到处理器芯片中，昂贵的模拟电路元件能被数字电路替代

20世纪90年代中期SOC出现，集成电路进入超深亚微米乃至纳米加工时代。28.嵌入式系统的组成与微电子技术（集成电路、EDA、SoC、IP核等技术的作用和发展）

（1）集成电路IC 集成电路的制造大约需要几百道工序，工艺复杂。集成电路是在硅衬底上制作而成的。硅衬底是将单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成的像镜面一样光滑的圆形薄片，它的厚度不足1mm，其直径可以是6、8、12英寸甚至更大这种硅片称为硅抛光片，用于集成电路的制造。制造集成电路的工艺技术称为硅平面工艺，包括氧化、光刻、掺杂等多项工序。把这些工序反复交叉使用，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。集成电路的特点：体积小、重量轻、可靠性高。其工作速度主要取决于逻辑门电路的晶体管的尺寸。尺寸越小，工作频率就越高，门电路的开关速度就越快。（2）EDA（电子信号自动化）（3）SoC芯片（片上系统）

既包含数字电路，也可以包含模拟电路，还可以包含数模混合电路和射频电路。SoC芯片可以是一个CPU，单核SoC，也可以由多个CPU和/或DSP，即多核SoC。开发流程：

（1）总体设计

可以采用系统设计语言System C（或称IEEE 1666，它是C++的扩充）或System Vetilog语言对SoC芯片的软硬件作统一的描述，按照系统需求说明书确定SoC的性能能参数，并据此进行系统全局的设计。

（2）逻辑设计

将总体设计的结果用RTL（寄存器传输级描述语言）语言进行描述（源文件）后，在使用逻辑综合将源文件进行综合生成，生成最简的布尔表达式核心好的连接关系（以类型为EDF的EDA工业标准文件表示）（3）综合和仿真

（4）芯片制造

借助EDA中的布局布线工具（4）IP核

IC设计文件：逻辑门级，包括各种基本的门电路；寄存器传输级，如寄存器、译码器、数据转换器；行为级，如CPU、DSP、存储器、总线与接口电路等。核库中的设计文件均属于知识产权IP保护的范畴，所以称为“知识产权核”或“IP核”。IP核是开发SoC的重要保证。按IC设计文件的类型，IP通常分为：软核、固核、硬核。IP核的复用可以减少研发成本，缩短研发时间，是实现SoC的快速设计，尽早投放市场的有效途径。

目前主要的CPU内核有ARM、MIPS、PowerPC、Coldfile、x86、8051等。ARM内核占所有32位嵌入式RISC处理器的90%以上。

29.嵌入式系统与数字媒体（文本、图像和音频/视频等数字媒体的表示与处理）（1）文本

含义：在计算机中的文字信息，最常用的一种数字媒体。字符集及其编码

1）西方字符的编码

ASCII字符集和ASCII编码，基本的ASCII字符集共128个字符，每个字符使用7个二进位（最高位为奇偶校验位，预留位）制进行编码。2）汉字的编码

汉子国家编码标准有GB2312和GB18030。每个汉字用2个字节表示。GB2312只有6763个汉字，经常不够用。GB18030字符集与UCS/Unicode字符集基本兼容，采用不等长的编码方法，单字节编码表示ASCII字符，与ASCII码兼容；双字节表示汉字，与GB2312保持向下兼容（即GB2312中有的GB18030字符集都有）3）UCS/Unicode编码 文本类型 1）简单文本

只能顺序阅读。2）丰富格式文本

有插图、对文字颜色等定义，调整页面，文本布局，插入声音视频等。3）超文本

通过超链接实现跳转、导航、回溯等操作（2）图像

图像获取过程的核心是模拟信号的数字化，处理步骤为：

1）扫描

将画面网格化，每个网格为一个取样点 2）分色

将每个取样点的颜色分解成三原色

3）取样

测量每个取样点的每个分量（基色）亮度值

4）量化

把模拟量使用数字量来表示，A/D转换

数字图像的主要参数：图像大小(水平分辨率*竖直分辨率)、位平面数目、像素深 度、颜色模型

一幅图像的数据量计算公式：

图像数据量=图像大小*像素深度/8（3）音频/视频

音频/视频信息的数字化，处理步骤为： 1）取样

2）量化

3）编码

数字音频的主要参数：取样频率、量化位数、声道数目、使用的压缩编码方法、比特率（每秒钟的数据量）

压缩前

波形声音的码率（比特率）= 取样频率 * 量化为数 * 声道数（单位b/s）压缩后

码率 = 压缩前码率 / 压缩倍数（压缩比）

30.嵌入式系统与网络通信技术（数字通信与计算机网络，TCP/IP协议，互联网接入技术等）（1）数字通信（2）计算机网络（3）音频/ TCP/IP协议（4）互联网接入技术

31.ARM处理器内核的体系结构（工作状态，工作模式，寄存器组织，异常，数据类型与存储格式等）（1）工作状态

一是ARM状态，二是Thumb指令状态及Thumb-2状态，三是调试状态。ARM处理器复位后开始执行代码时总是只处于ARM状态，如果需要，可通过下面的方法切换到Thumb状态或Thumb-2状态

ARM状态切换到Thumb指令状态：通过BX指令，将操作数寄存器的最低位设置为1即可。如果R0[0]=1，则执行BX R0指令将进入Thumb状态

Thumb状态切换到ARM状态：通过BX指令，将操作数寄存器的最低位设置为0即可。如果R0[0]=0，则执行BX R0指令将进入ARM状态。（2）七种工作模式

（3）寄存器组织

ARM处理器共有37种寄存器，包括31个通用寄存器（含PC）和6个状态寄存器。无论何种模式，R15均作为PC使用；CPSR为当前程序状态寄存器；R7-R0为公用的通用寄存器。所有通用寄存器均为32位结构。程序状态寄存器的格式： 31 30 29 28 27

26„„8

0

条件码标志含义如下：

N为符号标志位，N=1为负数，N=0为正数。Z为全0标志位，运算结果为0，则Z=1，否则Z=0； C为进借位标志，有进/借位时C=1，否则C=0.V为溢出标志，加减法运算结果溢出时V=1，否则V=0.Q为增强的DSP运算指令溢出标志，溢出时Q=1，否则Q=0.控制位含义如下：

I为中断禁止控制位，I=1禁止IRQ中断，I=0，允许中断。

F为禁止快速中断FIQ的控制位，F=1禁止FIQ中断，F=0允许。

T为ARM和Thumb指令切换，T=1时执行Thumb指令，否则执行ARM指令。

M4-M0为模式选择位（4）存储格式

大端模式：32位数据字的高字节存储在低地址，而数据字的低字节则存放在高地址中。

小端模式：32位数据字的高字节存储在高地址，而数据字的低字节则存放在低地址中。系统复位时，自动默认为小端模式。

例如：一个32位数据字0x12345678，存放在起始地址为0x30001000，则大端模式下0x30001000单元存放0x12,0x30001001单元存放0x34，0x30001002单元存放0x56，0x30001003单元存放0x78；而小端模式下0x30001000单元存放0x78,0x30001001单元存放0x56，0x30001002单元存放0x34，0x30001003单元存放0x12。（5）数据类型

8位、16位、32位三种数据类型（6）ARM处理器中MMU和MPU

MMU存储器管理单元（memory management unit）功能：

1)虚拟地址到物理地址映射

2）存储器访问权限受限

3）虚拟存储空间的缓冲特性设置

MPU存储器保护单元（memory protect unit）（7）异常（7种）

32.嵌入式处理器的结构、特点与分类（不同类型的典型嵌入式处理器及其特点，嵌入式处理器分类等）

（1）不同内核嵌入式微控制器性能比较

（2）冯–诺依曼结构和哈佛结构的区别

两者连接CPU程序存储器和数据存储器的方式不同 冯–诺依曼结构

CPU 程序/数据存储器

哈佛结构

程序存储器 CPU 数据存储器程序总线

数据总线（3）分类

按指令集分为：复杂指令集结构CISC和精简指令集结构RISC 按存储机制分为：冯–诺依曼结构和哈佛结构 按字长分为：8位、16位、32位、64位结构

按不同内核系列可以分为：

51、AVR、PIC、MSP430、PowerPC、Coldfile、ARM（4）不同典型内核简介

32.ARM处理器指令系统及汇编语言程序设计（指令格式，寻址方式，指令集，伪指令，语句格式与程序结构，ARM汇编语言与C的混合编程等）（1）指令格式

指令一般格:

