高端嵌入式系统与底层信息化系统ppt习题解答.pdf

第一章第一章 1 什么是嵌入式系统 什么是嵌入式系统 答案 1 从嵌入式系统的应用的角度 嵌入式系统是以应用为中心 计算机技术为基础 软 硬件可剪裁 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 嵌入式系统的组成定义 一个嵌入式系统就是一个硬件和软件的集合体 硬件包括嵌入式处理器 控制器 数字信号处理器等 存储器及外设器件 输入输出端口 图形 控制器等 软件部分包括操作系统和应用程序 应用的领域不同 应用程序千差万别 2 嵌入式系统是由哪些部分组成的 嵌入式系统是由哪些部分组成的 答案 嵌入式系统由硬件层和软件层组成 硬件层包括嵌入式微处理器 存储器 通用设备接口和 I O 接口 软件层包含驱动层 OS 层和应用层 3 嵌入式系统的特点有哪些 嵌入式系统的特点有哪些 答案 1 嵌入式系统的产品特征 嵌入式系统是面向用户 面向产品 面向应用的 嵌入式系统是针对具体应用系统的专用系统具体应用系统的专用系统 一般具有成本敏感性 它的硬件和软件都必须高效率 地设计 量体裁衣去除冗余 力争在同样的硅片上实现更高的性能 嵌入式处理器的功耗 体积 成本 可靠性 速度处理能力 电磁兼容性功耗 体积 成本 可靠性 速度处理能力 电磁兼容性等方面均受到应用的限制 可靠性要求高 要求在恶劣环境或突然断电的情况下 系统仍然能够正常工作 系统的升级换代与具体产品同步进行 2 嵌入式软件的特征 嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键 软件要求固化存储软件要求固化存储 软件代码高质量和高可靠性软件代码高质量和高可靠性 由于存储空间限制和实时性的要求 对程序的编写和编译工具的质量 要求高 许多应用要求系统软件具有实时处理能力具有实时处理能力 在多任务系统中 对重要性各不相同的任务进行统筹兼 顾的合理调度是保证每个任务技术执行的关键 4 通过查阅资料 你认为嵌入式系统的发展趋势如何 通过查阅资料 你认为嵌入式系统的发展趋势如何 答案 1 开发平台的完备化 开发平台的完备化 2 嵌入式系统的网络化 嵌入式系统的网络化 3 系统集成度和性能指标的提高 系统集成度和性能指标的提高 4 精简系统内核 算法 降低功耗和软硬件成本 精简系统内核 算法 降低功耗和软硬件成本 5 提供友好的多媒体人机界面 提供友好的多媒体人机界面 5 系统的启动通常有两种方式是什么 系统的启动通常有两种方式是什么 答案 系统的启动通常有两种方式 一种是可直接从 Flash 启动 另一种是可将压缩的内在映像文件从 Flash 为节省 Flash 资源 提高速度 中复制 解压到 RAM 再从 RAM 启动 第二章 1 1 冯冯 诺依曼结构与哈佛结构的区别是什么 诺依曼结构与哈佛结构的区别是什么 答案 冯 诺依曼 Von Neumann 结构 也称普林斯顿结构 是一种将程序指令存储器和数据存 储器合并在一起的存储器结构 冯 诺依曼结构的计算机其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存储器的不同物理位置 采用单一的地址和数据总线 程 序指令和数据的宽度相同 哈佛 Harvard 结构是一种将程序指令存储器和数据存储器分开的存储器结构 哈佛结构是 一个并行体系结构 它主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中 即程序存储器和数据 存储器是两个独立的存储器 每个存储器独立编制 独立访问 2 2 CISCCISC 与与 RISCRISC 的区别是什么 的区别是什么 答案 复杂指令计算机 Complex Instruction Set Computer CSIC 精简指令集计算机 Reduced Instruction Set Computer