{}{S} ,{,}

其中<>不可省

指令格式说明：

关于#imm8m的说明：#表示立即数，其后可以是十进制或十六进制数。

对于ARM指令集，#imm8m表示一个由8位立即数经循环右移任意偶数位次形成的32位操作数。

对于Thumb指令集，#imm8m表示一个由8位立即数经左移任意位次形成的32位操作数。寻址方式：

33.典型ARM处理器内核（ARM9，Cortex-A，Cortex-M，Cortex-R等的技术特点与应用领域）（1）Cortex-A系列是面向高端嵌入式应用的处理器核：具有MMU、Cache、最快频率、最高性能、合理功耗。

（2）Cortex-R系列是面向实时控制的处理器：具有MPU、Cache、实时响应、合理性能、较低功耗。（3）Cortex-M系列是面向低端微控制器的处理器，没有MMU但有MPU，极高性价比、最低成本，极低功耗。

34.嵌入式硬件组成与嵌入式处理芯片（组成，特点，类型，ARM的AMBA总线，嵌入式处理芯片的选型）

基于ARM内核的典型嵌入式应用系统硬件组成

典型嵌入式系统硬件由嵌入式最小硬件系统（电源电路、时钟（晶振）电路、复位电路、JTAG测试接口）、前向通道（输入接口）、后向通道（输出接口）、人机交互通道（键盘，触摸屏以及LED或LCD显示输出接口）以及相互互联通信通道（CAN通信接口、以太网通信接口、USB通信接口）等组成。

电源电路为整个嵌入式系统提供能量，是整个系统工作的基础，具有极其重要的位置。一般来说，如果电源电路处理得好，整个系统的故障往往能显著减少。选择设计电源电路是主要考虑以下因素：输出电压电流、输入电压电流（交流还是直流）、安全因素、体积限制、功耗限制、成本限制。

常用的电源模块是交流变直流（AC-DC）模块、直流变直流模块（DC-DC）、低压稳压器（LDO）。稳压器包括普通稳压器和低压差稳压器LDO。78XX系列属于普通稳压器，LM2576/2596为开关稳压芯片，CAT6219/AS2815/1117/2908等属于低压稳压器。稳压器的最大特点就是低噪声、低成本、纹波小、精度高、电路简单。35.基于ARM内核的典型嵌入式芯片的硬件组成1）存储器及控制器

片内程序存储器通常是用Flash ROM,一般配有几KB到几MB不等。片内数据存储器通常使用SRAM，一般几KB到几百KB。2）中断控制器

一般采用向量中断（VIC）或嵌套向量中断（NVIC）。Cortex-M支持嵌套的向量中断。3）DMA控制器（直接存储器访问控制器）

使用DMA控制器，可将数据块从外设传输至内存、从内存传输至外设或从内存传输至内存。

4）电源管理与时钟控制器

5）GPIO接端口（General Purpose Input Output通用输入/输出端口）

作为输入时具有缓冲功能，而作为输出是具有锁存功能，GPIO也可以作为双向I/O使用。在ARM处理芯片中，GPIO引脚通常是多功能的，以减少引脚数，减少功耗。6）定时计数组件

主要包括看门狗定时器（WDT）监视着程序的运行状态 Timer通用定时器

用于一般的定时

RTC可直接提供年月日时分秒，使应用系统具有独立的日期和时间

脉冲宽度调制解调器（PWM）用于脉冲宽度的调制，比如电机控制、用于变频调整等。7）模拟通道组件

8）互联通信组件

36.嵌入式处理芯片的选型 1）性价比原则

性能高，价格低 2）参数选择原则

ARM内核（指令流水线、支持Thumb/Thumb-2指令集、最高时钟频率的限制、最低功耗要求以及低成本要求）系统时钟频率(频率越高，处理速度越快;通常ARM芯片的速度主要取决于ARM内核）芯片内部存储器的容量

片内外围电路（GPIO外部引脚条数、定时计数器、LCD液晶显示控制器、多核处理器、ADC、通信接口）

37.常用ARM嵌入式处理芯片

1）NXP的典型ARM芯片

2）TI的典型ARM芯片

3）Samsung的典型ARM芯片

4）Atmel的典型ARM芯片

5）ST的典型ARM芯片

6）Freescale的典型ARM芯片

7）Nuvoton的典型ARM芯片

8）Intel的典型ARM芯片

9）其他ARM芯片厂家 38.页式存储管理(重点)

基本思路：把物理内存划分为许多固定大小的内存块，称为物理页面;把逻辑地址空间也划分为大小相同的块，称为逻辑页面。当一个用户程序被装入内存时，不是以整个程序为单位，把它存放在一整块连续的区域，而是以页面为单位来进行分配的。对于一个大小为N 的页面程序，需要有N 个空闲的物理页面来把它装载。这些物理页面不一定是要连续的。

在页式存储管理中需要解决三个问题：数据结构、内存分配与回收、地址映射。

数据结构有两个：页表和物理页面表。

A.页表：给出了任务逻辑页面号和内存中物理页面号之间的对应关系。

B.物理页面表：描述内存空间中，各个物理页面的使用情况。

具体的例子请参考《教程》317页(博客中画不了图，有兴趣自己看)。

内存的分配过程：

A.对于一个新来的任务，计算它所需要的页面数N，然后查看位示图，看是否还有N 个空闲的物理页面。

B.如果有足够的空闲物理页面，就去申请一个页表，其长度为N，并把页表的起始地址填入到该任务的控制块中。

C.分配N 个空闲的物理页面，把他们的变换填到页表中，建立逻辑页面与物理页面直接的对应关系。

D.修改位示图，对刚刚被占用的那些物理页面进行标记。地址映射的基本思路：

A.逻辑地址分析：对逻辑地址，找到它所在的逻辑页面，以及它在页面内的偏移地址。

B.页表查找：根据逻辑页面号，从页表中找出它对应的物理页面号。

C.物理地址合成：根据物理页面号和页内偏移地址，最终确定物理地址。

逻辑地址分析：

页面的大小都是2的整数次幂。对于给定的一个逻辑地址，可以直接把它的高位部分作为逻辑页面号，把它的低位部分作为页内偏移地址。例如，假设页面的大小是4KB，即2的12次幂，逻辑地址为32为，那么在一个逻辑地址当中，最低12位为页内偏移地址，而剩下的20位就是逻辑页面号。

计算方法：

逻辑页面号=逻辑地址/页面大小

页内偏移量=逻辑地址%页面大小

页表查找：

页表作为操作系统的一个数据结构，通常保存在内核的地址空间中。

页表基地址寄存器用来指向页表的起始地址;页表长度寄存器用来指示页表的大小，即对于当前任务，它总共包含有多少个页面。

物理地址合成：

假设物理页面号为f，页内偏移地址为offset，每个页面大小为2n，那么相应的物理地址为：f×2n+offset。39.虚拟存储管理

程序局部性原理：时间局限性和空间局限性。

虚拟页式存储管理：在页式管理的基础上，增加了请求调页和页面置换的功能。

基本思路：当一个用户程序需要调入内存去运行时，不是将这个程序的所有页面都装入内存，而是只装载部分的页面，就可以启动这个程序运行。在运行过程中，如果发现要执行的指令或者访问的数据不在内存当中，就向系统发出缺页中断请求，然后系统在处理这个中断请求时，就会将保存在外存中的相应页面调入内存，从而使该程序能继续运行。

在虚拟页式存储管理中，页表包含：逻辑页面号、物理页面号、驻留位、保护位、修改位和访问位。

常用的页面置换算法：

A.最优页面置换算法：理想化算法。

B.最近最久未使用算法：链表法和栈方法。寻找长时间没有被访问的页面。

C.最不常用算法：每个页面设置一个访问计数器。

D.先进先出算法：性能比较差。

E.时钟页面置换算法：把页面组成环形链表，类似时钟面。

一般来说，当一个任务刚刚启动的时候，它会不断去访问一些新的页面，然后逐步建立一个比较稳定的工作集。工作集是指当前任务正在使用的逻辑页面的集合。如果分配给一个任务的物理页面数太少，不能包含整个的工作集，任务将会造成很多缺页中断，需要频繁地进行页面置换，这种现象称为“抖动”。40.Flash存储器

(1)Flash 存储器是一种非易失性存储器，根据结构的不同可以将其分为NOR Flash 和NAND Flash 两种。

(2)Flash存储器的特点：

A、区块结构：在物理上分成若干个区块，区块之间相互独立。

B、先擦后写：Flash 的写操作只能将数据位从1写成0，不能从0写成1，所以在对存储器进行写入之前必须先执行擦除操作，将预写入的数据位初始化为1。擦除操作的最小单位是一个区块，而不是单个字节。

C、操作指令：执行写操作，它必须输入一串特殊指令(NOR Flash)或者完成一段时序(NAND Flash)才能将数据写入。

D、位反转：由于Flash 的固有特性，在读写过程中偶尔会产生一位或几位的数据错误。位反转无法避免，只能通过其他手段对结果进行事后处理。

E、坏块：区块一旦损坏，将无法进行修复。对已损坏的区块操作其结果不可预测。

(3)NOR Flash的特点：

应用程序可以直接在闪存内运行，不需要再把代码读到系统RAM 中运行。NOR Flash 的传输效率很高，在1MB~4MB 的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

(4)NAND Flash的特点

能够提高极高的密度单元，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快，这也是为何所有的U盘都使用NAND Flash 作为存储介质的原因。应用NAND Flash 的困难在于闪存需要特殊的系统接口。41.RAM存储器

(1)SRAM 的特点：

SRAM 表示静态随机存取存储器，只要供电它就会保持一个值，它没有刷新周期，由触发器构成基本单元，集成度低，每个SRAM 存储单元由6个晶体管组成，因此其成本较高。它具有较高速率，常用于高速缓冲存储器。

通常SRAM 有4种引脚：

CE：片选信号，低电平有效。

R/W：读写控制信号。

ADDRESS：一组地址线。

DATA：用于数据传输的一组双向信号线。

(2)DRAM 的特点：

DRAM 表示动态随机存取存储器。这是一种以电荷形式进行存储的半导体存储器。它的每个存储单元由一个晶体管和一个电容器组成，数据存储在电容器中。电容器会由于漏电而导致电荷丢失，因而DRAM器件是不稳定的。它必须有规律地进行刷新，从而将数据保存在存储器中。

DRAM 的接口比较复杂，通常有一下引脚：

CE：片选信号，低电平有效。

R/W：读写控制信号。

RAS：行地址选通信号，通常接地址的高位部分。

CAS：列地址选通信号，通常接地址的低位部分。

ADDRESS：一组地址线。

DATA：用于数据传输的一组双向信号线。

(3)SDRAM 的特点：

SDRAM 表示同步动态随机存取存储器。同步是指内存工作需要同步时钟，内部的命令发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储器阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失。它通常只能工作在133MHz的主频。

(4)DDRAM 的特点

DDRAM 表示双倍速率同步动态随机存取存储器，也称DDR。DDRAM 是基于SDRAM 技术的，SDRAM 在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输;而DDR 内存则是一个时钟周期内传输两次次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。在133MHz 的主频下，DDR内存带宽可以达到133×64b/8×2=2.1GB/s。42.存储器系统的层次架构

计算机系统的存储器被组织成一个金字塔的层次结构。

自上而下为：CPU内部寄存器、芯片内部高速缓存(cache)、芯片外部高速缓存(SRAM、SDRAM、DRAM)、主存储器(FLASH、EEPROM)、外部存储器(磁盘、光盘、CF卡、SD卡)和远程二级存储器(分布式文件系统、WEB服务器)，6个层次的结构。

上述设备从上而下，依次速度更慢、容量更大、访问频率更小，造价更便宜。

2、高速缓存(cache)

工作原理(参照教程126页，博客画不了图)：主要利用了程序的局部性特点。

地址映象是指把主存地址空间映象到cache的地址空间。

地址变换是指当程序或数据已经装入到cache后，在实际运行过程中，把主存地址如何编程cache空间的地址。

常用的地址映象和地址变换的方式有：(教程127页)

直接映象和变换：速度快，造价低，但有局限性，不能充分利用cache的好处。

组相联地址映象和变换：速度稍慢但是命中率高。

全相联地址映象和变换：可以任意映射。

常用的cache替换算法：轮转法和随机替换算法。

高速缓存的分类：

统一cache和独立的数据/指令cache

写通cache和写回cache

读操作分配cache和写操作分配cache 43.I/O接口、I/O设备以及外部通信接口（GPIO、IC、SPI、UART、USB、HDMI等；键盘、LED、LCD、触摸屏、传感器等；RS-232/RS-485、CAN、以太网和常用无线通信接口）（1）GPIO(通用输入输出接口)

在嵌入式处理器内部，输入具备缓冲功能，输出具有锁存功能。GPIO一般有三态：0态、1态、高阻状态。

（2）集成电路互连总线接口IIC 集成电路互连总线用于连接嵌入式处理器及外围器件，采用串行半双工传输的总线标准。IIC总线具有的接口线少，控制方式简单，器件封装紧凑，通信速率较高（100kb/s,400kb/s,高速模式可达3.4Mb/s）等优点。IIC总线的操作时序

IIC总线只有两条信号线，一条是数据线SDA，另一条是时钟线SCL，所有的操作均通过这两条信号线完成。数据线SDA上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定，它的高/低电平状态只有在SCL时钟信号线是低电平时才能改变。1）启动和停止条件

总线上的所有器件都不使用总线时，SCL线和SDA线各自的上拉电阻把电平拉高，使它们均处于高电平。主控制器启动总线操作的条件是当SCL线保持高电平时SDA线有高电平转为低电平，此时主控制器在SCL产生时钟信号，SDA线开始传输数据。若SCL线为高电平时SDA由低转为高，则总线工作停止，恢复空闲状态 2）数据传送格式 3）应答（ACK）信号传送 4）读/写操作 5）总线仲裁 6）异常中断条件（3）串行外设接口SPI

（4）串行异步通信接口UART（5）高清多媒体接口HDMI

（6）常用简单输入设备（键盘、触摸屏、传感器）（7）常用简单输出设备（LED、数码管、LCD、）

（8）基于UART的RS—232/RS—485 CAN总线接口

以太网通信接口常用无线通信接口（GPS模块、GPRS模块、WiFi模块、蓝牙模块、射频无线收发模块）43.存储管理单元（MMU）memory management unit MMU在CPU和物理内存之间进行地址转换，将地址从逻辑空间映射到物理空间，这个过程称为内存映射。

MMU主要完成下面的工作：

A.虚拟存储空间到物理空间的映射。

B.存储器访问权限的控制。

C.设置虚拟存储空间的缓冲特性。

嵌入式系统中常常采用页式存储管理。为了管理这些页引入了页表的概念。

页表是位于内存中的表，它的每一行对应虚拟存储空间的一个页，该行包含了该虚拟内存页对应的物理内存页的地址、该页的访问权限和该页的缓冲特性等。

从虚拟地址到物理地址的变换过程就是查询页表的过程。

由于页表存储在内存中的，整个查询过程需要付出很大的代价。根据程序局部性的特点，增加了一个小容量、高速度的存储部件来存放当前访问需要的地址变换条目，这个存储部件称为：地址转换后备缓冲器(TLB)。

当CPU访问内存时，首先在TLB中查找需要的地址变换条目，如果该条目不存在，CPU再从内存中的页表中查询，并把相应的结果添加到TLB中，更新它的内容。

嵌入式系统中虚拟存储空间到物理空间的映射以内存块为单位进行。即虚拟存储空间中一块连续的存储空间被映射到物理存储空间中同样大小的一块连续存储空间。

在页表和TLB中，每一个地址变换条目实际上记录了一个虚拟存储空间的内存块的基地址与物理存储空间相对应的一个内存块的基地址之间的对应关系。

在MMU中实现虚拟地址到物理地址的映射是通过两级页表来实现的。

禁止MMU时，所有物理地址和虚拟地址相等，即使用平板存储模式。内存保护

操作系统通常利用MMU来实现操作系统内核与应用程序之间的隔离，以及应用程序与应用程序之间的隔离。

内存保护包含两个方面的内容：

A.防止地址越界，每个应用程序都有自己独立的地址空间。

B.防止越权操作，每个应用程序都有自己的访问权限。44.实模式与保护模式

在嵌入式系统中，常见的存储管理方案可以分为两大类：实模式和保护模式。

实模式：内存的平面使用模式。特点有：

A.不划分“系统空间”与“用户空间”，无须进行地址映射。

B.操作系统与应用程序之间不再有物理的边界。

C.系统中的“任务”或“进程”，实际上全是内核线程。

在实模式下，内存布局可以分为5个段：

A.代码段：包含操作系统和应用程序的所有代码。

B.数据段：所有带有初始值的全局变量。

C.BSS段：所有未带初始值的全局变量。

D.堆空间：动态分配的内存空间。

E.栈空间：保存上下文以及函数调用时的局部变量和形参。

在实模式存储管理方案下，主要的工作在于堆空间的管理，即如何来管理空闲的堆空间、如何来分配内存、如何来回收内存等等。

保护模式：处理器中必须有MMU硬件并启用。特点有：

A.系统内核和用户程序都有各自独立的地址空间。

B.每个应用程序只能访问自己的地址空间，不能去破坏操作系统和其他应用程序的代码和数据。45.分区存储管理

为了实现多道程序系统而采用的内存管理。

基本思路：把整个内存划分为两大区域，即系统区和用户区，然后再把用户区划分为若干个分区，每个任务占有其中的一个分区。这样，在内存当中就同时保留多个任务，让他们共享整个用户区，从而实现多个任务的并发运行。