RISC 3 3 CISCCISC 体系结构指令的体系结构指令的 2 2 8 8 规律是什么含义 规律是什么含义 答案 CISC 计算机中 各种指令的使用频率相差悬殊 大量的统计数字表明 大概有 20 的比较简单的指令被反复使用 使用量约占整个程序的 80 而有 80 左右的指令则很少使用 其使用量约占整个程序的 20 4 什么是流水线技术 什么是流水线技术 答案 流水线技术是将一个重复的时序分解成若干个子过程 而每一个子过程都可有效地在其专 用功能段上与其他子过程同时执行 指令的执行过程分解成取指令 分析指令和执行指令 3 个子过程 如果能做到每条指令均分解为 m 个子过程 且每个子过程的执行时间都一样 则利用此条流 水线可将一条指令的执行时间由原来的 T 缩短为 T m 5 5 嵌入式微处理器的结构由哪三部分组成嵌入式微处理器的结构由哪三部分组成 关系是什么 关系是什么 答案 低字节数据存放在内存低地址处 高字节数据存放在内存高地址处 称为小端字节顺序 存储法 高字节数据存放在低地址处 低字节数据存放在高地址处 称为大端字节顺序存储法 嵌入式微处理器是嵌入式硬件系统的核心 通常由 3 大部分组成 控制单元 算术逻辑单元和 寄存器 控制单元控制单元 主要负责取指 译码和取操作数等基本动作 并发送主要的控制指令 控制单元中包 括两个重要的寄存器 程序计数器程序计数器 PC PC 和指令寄存器和指令寄存器 IR IR 程序计数器 程序计数器 用于记录下一条程序指令在内存中的位置 以便控制单元能到正确的内存位置取 指 指令寄存器 指令寄存器 负责存放被控制单元所取的指令 通过译码 产生必要的控制信号送到算术逻辑单 元进行相关的数据处理工作 算术逻辑单元算术逻辑单元 算术逻辑单元分为两部分 算术运算单元算术运算单元 主要处理数值型的数据 进行数学运算 如加 减 乘 除或数值的比较 逻辑运算单元逻辑运算单元 主要处理逻辑运算工作 如 AND OR XOR 或 NOT 等运算 寄存器 寄存器 用于存储暂时性的数据 主要是从存储器中所得到的数据 这些数据被送到算术逻辑 单元中进行处理 和算术逻辑单元中处理好的数据再进行算术逻辑运算或存入到存储器中 6 6 主流的主流的 3232 位嵌入式微处理器系列有哪些 位嵌入式微处理器系列有哪些 答案 目前主流的 32 位嵌入式微处理器系列主要有 ARM 系列 MIPS 系列 PowerPC 系列等 7 7 总线仲裁有哪总线仲裁有哪 3 3 种总线分配的优先级技术 种总线分配的优先级技术 或门与门非门 为了防止多个处理器同时控制总线 就要在总线上设立一个处理上述总线竞争的机构 按优先 级次序 合理地分配资源 这就是总线仲裁问题 用硬件来实现总线分配的逻辑电路称为总线仲裁器 Bus Arbiter 通常有 3 种总线分配的优先级技术 串联 并联和循环 8 8 总线的性能由哪几个方面表示 总线的性能由哪几个方面表示 答案 总线带宽 表示单位时间内 总线所能传输的最大数据量 一般用 M Byte s 表示 总线宽度 通常把一条总线所包括的通信线路的数目的多少称为总线宽度 总线宽度通常有 8 16 32 64 位之分 在总线工作频率一定的条件下 在单位时间内总线传输数据量 与总线宽度成正比 总线的单元时钟频率 对于同步总线 采用统一的时钟脉冲作为总线定时基准 总线的时钟 频率越高 总线上的数据操作越快 总线的负载能力 指总线上可连接模块的最大数目 9 9 异步通信方式中有哪异步通信方式中有哪 3 3 种可能的方式 分别怎样工作 种可能的方式 分别怎样工作 答案 根据握手信号的相互作用 异步通信方式可有非互锁 半互锁和全互锁 3 种可能的方式 在非互锁方式中 发送设备将数据放在总线上 延迟一定时间后发出就绪信号 通知对方数据 已在总线上 接收设备根据这个就绪信号接收数据 并发出应答信号作回答 表示数据已接收 到 发送设备收到应答信号后可以撤销数据 以便进行下一次传输 