分区存储管理又可以分为两类：固定分区和可变分区。

固定分区：各个用户分区的个数、位置和大小一旦确定后，就固定不变，不能再修改。

优点：易于实现，系统开销较小。

缺点：内存利用率不高，分区总数固定。

可变分区：动态创建，在装入一个程序时，系统将根据它的需求和内存空间的使用情况来决定是否分配。

优点：动态变化，非常灵活。

缺点：可能存在外碎片。

在实现可变存储管理技术的时候，需要考虑三个方面的问题：

A.内存管理的数据结构

B.内存的分配算法

C.内存的回收算法 46.地址映射

地址映射也叫地址重定位。

逻辑地址和物理地址是完全不同的，不能用逻辑地址来直接访问内存单元。

为了保证CPU在执行指令的时候，可以正确地访问内存单元，需要将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。这个过程称为：地址映射。

地址映射由存储管理单元MMU来完成。

地址映射主要有两种方式：静态地址映射和动态地址映射。

静态地址映射：当用户程序被装入内存时，直接对指令代码进行修改，一次性地实现逻辑地址到物理地址的转换。

动态地址映射：当用户程序被装入内存时，不对指令代码做任何修改，而是在程序的运行过程中，当它需要访问内存单元的时候，再来进行地址转换。

在具体实现时，这项转换工作一般是由硬件的地址映射机制来完成的。通常设置一个基地址寄存器，或者叫重定位寄存器。当一个任务被调度运行时，就把它所在分区的起始地址装入到整个寄存器中。然后，在程序运行的过程中，当需要访问某个内存单元时，硬件就会自动地将其中的逻辑地址加上基地址寄存器中的内容，从而得到实际的物理地址，并且按照这个物理地址区执行。

这个基地址寄存器位于MMU的内部，整个地址映射过程是自动运行的。从理论上说，每访问一次内存都要进行一次地址映射。47.页式存储管理（重点）

基本思路：把物理内存划分为许多固定大小的内存块，称为物理页面；把逻辑地址空间也划分为大小相同的块，称为逻辑页面。当一个用户程序被装入内存时，不是以整个程序为单位，把它存放在一整块连续的区域，而是以页面为单位来进行分配的。对于一个大小为N的页面程序，需要有N个空闲的物理页面来把它装载。这些物理页面不一定是要连续的。

在页式存储管理中需要解决三个问题：数据结构、内存分配与回收、地址映射。

数据结构有两个：页表和物理页面表。

A.页表：给出了任务逻辑页面号和内存中物理页面号之间的对应关系。

B.物理页面表：描述内存空间中，各个物理页面的使用情况。

具体的例子请参考《教程》317页（博客中画不了图，有兴趣自己看）。

内存的分配过程：

A.对于一个新来的任务，计算它所需要的页面数N，然后查看位示图，看是否还有N个空闲的物理页面。

B.如果有足够的空闲物理页面，就去申请一个页表，其长度为N，并把页表的起始地址填入到该任务的控制块中。

C.分配N个空闲的物理页面，把他们的变换填到页表中，建立逻辑页面与物理页面直接的对应关系。

D.修改位示图，对刚刚被占用的那些物理页面进行标记。

地址映射的基本思路：

A.逻辑地址分析：对逻辑地址，找到它所在的逻辑页面，以及它在页面内的偏移地址。

B.页表查找：根据逻辑页面号，从页表中找出它对应的物理页面号。

C.物理地址合成：根据物理页面号和页内偏移地址，最终确定物理地址。

逻辑地址分析：

页面的大小都是2的整数次幂。对于给定的一个逻辑地址，可以直接把它的高位部分作为逻辑页面号，把它的低位部分作为页内偏移地址。例如，假设页面的大小是4KB，即2的12次幂，逻辑地址为32为，那么在一个逻辑地址当中，最低12位为页内偏移地址，而剩下的20位就是逻辑页面号。

计算方法：

逻辑页面号＝逻辑地址/页面大小

页内偏移量＝逻辑地址％页面大小

页表查找：

页表作为操作系统的一个数据结构，通常保存在内核的地址空间中。

页表基地址寄存器用来指向页表的起始地址；页表长度寄存器用来指示页表的大小，即对于当前任务，它总共包含有多少个页面。

物理地址合成：

假设物理页面号为f，页内偏移地址为offset，每个页面大小为2n，那么相应的物理地址为：f×2n+offset。48.虚拟存储管理

程序局部性原理：时间局限性和空间局限性。

虚拟页式存储管理：在页式管理的基础上，增加了请求调页和页面置换的功能。

基本思路：当一个用户程序需要调入内存去运行时，不是将这个程序的所有页面都装入内存，而是只装载部分的页面，就可以启动这个程序运行。在运行过程中，如果发现要执行的指令或者访问的数据不在内存当中，就向系统发出缺页中断请求，然后系统在处理这个中断请求时，就会将保存在外存中的相应页面调入内存，从而使该程序能继续运行。

在虚拟页式存储管理中，页表包含：逻辑页面号、物理页面号、驻留位、保护位、修改位和访问位。

常用的页面置换算法：

A.最优页面置换算法：理想化算法。

B.最近最久未使用算法：链表法和栈方法。寻找长时间没有被访问的页面。

C.最不常用算法：每个页面设置一个访问计数器。

D.先进先出算法：性能比较差。

E.时钟页面置换算法：把页面组成环形链表，类似时钟面。

一般来说，当一个任务刚刚启动的时候，它会不断去访问一些新的页面，然后逐步建立一个比较稳定的工作集。工作集是指当前任务正在使用的逻辑页面的集合。如果分配给一个任务的物理页面数太少，不能包含整个的工作集，任务将会造成很多缺页中断，需要频繁地进行页面置换，这种现象称为“抖动”。49.嵌入式系统软件 ．嵌入式系统的软件组成与实时操作系统（嵌入式系统软件组成，嵌入式操作系统的发展，实时系统与实时操作系统，微内核与宏内核，嵌入式操作系统的仿真平台等）．板级支持软件包（BSP）和引导加载程序Bootloader（硬件抽象层HAL，BSP 的功能和移植，Bootloader 的执行过程，U-boot 及其移植等）．嵌入式Linux 操作系统（嵌入式Linux 的发展和自由软件，嵌入式Linux 内核的结构、系统调用接口，常见嵌入式Linux 等）．嵌入式操作系统μC/OS-II（基本特点、代码结构、任务管理与调度、任务通信、中断处理、移植等）50.嵌入式系统的开发

1．嵌入式系统的开发过程和工具（开发步骤，交叉开发平台和工具，系统的调试工具等）

2．系统开发工具软件（ADS、RVDS的特点与使用，GCC的常用命令与参数）

3．以S3C2410/S3C2440为背景的应用系统开发（硬件接口及部件的综合使用；无操作系统环境下的系统开发；μC/OS-II环境下的系统开发）51.嵌入式系统的定义

(1)定义：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、功耗严格要求的专用计算机系统。

(2)嵌入式系统发展的4 个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet 阶段。

(3)知识产权核(IP 核)：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片(SOC)的基本构件。

(4)IP 核模块有行为、结构和物理3 级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。

52.嵌入式系统的组成：硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层

(1)硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O 接口。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器

Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL 或者板级支持包BSP)：它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP 层提供的接口开发即可。

BSP 有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。

设计一个完整的BSP 需要完成两部分工作：

A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP 功能。

片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

B、设计硬件相关的设备驱动。

(3)系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

RTOS 是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

(4)应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。53.实时系统

(1)定义：能在指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。

(2)区别：通用系统一般追求的是系统的平均响应时间和用户的使用方便;而实时系统主要考虑的是在最坏情况下的系统行为。

(3)特点：时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。

(4)硬实时(强实时)：指应用的时间需求应能够得到完全满足，否则就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命财产损失和生态破坏，如：航天、军事。

(5)软实时(弱实时)：指某些应用虽然提出了时间的要求，但实时任务偶尔违反这种需求对系统运行及环境不会造成严重影响，如：监控系统、实时信息采集系统。

第二篇：嵌入式系统设计师考试要求

嵌入式系统设计师考试要求

通过本考试的合格人员能根据项目管理和工程技术的实际要求，按照系统总体设计规格说明书进行软、硬件设计，编写系统开发的规格说明书等相应的文档；组织和指导嵌入式系统开发实施人员编写和调试程序，并对嵌入式系统硬件设备和程序进行优化和集成测试，开发出符合系统总体设计要求的高质量嵌入式系统；具有工程师的实际工作能力和业务水平。嵌入式系统设计师考试说明

1．考试要求：

（1）掌握计算机科学基础知识；

（2）掌握嵌入式系统的硬件、软件知识；

（3）掌握嵌入式系统分析的方法；

（4）掌握嵌入式系统设计与开发的方法及步骤；

（5）掌握嵌入式系统实施的方法；

（6）掌握嵌入式系统运行维护知识；

（7）了解信息化基础知识、计算机应用的基础知识；

（8）了解信息技术标准、安全性，以及有关法律法规的基本知识；

（9）了解嵌入式技术发展趋势；

（10）正确阅读和理解计算机及嵌入式系统领域的英文资料。

2．通过本考试的合格人员能根据项目管理和工程技术的实际要求，按照系统总体设计规格说明书进行软、硬件设计，编写系统开发的规格说明书等相应的文档；组织和指导嵌入式系统开发实施人员编写和调试程序，并对嵌入式系统硬件设备和程序进行优化和集成测试，开发出符合系统总体设计要求的高质量嵌入式系统；具有工程师的实际工作能力和业务水平。

3．本考试设置的科目包括：

（1）嵌入式系统基础知识，考试时间为150分钟，笔试，选择题；

（2）嵌入式系统设计应用技术，考试时间为150分钟，笔试，问答题。

第三篇：软考网络规划设计师论文

网络规划设计师 http:// 软考网络规划设计师论文范文

网络规划设计师论文该怎么写？准备参加2016年网络规划设计师考试的你是否对这个问题感到一筹莫展？小编为大家提供一篇论范文供大家参考，希望对大家有所帮助。

论某中小型企业的网络规划与设计方案

【摘要】

本文以网络工程设计与规划为题，阐述了如何规划与设计一个常德市某中小型企业网络的具体实现步骤，通过网络需求收集以及对网络层次、拓扑、流量、地址、路由、安全等方面进行分析为最终的网络设计方案构建提供决策的依据。

【正文】 引言

网络飞速的发展，渗透了各行各业。在今天的时代大环境中，企业只有在技术上领先才能在竞争中拥有优势地位。电子商务、电子邮件、光纤宽带、局域网技术、等不断技术不断出现，除了现有的这些应用，一些新的应用方式也逐步出现。比如VOIP电话、远程视频会议等用于提高工作效率的方式。因此，作为企业来说，需要一个更加集成化一体化的网络解决方案，它不仅符合时代的潮流，而且能够有效地提高工作效率。

网络方案设计

本方案为某中小型企业的网络规划，主楼建筑共8层，地下一层，网络规划设计师 http:// 裙楼3层。建筑主楼的功能是办公楼，裙楼作为会堂使用。本系统的功能是为办公人员提供局域网使用以及实现办公楼的信息数据的共享和传输。

结合整个实际应用和发展要求，在进行网络系统改造设计时，主要应遵循以下原则：

1.高性能：网络要求具有数据、图像、语音等多媒体实时同步通讯能力。网络系统可以提供足够的网络带宽和多种类型的服务。

2.高可靠性：网络系统需要保证连续运行的工作时间以及足够有效的防火墙。同时，在核心层采用双机容灾设置，降低了由系统故障引起的停滞时间。可靠性还充分考虑网络系统的性价比，使整个网络具有一定的容错能力，减少单点故障。

3.标准化：所有网络设备都符合有关国际标准以保证不同厂家网络设备之间的互操作性和网络系统的开放性。

4.高可用度和冗余：系统的关键部件具有热插拔功能，可保证在部件的更换或增加时不影响网络正常运行。

5.易管理性：网络系统中的网络设备需要便于管理和后期的维护，并且在操作上不能太过复杂，当出现故障时，应能够及时的被发现和解除。

网络系统规划设计

目前网络系统拓扑结构有四种分析：

（一）星型拓扑结构

（二）总线拓扑结构

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（三）环型拓扑结构

（四）树型拓扑结构

根据上表中各个网络结构特点的对比以及现实的需求，本项目中网络结构选择分层集中式网络结构或者星型分级网络结构。根据本系统的具体情况，可以采用三级星型网络结构。三级星型网络结构比较易于集中式的管理。因此，采用该种网络结构的网络系统更加便于平时的管理和后期的维护，用户端的网络设备由于故障停止运行并不会引起整个网络的瘫痪。然而，此种网络结构方式要求网络中心管理设备具有很高的可靠性，因为它决定了整个系统每个用户端的运行状况。

二级星型结构如下： 网络系统设计如下：

A.主干网汇接各子网，形成中心交换； B.子网通过高速交换链路连接到主干网； C.实行全网范围的集中VLANs划分与管理； D.核心网络采用双机热备容灾方式； E.在网络中心进行集中控制和管理；

F.桌面机连接到基层网段上，服务器、工作站连接到高层网络； G.流量划分层次，跨越基层网段的流量汇接到工作组子网，跨越工作组子网的流量汇接到主干；

H.在完善的网络基础之上，系统提供基本的Internet服务。本项目计算机网络总体上分为两个层次的结构：核心层，接入层。

网络规划设计师 http:// 核心层：核心层主要为网络系统提供一条高带宽、高容量、高可靠性的高速信息公路，为监控数据查看与存储提供高速的数据交换通路。该层由两台核心交换机互为热备构成，提供若干个千兆以太网络光纤端口以及第三层路由交换功能。

接入层：接入层提供了连接各信息点的汇集功能，通过本层将各信息点汇总连接到核心层，由核心层实现信息交换。接入层由各楼层的交换机构成，各楼层交换机与核心交换机之间以双千兆光纤连接，每一台接入交换机分别两台核心交换机，以保证网络链路的高可靠性。

结论

如今计算机网络的发展，网络化、智能化建筑的概念逐步成为人们选择办公场所和衡量居住环境是否方便的一个重要因素，本论文设计主要是根据现今的企业发展，本文以网络工程设计与规划为题，阐述了如何规划与设计一个大中型网络的具体实现步骤，通过网络需求收集以及对网络层次、拓扑、地址、路由、安全等方面进行分析为最终的网络设计方案构建提供决策的依据。

第四篇：软考系统架构设计师下午试题加答案(一)

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软考系统架构设计师下午试题加答案

（一）2016年下半年软考系统架构设计师考试将于11月12日举行。大家都准备好了吗？下面由希赛小编为大家整理了一些系统架构设计师试题，希望对大家有所帮助。

试题一

阅读以下软件架构设计的叙述，根据要求回答问题。[说明]某大型电子商务企业的主要业务之一是网上书城，其主要功能是通过Internet为用户提供各种图书信息的在线查询、浏览及订购相关图书等多种服务。PH软件公司承接了该大型网上书城系统的升级改造开发任务。该软件公司的领域专家对需求进行深入分析后，得到的部分系统需求如下。