半互锁方式与非互锁方式类似 只是让就绪信号保持到发送设备接收到应答信号为止 这样解 决了就绪信号的宽度问题 但应答信号的宽度仍难以确定 在全互锁方式中 数据发送设备在发出数据后发出数据准备就绪信号 接收设备在接收到后发 出应答信号 发送设备在收到应答后复位就绪信号 在就绪信号复位后接收设备才复位应答信 号 由于全互锁方式中的就绪信号和应答信号的上升边沿和下降边沿都是触发边沿 因此这种方式 称为四边沿协议 10 10 PLDPLD 电路由哪两种基本的门阵列组成 关系怎样 电路由哪两种基本的门阵列组成 关系怎样 答案 PLD 电路由与门阵列和或门阵列两种基本的门阵列组成 门阵列交叉点上连接有 3 种方式 硬线连接 硬线连接是固定连接 不能用编程加以改变 编程接通 通过编程实现接通的连接 可编程断开 通过编程已使该处连接呈断开状态 11 11 可编程程序门阵列由哪几部分组成 每部分的作用 可编程程序门阵列由哪几部分组成 每部分的作用 答案 可编程程序门阵列 Programmable Gate Array PGA 可编程程序门阵列主要由 4 个部分组成 可编程序逻辑宏单元 CLB 它以阵列形式分布在芯片的中心部位 每个 CLB 由若干个触发器 及一些可编程序组合逻辑部件组成 CLB 可通过编程来实现用户所需的逻辑 可编程序输入输出宏单元 IOB 它排列在 CLB 四周 是芯片内部 CLB 与芯片外部引脚间的可 编程接口 每个 IOB 可进行边沿触发器 锁存器 上拉电阻选择 三态选择等输入输出方式控 制 IOB 也是通过编程来实现所需的输入输出方式控制的 互连资源 它包括可编程的互连开关矩阵 内部长线 总线等 重构逻辑的程序存储器 它以阵列形式分布在整个芯片上 PGA 器件工作时 首先要将用户所 需实现的逻辑以某种程序形式从片外读至 PGA 重构逻辑的程序存储器内 该程序存储器的存储 单元输出直接去控制指定的 CLC 和 IOB 等单元 从而使器件有确定的功能 常把这一过程称为 配置 12 12 差错控制编码的基本思想是什么 差错控制编码的基本思想是什么 答案 差错控制编码的基本思想是 在发送端被传送的信息码序列的基础上 按照一定的规则加入若干 监督码元 后进行 传输 这些加入的码元与原来的信息码序列之间存在着某种确定的约束关系 在接收数据时 检验信息码元与监督码元之间既定的约束关系 如该关系遭到破坏 则 在接受端可以发现传输中的错误 乃至纠正错误 13 13 奇偶校验的原理是什么 可否纠错 奇偶校验的原理是什么 可否纠错 答案 这是一种简单的检错码 其编码规则是先将所要传输的数据码元分组 在分组数据后面附加一 位监督位 使该组码连同监督位在内的码组中的 1 的个数为偶数 称为偶校验 或奇数 称为 奇校验 在接收端按同样的规律检查 如发现不符就说明产生了差错 但是不能确定差错的 具体位置 即不能纠错 这种奇偶校验只能发现单个或奇数个错误 而不能检测出偶数个错误 因而它 的检错能力不强 14 14 海明码是怎样生成的 可否纠错 海明码是怎样生成的 可否纠错 答案 海明码中的全部传输码字是由原来的信息和附加的奇偶校验位组成的 r 个监督关系式能指示一位错 码的 2 1 个可能位置 能纠错 15 15 CRCCRC 是怎样生成的 可否纠错 是怎样生成的 可否纠错 循环冗余校验码 Cyclic Redundancy Check CRC 是一种能力非常强的检错 纠错码 CRC 的基本原理是 在 k 位信息码后再拼接 r 位的校验码 整个编码长度为 n 位 因此 这种编码又叫 n k 码 可得 CRC 码的生成步骤如下 将 x 的最高幂次为 r 的生成多项式 g x 转换成对应的 r 1 位二进制数 将信息码左移 r 位 相当于对应的信息多项式 C x 2r 用生成多项式 二进制数 对信息码做模 2 除 得到 r 位的余数 FCS 帧校验列 将余数拼到信息码左移后空出的位置 得到完整的 CRC 