1用户可能频繁地进行书目查询操作，网上书城需要返回众多符合条件的书目并且分页显示，而且可能每次查询的内容都不一样。

2网站管理员需要批量对相关书目信息进行修改，并且将更新信息记录到数据库。

3随着该网上书城知名度的不断提升，每天的业务量非常多，网站的用户访问量越来越大，因此对业务有持续性要求，且要求有限的资源更加合理地规划和使用。

4随着该企业业务规模的不断扩展，网上书城并购了多家其他同类的网上书城，需要将后台异构数据库系统进行整合。

该软件公司的系统架构师经过多方的研究和论证，集体提出了采用层次式架构风格设计该大型网上书城系统，包括表现层、业务逻辑层和数据访问层。

1、[问题1]

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数据访问层负责与应用中的各种数据源打交道，并将它们整合起来，为业务逻辑层提供统一的数据服务。请对该大型网上书城的4个需求进行分析，结合你的系统架构经验，将表2—12中每个需求适合选用的数据访问模式及选择理由填充完整。

2、[问题2]

业务逻辑的千变万化，使信息系统的开发和维护都变得越来越困难，如何构建灵活高度可扩展性的业务层便成为亟待解决的问题。结合你的系统架构经验，请用200字以内的文字说明该网上书城业务逻辑层采用业务容器(BusinessContainer)架构方式的优点。

3、[问题3]

该网上书城表示层框架的设计，采用基于XML的界面管理技术，实现灵活的界面配置、界面动态生成和界面定制。结合你的系统架构经验，请用350字以内的文字说明基于XML的界面管理技术的基本思想及其主要组成部分的功能。

参考答案

1、在层次式架构风格中，数据访问层(数据持久层)主要负责和应用中的各种数据源(如DB2、Oracle等关系型数据源、XML数据及其他类型的非关系型

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数据、Web服务，以及各种特别的遗留系统等)打交道，并将它们整合起来，为业务逻辑层提供统一的数据服务。架构师在不同的应用场合下可能会选择不同的数据访问模式，并且还会不断地推陈出新，这里不会也不可能穷尽所有的数据访问模式，而只是列举了其中最为典型的几个。在线访问模式、DataAccessObject模式、DataTransferObject模式、离线数据模式，以及对象/关系映射(Object/RelationMapping)模式是数据访问层设计中典型的数据访问模式。各种数据访问模式的说明如表2—15所示。

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依题意，在网上书城系统应用中，第1个系统需求是用户根据检查条件查询相关的书目，返回符合条件的书目列表(可能内容非常多，数据量较大)，而且可能每次查询的内容都不一样。通常，针对用户书目查询这一业务应用，如果查询返回的数据量并不是很大，同时也不频繁，则可以考虑采用在线访问的模式；如果返回的数据量较大(比如返回众多符合条件的书目并且分页显示)而且较为频繁，则需要考虑在线访问模式和离线数据模式相结合，通过离线数据的缓存来提高查询性能。

第2个系统需求是网站管理员可能需要批量对相关书目信息进行修改，并且需要将更新的信息返回至数据库。此类数据应用的特点表现为，与数据库交互的次数并不频繁，但是每次操作的数据量相对较大；同时，也希望能够使得本地操作有较好的交互体验。针对这种应用情况，往往适合采用离线数据访问的模式，DTO模式也是不错的选择。如果该网上书城应用系统采用的是IBMWebSphere平台，则可以使用SDO技术，或者使用Java中的CachedRowSet技术；如果

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采用的是基于微软的应用系统平台，则可以采用ADO.NET技术。

第3个系统需求是一个关于“多用户并发访问”的需求，如何让网上书城应用系统能够处理大规模的并发用户访问是一个很复杂的问题，涉及应用的架构、采用的软件、相应的配置和应用程序的调优等方面的问题。对于数据访问层设计，一个常见的方法是使用连接池的模式，以便能够处理更多的用户请求。如果在网上书城应用系统中使用了IBMWebSphereApplicationServer(或BEAWebLogic、Tomcat等)应用服务器，则这些应用服务器都提供了连接池的机制。

第4个系统需求是一个关于“整合异构数据源”的需求，因为有了新的、不同类型的数据库系统的加入，需要和旧的数据库系统进行整合。后台数据系统种类繁多，配置复杂的情况是随处可见的。可能这个网上书城在刚刚起步的时候只是用了MSSQLServer2000来作为后台数据源。后来随着业务的增加，又有了新的Oracle(或DB2)系统。除此之外，可能还有很多诸如XML文档等需要和已有的系统集成起来，这些都是令人头痛的问题。在很多实际项目中，经常需要软件开发公司花很大的力气开发一些导入/导出工具来集成此类数据，而现在已经有了专门的产品来完成这些任务。例如，IBMWebSphereInformationIntegration等产品就可以用来支持各种关系型数据源及非关系型数据源的数据整合。

2、业务逻辑层框架位于系统架构的中间层，是实现系统功能的核心组件。业务逻辑层采用业务容器(BusinessContainer)架构方式，便于系统功能的开发、代码重用和管理。业务层采用业务容器的方式存在于整个系统当中，可以大大地降低业务层和相邻各层的耦合。表示层和业务层的交流是通过业务请求来实现

系统架构设计师http:// 的，表示层代码只需要将业务参数传递给业务容器，之后就不需要业务层多余的干预，所有业务代码均是在业务容器中运行。如此一来，可以有效地防止业务层代码渗透到表示层，从而实现了业务层相对于表示层的透明化。

3、基于XML的界面管理技术的基本思想是，用XML生成配置文件及界面所需的元数据，按不同需求生成界面元素及软件界面。

该技术包括界面配置、界面动态生成和界面定制3部分。

界面配置是对用户界面的静态定义，通过读取配置文件的初始值对界面配置。由界面配置对软件功能进行裁剪、重组和扩充，以实现特殊需求。

界面定制是对用户界面的动态修改过程，在软件运行过程中，用户可按需求和使用习惯，对界面元素(如菜单、工具栏、键盘命令)的属性(如文字、图标、大小、位置等)进行修改。软件运行结束，界面定制的结果被保存。

系统通过DOMAPI读取XML配置文件的表示层信息(初始界面大小、位置等)，通过自定义的数据存取类读取数据库中的数据层信息，在运行时循环生成界面元素，动态生成界面。界面配置和定制模块在软件运行前后，通过修改相应的配置文件，就可以达到更改界面内容的目标。

基于XML的界面管理技术实现的管理信息系统，实现了用户界面描述信息与功能实现代码的分离，可针对不同用户需求进行界面配置和定制，能适应一定程度内的数据库结构改动，只需对XML文件稍加修改，即可实现系统的移植。

试题二

阅读以下关于系统安全性和数据存储系统架构的叙述，根据要求回答问题。

[说明]

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某市行政审批服务中心大楼内涉及几类网络，分别为因特网(Internet)、市电子政务专网、市电子政务外网、市行政审批服务中心大楼内局域网和各部门业务专网。行政审批服务中心网络建设工作组计划以市电子政务专网为基础，建设市级行政审批服务中心专网(骨干万兆、桌面千兆)。在大楼内部署5套独立链路，分别用于连接政务外网、政务专网、大楼内局域网、因特网和涉密部门内网。行政审批服务中心网络结构(部分)如图2—8所示。

4、[问题1]

在图2—8所示的数据交换区中，数据交换服务器通过双链路连接至交换机。在数据交换服务器业务的峰值时段，一条链路只能传送总业务量的90%，因而需要两条链路同时工作，才能完成数据交换服务器的全部传送请求。非峰值

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时段约占整个工作时间的60%，只需要一条链路工作就可以传送全部业务。假定每条链路的可用性为0.9，请计算这两条链路系统(数据交换区中虚线椭圆区域)的平均可用性(注：请简要列出计算过程)

5、[问题2]

电子政务安全体系是一个立体的三维防护体系，图2—8中的安全接入平台横跨了行政审批服务中心大楼内所涉及的5个网络系统，需要全系统统一考虑其的IT安全措施和手段。结合你的系统架构经验，请给出该安全接入平台在系统安全架构方面的主要考虑要点。

6、[问题3]针对该行政审批服务中心数据存储系统建设，架构师郭工建议使用FCSAN/IPSAN提供数据安全和快速数据访问。请用300字以内的文字，简述郭工所提建议中的FCSAN和IPSAN的差别。

参考答案

4、可用性是指网络或网络设备(如服务器等)可用于执行预期任务时间所占总量的百分比。依题意，试题中只要求计算图2—8数据交换区中虚线椭圆区域内两条链路系统的平均可用性，因此可以暂不考虑这两条链路两端交换机端口及网卡的可用性(或者可将这两条链路两端交换机端口及网卡的可用性假设为1.0)。