码 例 CRC 码 g x 1011 若接收端收到的码字为 1010111 用 g x 1011 做模 2 除得到一个不 为 0 的余数 100 说明传输有错 将此余数继续补 0 用 g x 1011 作模 2 除 同时让码字循环左移 1010111 做了 4 次后 得到余数为 101 这时码字也循环左移 4 位 变成 1111010 说明出错位已移 到最高位 A7 将最高位 l 取反后变成 0111010 再将它循环左移 3 位 补足 7 次 出错位回到 A3 位 就成为一个正确的码字 1010011 第三章第三章 1 1 嵌入式实时操作系统最主要的特征是什么 嵌入式实时操作系统最主要的特征是什么 答案 嵌入式实时操作系统最主要的特征是性能上的实时性 也就是说 系统的正确性不仅依 赖于计算的逻辑结果 还依赖于结果产生的时间 从这个角度上看 可以把实时系统定义为 一 个能够在指定的或者确定的时间内 实现系统功能和对外部或内部 同步或异步事件做出响应 的系统 2 2 嵌入实时操作系统组成部分主要有哪些 嵌入实时操作系统组成部分主要有哪些 答案 以下几个重要组成部分是不太变化的 实时内核 网络组件 文件系统和图形接口等 3 3 大多数嵌入式操作系统应该提供哪些管理功能 大多数嵌入式操作系统应该提供哪些管理功能 答案 1 多任务管理 所有嵌入式操作系统都是多任务的 目前所说的多任务大都是指多线程 Multi Threads 方式或多进程 Multi 一 Procosses 方式 这两者的运行机制不完全一样 2 存储管理 3 周边资源管理 4 中断管理 4 4 LinuxLinux 操作系统的结构是怎样的 各部分的作用是什么 操作系统的结构是怎样的 各部分的作用是什么 答案 第三章 ppt 第 27 张 5 5 嵌入式操作系统中的进程状态包括哪些 嵌入式操作系统中的进程状态包括哪些 答案答案 嵌入式操作系统中的进程状态有如下嵌入式操作系统中的进程状态有如下 3 3 种 种 运行状态运行状态 Running Running 就绪状态就绪状态 Ready Ready 等待状态等待状态 waitting waitting 6 6 操作系统中的调度程序所采用的调度算法有哪些操作系统中的调度程序所采用的调度算法有哪些 答案答案 一般操作系统中的调度程序所采用的调度算法有 一般操作系统中的调度程序所采用的调度算法有 FCFS FCFS 先来先服务先来先服务 轮询 轮询 Round Robin Round Robin 优先级 优先级 Priority Priority 以及它们的各种组合 以及它们的各种组合 调度程序的调用是由一些特定的事件引起的 这种类型的事件有调度程序的调用是由一些特定的事件引起的 这种类型的事件有 3 3 种 种 进程的创建进程的创建 进程的删除进程的删除 时钟滴答 时钟滴答 7 7 程序与进程的区别是什么 程序与进程的区别是什么 答案 进程和程序是有不同的 一般认为 程序是存储在磁盘上包含可执行机器指令和数据的静态实体 进程是具有一定功能的程序关于一个数据集合的一次运行活动 是处于活动状态的计算机 程序 进程是一个随执行过程不断变化的实体 8 8 LinuxLinux 内核必须完成哪些任务 内核必须完成哪些任务 答案 Linux 内核必须完成下面的一些任务 对文件系统的读写进行管理 把对文件系统的操作映射成对磁盘或其他块设备的操作 管理程序的运行 为程序分配资源 并且处理程序之间的通讯 管理存储器 为程序分配内存 并且管理虚拟内存 管理输入输出 将设备映射成设备文件 管理网络 9 9 LinuxLinux 内核由哪内核由哪 5 5 个主要子系统组成 作用是什么 关系怎样个主要子系统组成 作用是什么 关系怎样 答案 Linux 内核由内存管理 虚拟文件系统 进程调度 进程间通讯和网络接口 网络接口提供对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持 