由于每条链路的可用性A=0.9，则两条链路同时工作时的可用性为A×A=0.9×0.9=0.81，恰好只有一条链路可以工作时的可用性为A×(1-A)+(1-A)×A=2A×(1-A)2=2×0.9×(1-0.9)2=0.18。

由于在数据交换服务器业务的峰值时段，一条链路只能传送总业务量的90%，需要两条链路同时工作，此时这两条链路系统的可用性Af可表示为：Af=(两条链路的处理能力)×(两条链路同时工作时的可用性)+(一条链路的处理

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能力)×(只有一条链路工作时的可用性)。因此在峰值时段，这两条链路系统的可用性为A峰值时段=1.0×0.81+0.9×0.18=0.972。

在非峰值时段，只需要一条链路工作就可以传送全部业务，此时这两条链路系统的可用性为A非峰值时段=1.0×0.81+1.0×0.18=0.99。由于非峰值时段约占整个工作时间的60%，即峰值时段约占整个工作时间的40%，因此这两条链路系统的平均可用性为Af=0.4×A峰值时段+0.6×A非峰值时段=0.4×0.972+0.6×0.99=0.9828。

5、电子政务安全体系是一个立体的三维防护体系，其设计出发点是：

①政务内网(或政务专网等涉密内网)系统必须保证万无一失；

②政务外网系统做到适度安全，合理平衡系统运行效率和系统安全；

③因特网(Internet)公共服务系统以适用、实用为主。在图2—8所示的行政审批服务中心部分网络结构图中，政务专网和经审批通过的涉密部门内网主要用于涉密信息的处理、传输和存储。这两个网络系统的建设重点是防止泄密，因此应严格按照国家对于涉密信息系统的要求，采取安全措施进行建设和实施。其主要的安全措施包括加密、访问控制、权限控制和身份鉴别等。

政务外网和大楼内局域网主要完成大多数非敏感的政务管理和服务功能。这两个网络系统的主要用户是公务员，因此安全重点在于防止与控制公务员异常活动，抵抗和防护来自外部网络的攻击。除了涉密信息外，大量的电子政务信息都汇聚和存放在这两个网络系统内。确保数据安全是这两个系统安全的核心内容，具体而言主要包括以下内容。

(1)数据访问范围的控制。这两个网络系统中处理保存的数据主要是大量反映社会状态的内部信息，必须确保这些信息只能在这两个网络系统中流转，确保

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只在指定的职能部门及相关人员之间流动和处理。

(2)数据完整性的保护。这两个网络系统中处理保存的大量数据是电子政务业务部门履行管理和服务职能所必需的，数据是否准确直接影响政府的决策和国家政务的执行，确保数据完整性和准确性是这两个网络系统安全最重要的工作之一。

(3)系统可用性的保障。这两个网络系统是政府公务员直接使用的网络，其可用性的降低和破坏将直接影响政府的运行效率，必须保证该系统不会因信息安全事故造成系统停止工作。

Internet公共服务网主要是提供电子政务系统与公众的出入口，其安全重点在于确保出入口的安全，防止攻击者通过该网络系统进入电子政务系统，同时确保图2-8中对外服务平台中相关服务器的高度可用性。

在图2—8中，安全接入平台横跨了以上5个网络系统，需要全系统统一考虑其的IT安全措施和手段，具体考虑要点如下。

(1)网络系统对接和信息交换的安全。在图2—8中，政务专网和涉密部门内网要通过网闸之类的安全设备与政务外网实现物理隔离，实现了纯数据摆渡，有效地抵抗利用网络协议的攻击，为政务内网建立起可靠的边界保护。政务外网与：Internet服务网之间可以通过防火墙之类的安全设备实现逻辑隔离。在政务专网和政务外网分别安装内、外数据交换服务器，这些服务器都采用双网卡配置，一块网卡接政务内(外)网和另一块接网闸。政务专网与涉密部门内网之间、涉密部门内网与政务外网之间也做类似的数据交换服务器配置，使得这些数据交换服务器成为不同网络之间数据传输的唯一通道，从而进一步加强各个网络系统之间信息交互的安全性。

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(2)信息中加带密级和敏感度标记。例如，政务外网与政务内网所有的应用数据都必须带有信息密级范围和敏感度标识的标记。原则上，不同范围的信息、不同密级的信息不能够自由交换，系统中应专门设置专用的信息内容检查和权限控制管理设施，用于对系统内信息的流转进行控制和处理。因此在政务外网和政务内网应分别建立起基于公钥证书的认证服务器，由其为内、外网各自的数据交换服务器进行认证，并用认证所产生的会话密钥对所有通过本服务器通道的数据进行标识，从而保证了通道数据的完整性(不可篡改，更不能发送未经标记的数据)。结合数据摆渡和认证标记技术，在安全接入平台的底层建立了安全的数据摆渡机制。

(3)严格定义交换的数据。例如，对于政务外网与政务内网的信息交换和交流，只可以采用应用数据交换的方式，并且要求应用数据必须严格定义，原则上不能够交换可用做程序(或类似功能)的数据。

(4)设置访问控制。例如，对于政务外网与Internet服务网的信息交换和交流，可以采用网络层信息交换，设置访问控制的方式进行，典型措施是防火墙。此外还可以考虑使用应用层安全系统和权限控制系统。例如，采用融合公钥技术或Kerberos认证协议的认证方案，即采用公钥技术作为认证的手段，结合Kerberos协议的会话密钥分发机制，在分发会话密钥的同时，分发用户的属性证书。该方案具有公钥体系的强认证特性，避免了Kerberos认证体系中的中心数据库的脆弱性，同时可在单一的一个协议中完成认证和授权双重功能。并在方案中结合KMI技术，采用属性证书的方式表示RBAC的访问控制属性，而形成一个单一的单点登录授权体系。

(5)公务员权限管理系统。公务员统一的权限管理中心对电子政务所涉及的

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所有公务员用户的权限进行统一管理，支持电子政务工程所涉及的所有应用系统。安全接入平台的安全服务包括登录服务、授权服务和审计服务。平台上运行的应用软件利用登录服务向平台认证，并通过授权服务向平台的其他服务(包括应用软件向平台注册的服务)取得授权。

(6)用户管理系统。电子政务信息系统的用户管理分为3类用户的管理：①自然人用户的管理；②法人用户的管理；③公务员用户的管理。前两类用户的管理是基于相应的职能部门数据库(如居民可与户口、社保等系统统一)，应全系统统一管理；公务员用户的管理则需要另外建设。公务员统一管理系统需要同时支持政务内网和政务外网等相关网络系统上的应用。

(7)安全资源管理中心。安全资源管理中心是用于对电子政务所涉及的所有安全技术手段进行管理的中心，该中心负责所有信息安全相关设备，软件的配置，安全事件的记录和管理，设备故障的发现和处置，所有安全相关策略、参数及数据的自动升级、维护和发布。例如，通过安装流量监测和监管服务器，实现对接入平台运行情况进行安全监测与审计，对接入平台及业务信息进行注册管理、各种安全策略管理、流量监测、统计分析和安全审计等。

6、存储区域网络(SAN)是一个由存储设备和系统部件构成的网络。所有的通信都在一个与应用网络隔离的单独的网络上完成，可以被用来集中和共享存储资源。实现SAN的硬件基础设施的是光纤通道，用光纤通道构筑的SAN由3部分构成，分别为存储和备份设备(包括磁带库、磁盘阵列和光盘库等)、光纤通道网络连接部件(包括主机总线适配卡(HBA)、驱动程序、光缆(线)、集线器、交换机、光纤通道与SCSI间的桥接器(Bridge)等)，以及应用和管理软件(包括备份软件、存储资源管理软件和设备管理软件)。SAN置于LAN之下，而不涉及LAN。

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利用SAN不仅可以提供大容量的存储数据，而且地域上可以分散，并缓解了大量数据传输对局域网的影响。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，不管数据放置在哪里，服务器都可以直接存取所需的数据。

相对于传统的存储架构，SAN不必宕机或中断与服务器的连接即可增加存储，还可以集中管理数据，从而降低总体拥有成本。利用协议技术，SAN可以有效地传输数据块。通过支持在存储和服务器之间传输海量数据块，SAN提供了数据备份的有效方式。SAN分为FCSAN、IPSAN和IBSAN等。其中，FCSAN使用专用光纤通道设备，IPSAN使用通用的IP网络及设备，因此FCSAN与IPSAN相比传输速度高，但价格比IPSAN高。