虚拟文件系统可分为逻辑文件系统和设备驱动程序 逻辑文件系统指 Linux 所支持的文 件系统 如 ext2 fat 等 设备驱动程序指为每一种硬件控制器所编写的设备驱动程序模块 内存管理允许多个进程安全地共享主内存区域 进程调度控制着进程对 CPU 的访问 当需要选择下一个进程运行时 由调度程序选择最 值得运行的进程 进程间通讯是支持进程间各种通信机制 各个子系统之间的存在着依赖关系 10 10 进程调度的功能有哪些 进程调度的功能有哪些 答案 进程调度是操作系统的心脏 它的功能是 允许进程建立自己的新拷贝 决定哪一个进程将占用 CPU 发送信号给用户进程 接受中断并把它们发送到合适的内核子进程 管理定时器件 支持动态装入模块 这些模块代表着内核启动后所增加的内核功能 这些可装入的模块将由虚拟 文件系统和网络接口所使用 11 11 内存管理提供的功能有哪些 内存管理提供的功能有哪些 答案 内存管理提供的功能有 扩大地址空间 进程保护 内存映射 公平的物理内存分配 共享虚拟内存 12 12 LinuxLinux 的内核有哪三种类型的设备驱动程序 的内核有哪三种类型的设备驱动程序 答案 Linux 的内核有三种类型的设备驱动程序 字符型 块型和网络型 与文件系统相关的 两类设备是字符型 如磁带 鼠标 和块型设备 如磁盘 第四章 1 图形用户界面系统通常由哪三个基本层次组成 各部分的功能是什么 图形用户界面系统通常由三个基本层次组成 即 显示模型 决定了图形在屏幕上的基本显示方式 不同的图形用户界面 系统所采用的显示模 型各不相同 窗口模型 决定了窗口如何在屏幕上显示 如何改变大小 如何移动及串口的层次关系等 它通常包括两 个部分 即编程工具及如何移动 输出和读取屏幕显示信息的说明 用户模型 用户模型包含了显示和交互的主要特征 因此图形用户界面这一术语有时也仅指用 户模型 它包括两个部分 一是构造用户界面的工具 二是对于如何在平面上组织整个图形对 象 以及这些对象之间如何胶合的说明 2 嵌入式系统的 GUI 基本要求 嵌入式 GUI 就是在嵌入式系统中为特定的硬件设备或环境而设计的图形用户界面系统 还有如下的 基本要求 占用资源少 高性能 高可靠性 可配置 3 Qt E 的窗口系统采用什么体系结构采用什么体系结构 Qt E 的窗口系统采用一种客户 服务器体系结构 4 常见的嵌入式系统的 GUI 有哪些 1 1 Open GUIOpen GUI Open GUI 基于一个用汇编实现的 x86 图形内核 提供了一个高层的 C C 图形 窗口接口 2 2 Mini GUIMini GUI Mini GUI 是 Linux 控制台上运行的 基于 SVGA Lib 和 LinuxThread6 库的多窗口图形用户 界面支持系统 3 3 QT EmbeddedQT Embedded Qt 是 Trolltech 公司的一个产品 是一个多平台的 C 图形用户界面应用程序框架 5 Qt 系统的信号与槽 Signal and Slot 机制 信号 槽是一种高级接口 应用于对象之间的通信 是应用于对象之间的通信 是 QtQt 的核心特性的核心特性 也是 Qt 区别于其他工 具包的重要地方 信号 槽是 Qt 自行定义的一种通信机制 独立与标准的 C C 语言 因此要正确的处理信号和 槽 必须借助于一个称为 MOCMOC Meta Object CompilerMeta Object Compiler 的 的 QtQt 工具工具 该工具是一个 C 预处理程序 它为高层次的事件处理自动生成所需要的附加代码 槽就是一个可以被调用处理特定信号的函数 第五章 1 1 设计基于网络的嵌入式系统的原因有哪些 设计基于网络的嵌入式系统的原因有哪些 1 计算和处理资源的分散性 2 减少处理的数据量 3 模块化设计需求 4 系统可靠性要求 2 2 常用的点到点通信方式有哪些 常用的点到点通信方式有哪些 网络互联的类型主要有两种 点到点通信 通用网络 1 1 半双工方式半双工方式 半双工方式在某一时刻只能允许一个方向的发送 也就是说发送和接收是分时 进行的 2 2 全双工方式 全双工通信方式在任何时刻允许双向通信 3 3 常用的报文传递编程有哪两种 常用的报文传递编程有哪两种 常用的报文传递编程有两种 普通的请求 应答方式和推移方式 4 4 总线系统仲裁机制类型有哪两种 总线系统仲裁机制类型有哪两种 1 固定优先级仲裁 总是以同样的方式给予竞争设备优先级 2 公平仲裁机制 保证没有设备会被 饿死 循环仲裁是最常用的公平仲裁机制 5 5 USBUSB 的系统软件由哪两部分组成 的系统软件由哪两部分组成 USB 的系统软件由两部分组成 通用串行总线驱动器 USB Driver USBD 由 Microsoft 提供而用 USB 器件驱动器实现高级功能 主控制器驱动器 Host Controller Driver HCD 提供到实际硬件 OHCD 开路主控制器驱动器或 UHCD 通用主控制器驱动器 的接口 6 6 现场总线网络所传输的信息有什么特点现场总线网络所传输的信息有什么特点 目前有哪几种现场总线网络与协议在使用目前有哪几种现场总线网络与协议在使用 与常规的计算机网络相比 现场总线网络所传输的信息具有下列特点 1 实时性与时间确定性 2 协议的简单性 3 短帧信息传送 4 信息交换的频繁性和网络负载的均衡性 5 要求网络有较高的安全性 容错能力 6 低成本要求 到目前为止 国际上存在 8 种现场总线标准 分别是 1 FF 总线协议 2 HART 协议 高速可寻址的远程变送器 3 Profibus 协议 4 CANCAN 协议协议 5 P P NETNET 6 Control NetControl Net 7 WorldFIP 法国 Alsthom 公司支持 8 Device NetDevice Net 7 7 FFFF PROFIBUSPROFIBUS HARTHART CANCAN 等总线的网络参考模型有几层 分别是什么等总线的网络参考模型有几层 分别是什么 现场总线采用了 OSI RM 参考模型的体系结构 形成了物理层 数据链路层 应用层组成的 3 层结构模型 在这 3 层结构模型中 对通信能影响最大的是数据链路层协议 8 8 ProfibusProfibus 根据应用特点分哪根据应用特点分哪 3 3 个兼容版本 个兼容版本 Profibus 根据应用特点分为 PROFIBUS DP 工厂自动化 PROPIBUS FMS 通用性自动化 PROPIBUS PA 过程自动化 3 个兼容版本 9 9 嵌入式系统联网主要考虑哪些因素嵌入式系统联网主要考虑哪些因素 1 网络协议所占用的内存 2 硬件资源 3 协议开销 10 10 接入接入 InternetInternet 的方式有哪些 原理是什么的方式有哪些 原理是什么 1 直接接入 Internet 即嵌入式设备直接接入 Internet 嵌入式设备上集成 TCP IP协议栈以及相关的应用软件 这样设备可以作为 Internet 的一个节点 与 Internet 互联 2 通过网关接入 Internet 即采用瘦设备方案 也就是说 嵌入式设备不直接接入 Internet 因此不需要复杂的 TCP IP 协议全集 设备通过网关接入 Internet 11 11 嵌入式嵌入式 TCPTCP IPIP 协议栈与普通协议栈相比 有哪些相同和不同的地方协议栈与普通协议栈相比 有哪些相同和不同的地方 嵌入式 TCP IP 协议栈完成的功能与完整协议栈是相同的 1 嵌入式协议栈的 API 可能与普通的协议栈不同 2 嵌入式协议栈的可裁剪性 普通协议栈使用协议栈的全集 这是因为普通计算机的资源丰富 对于有限资源的嵌入式 系统来说 可裁剪性非常重要 3 嵌入式 TCP IP 协议栈的平台兼容性 一般普通协议栈与操作系统的结合比较紧密 协议栈的