从应用上来说，相对于IPSAN，FCSAN可以承接更多的并发访问用户数。当并发访问存储的用户数不多时，FCSAN与IPSAN两者的性能相差无几。但一旦外接用户数呈大规模增长趋势，FCSAN就显示出其在稳定性、安全性及高性能等方面的优势。在稳定性方面，由于FCSAN使用高效的光纤通道协议，因此大部分功能都是基于硬件来实现的。例如，后端存储子系统的存储虚拟通过带有高性能处理器的专用RAID控制器来实现，中间的数据交换层通过专用的高性能ASIC来进行基于硬件级的交换处理，在主机端通过带有ASIC芯片的专用HBA来进行数据信息的处理。因此在大量减少主机处理开销的同时，也提高了整个FCSAN的稳定性。在安全性方面，FCSAN是服务器后端的专用局域网络，安全性比较高。采用IPSAN可以将SAN为服务器提供的共享特性及IP网络的易用性很好地结合在一起，且为用户提供了类似于服务器本地存储的高性能体验。iSCSI是实现IPSAN最重要的技术。在iSCSI出现之前，IP网络与块模式(主要是光纤通道)是两种完全不兼容的技术。由于iSCSI是运行在TCP/IP之上的块模

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式协议，它将IP网络与块模式的优势很好地结合起来，使得lPSAN的成本低于FCSAN。基于iSCSI标准的IPSAN提供Initiator与目标端两方面的身份验证(使用CHAP、SRP、Kerberos和SPKM)，能够阻止未经授权的访问，只允许那些可信赖的节点进行访问，可通过IPSec确保其数据的安全性。

由于IP技术的普及和发展，利用iSCSI技术搭建的IPSAN可以随着网络延伸至全球任意一个角落，从根本上解决了信息孤岛的问题。甚至可以通过IPSAN来连接各个FCSAN的孤岛，因此IPSAN比FCSAN具有更好的伸展性。

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第五篇：嵌入式系统相关知识点总结

嵌入式系统的定义及特点

定义：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。

特点：（1）嵌入式系统是面向特定应用的。嵌入式系统中的CPU是专门为特定应用设计的，具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计趋于小型化。

（2）嵌入式系统涉及先进的计算机技术、半导体技术、电子技术、通信和软件等各个行业。是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

（3）嵌入式系统的硬件和软件都必须具备高度可定制性。

（4）嵌入式系统的生命周期相当长。嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进行的。

（5）嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。在设计完成以后，用户如果需要修改其中的程序功能，必须借助于一套专门的开发工具和环境。

（6）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存贮于磁盘等载体中。

特点也可答：1．系统内核小。2．专用性强。3．系统精简。4．高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。5．嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。6．嵌入式系统开发需要开发工具和环境。7.嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也是同步进行，所以具有较长的生命周期。8.为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片中。

操作系统在嵌入式系统中所起的作用（四个）

嵌入式操作系统（嵌入式linux学习）的功能

嵌入式操作系统除具备了一般操作系统（嵌入式linux系统）最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有以下两个方面的功能：

1.构成一个易于编程的虚拟机平台

嵌入式操作系统构成一个虚拟机平台，EOS把底层的硬件细节封装起来，为运行在它上面的软件(如中间件软件和各种应用软件)提供了一个抽象的编程接口。软件开发在这个编程接口的上进行，而不直接与机器硬件层打交道。

2.系统资源的管理者

嵌入式操作系统是一个系统资源的管理者，负责管理系统当中的各种软硬件资源，如处理器、内存、各种I/O设备、文件和数据等，使得整个系统能够高效、可靠地运转。

嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度、控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。

嵌入式操作系统是嵌入式系统应用的核心.嵌入式操作系统，大大地提高了嵌入式系统硬件工作效率，并为应用软件开发提供了极大的便利。

操作系统的作用主要体现在两方面：

1．屏蔽硬件物理特性和操作细节，为用户使用计算机提供了便利 2．有效管理系统资源，提高系统资源使用效率

Linux与嵌入式使用的uclinux操作系统的关系

Linux与UNIX系统兼容，开放源代码。现在广泛应用于服务器领域。而更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。uClinux正是在这种氛围下产生的。所以uClinux就是Micro-Control-Linux，字面上的理解就是“针对微控制领域而设计的Linux系统”。

uClinux是针对控制领域的嵌入式linux操作系统，它从Linux 2.0/2.4内核派生而来，沿袭了主流Linux的绝大部分特性。uClinux同标准Linux的最大区别就在于内存管理。标准Linux是针对有MMU的处理器设计的。在这种处理器上，虚拟地址被送到MMU，MMU把虚拟地址映射为物理地址。通过赋予每个任务不同的虚拟—物理地址转换映射，支持不同任务之间的保护。对于uCLinux来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用处理器的虚拟内存管理技术，仍然采用存储器的分页管理。

什么是内核？

内核是操作系统最基本的部分。它是为众多应用程序提供对计算机硬件的安全访问的一部分软件，这种访问是有限的，并且内核决定一个程序在什么时候对某部分硬件操作多长时间。内核，是一个操作系统的核心。是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统的最基本的功能，是操作系统工作的基础，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。

什么是Bootlonder? 答案一搜狗百科：启动程序（英语：boot loader，也称启动加载器，引导程序）位于电脑或其他计算机应用上，是指引导操作系统启动的程序。引导程序启动方式及程序视应用机型种类而不同。BIOS开机完成后，bootloader就接手初始化硬件设备、创建存储器空间的映射，以便为操作系统内核准备好正确的软硬件环境。BootLoader是依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式领域，为嵌入式系统建立一个通用的BootLoader是很困难的。

答案二百度百科：Boot Loader 是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。通常，Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界里建立一个通用的 Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对 Boot Loader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。

使用带uclinux操作系统的嵌入式系统应该注意什么问题？

uClinux的内存管理

uClinux同标准Linux的最大区别就在于内存管理。对于uCLinux来说，其设计针对没有MMU的处理器，不能使用处理器的虚拟内存管理技术，仍采用存储器的分页管理，系统在启动时把实际存储器进行分页。在加载应用程序时程序分页加载。这一点影响了系统工作的很多方面。

uClinux系统对于内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。操作系统对内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。由于应用程序加载时必须分配连续的地址空间，而针对不同硬件平台的可一次成块，分配内存大小限制是不同，所以开发人员在开发应用程序时必须考虑内存的分配情况并关注应用程序需要运行空间的大小。另外由于采用实存储器管理策略，用户程序同内核以及其它用户程序在一个地址空间，程序开发时要保证不侵犯其它程序的地址空间，以使得程序不至于破坏系统的正常工作，或导致其它程序的运行异常。

从内存的访问角度来看，开发人员的权利增大了（开发人员在编程时可以访问任意的地址空间），但与此同时系统的安全性也大为下降。uClinux的多进程处理

uClinux没有MMU管理存储器，在实现多个进程时（fork调用生成子进程）需要实现数据保护。uClinux的这种多进程实现机制同它的内存管理紧密相关。uClinux针对没有mmu处理器开发，所以被迫使用一种flat方式的内存管理模式，启动新的应用程序时系统必须为应用程序分配存储空间，并立即把应用程序加载到内存。缺少了MMU的内存重映射机制，uClinux必须在可执行文件加载阶段对可执行文件reloc处理，使得程序执行时能够直接使用物理内存。

编程实现五个点的中值滤波和均值滤波

clear all;t=0:0.01:1;f2=5;%生成一个正弦信号y； y1=1*sin(2*pi*f2*t);%y1=square(2*pi*f2*t);%向y中加入噪声信号生成x;x1=y1+0.1*randn(1,101);figure(1)subplot(2,1,1);plot(t,y1,'r');title('生成一个正弦信号y');grid;legend y;subplot(2,1,2);plot(t, x1,'r');title('向y中加入噪声信号生成x');grid;legend x;X=1:length(x1)for X=1:length(x1)z2=smooth(x1,5);%M=5时的均值滤波 end for X=1:length(x1)figure(2)plot(t,z1,'r');title('M=5时的均值滤波处理后的信号');grid;legend y;for X=1:length(x1)L2= median(x1,5);end figure(3)plot(t,L2,'r');title('M=5时的中值滤波处理后的信号');grid;legend y;