嵌入式系统概论考试要点.doc

一：嵌入式系统 1.什么是嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁减的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。2. 嵌入式系统的特点（1）嵌入性：适合宿主，尺寸小，低功耗（2）实时性（3）专用性3.组成部分嵌入式系统应该包括硬件（微处理器、微控制器、DSP,时钟，中断控制器，各种I/O，显示设备，嵌入式处理器，各种类型存储器，模拟电路及电源，接口控制器及接插件），软件（操作系统或无，协议栈，应用程序） 4.有什么应用手机、可视电话、数码相机、摄像机、机顶盒、路由器、数控设备或仪表、医疗仪器、航天航空设备等二：嵌入式处理器1. 什么是嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。 2. 特点（1） 继承了整个PC机时期的技术成就；（2）种类多；（3）面向应用的专用芯片；（4）新技术的不断应用；（5）使用寿命长；（6）低功耗、低电压3. 嵌入式系统的软件结构实时操作系统（RTOS） ； 协议栈（Protocol Stack） ； 应用程序（Application）4. 什么是指令系统指令：一般含义:指明要执行的操作以及操作的对象.指令系统：CPU依靠指令来计算和控制系统 ； CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统 ； 指令系统指CPU能识别和执行的所有指令集合 5. CISC:Complex Instruction Set Computer 分析每一条指令之后执行一系列初级指令运算来完成所需的功能，这种设计的型式被称为复杂指令集计算机(CISC)结构一般CISC计算机所含的指令数目至少300条以上，有的甚至超过500条6. RICS:Reduced Instruction Set Computer 指令系统只包含那些使用频率很高的少量指令； 提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言 ； 按照这个原则发展而成的计算机被称为精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer-RISC)结构简称RISC三：嵌入式存储系统1. 层次：存储器主要有：触发器（Flip-Flops and Latches）、寄存器（Register Files）、静态随机访问存储器（SRAM）、动态随机访问存储器（DRAM）、闪速存储器（flash）、磁盘（Magnetic Disk）等 速递递减，价格递减。2. 存储器层次结构的特性 第一、就是数据的包含性，即上层的数据，在下一层中都能找到。第二、下层存储器将自己的地址映射到高层的存储器。3.RAM：random access memory 随机存取存储器 ，包括SRAM(静态)和DRAM(动态)，SRAM速度快，价格贵，一般用在小容量的存储系统中，DRAM价格便宜，但需要定时刷新点路，一般用在大容量的存储系统中。4.ROM：read only memory 只读存储器,在一般情况下只能读出所存信息，而不能重新写入。信息的写入是通过工厂的制造环节或采用特殊的编程方法进行的。信息一旦写入，就能长期保存，掉电亦不丢失.五个种类:掩模式(Masked)ROM,可编程(Programmable)ROM,可擦除(Erasable)PROM，电可擦除(Electrically Erasable)PROM，闪存(Flash memory).4.cache普遍在CPU与常规主存储器之间增设了一级或两级高速小容量存储器，称之为高速缓冲存储器(Cache) 四：ARM1. Advanced RISC Machines是一个公司的名字，也是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字，2. 应用领域工业控制领域 ； 网络应用 ； 消费类电子产品 ； 成像和安全产品3. 特点:低功耗、低成本、高性能4. ARM微处理器的工作状态(1)ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令；(2)Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。5.状态切换方法:ARM指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态的指令，并可在两种工作状态之间切换;在开始执行代码时，应该处于ARM状态;具体方法为改变状态寄存器中相应位的值进入Thumb状态: 当操作数寄存器的状态位为1时，可以采用执行BX指令的方法，使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态。当处理器处于Thumb状态时发生异常（如IRQ、FIQ、Undef、Abort、SWI等），则异常处理返回时，自动切换到Thumb状态。切换到ARM状态: 当操作数寄存器的状态位为0时，执行BX指令时可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。在处理器进行异常处理时，把PC指针放入异常模式链接寄存器中，并从异常向量地址开始执行程序，也可以使处理器切换到ARM状态。6. 大小端：ARM体系结构可以用两种方法存储字数据，称之为大端格式和小端格式 。 大：在这种格式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中； 小：与大端存储格式相反，在小端存储格式中，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。7. RAM状态下的寄存器组织37个32位寄存器： 31个为通用寄存器 包括R0R15，未分组寄存器R0R7，分组寄存器R8R14，程序计数器PC(R15) ； 6个状态寄存器， 1个当前状态寄存器CSPR， 5个备份状态寄存器SPSR_模式8. 程序状态寄存器 ： 保存ALU中的当前操作信息； 控制允许和禁止中断 ；设置处理器的运行模式。状态寄存器的低8位（I、F、T和M4：0）称为控制位；中断禁止位I、F：I=1 禁止IRQ中断;F=1 禁止FIQ中断。T标志位：该位反映处理器的运行状态ARM体系结构v5及以上的版本的T系列处理器，当该位为1时，程序运行于Thumb状态，否则运行于ARM状态。ARM体系结构v5及以上的版本的非T系列处理器，当该位为1时，执行下一条指令以引起为定义的指令异常；当该位为0时，表示运行于ARM状态。运行模式位M4：0是模式位，决定处理器的运行模式五:指令系统1.ARM处理器具有9种基本寻址方式。1.寄存器寻址；2.立即寻址；3.寄存器移位寻址；4.寄存器间接寻址；5.基址寻址；6.多寄存器寻址；7.堆栈寻址；8.块拷贝寻址；9.相对寻址。六:RTOS1. 什么是RTOS：Real Time Operating System 实时操作系统，能支持实时控制系统工作的一种嵌入式操作系统。它的首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率。2. 实时系统分类硬实时,系统运行有一个刚性的，严格可控的时间限制，,如导弹控制系统软实时,系统的时限是一个柔性灵活的，可以容忍偶然的超时错误。失败造成的后果并不严重，仅仅是降低了系统的吞吐量。如视频会议系统。3. 实时系统的组成:硬件平台; 操作系统; 设备驱动程序 ;中断处理程序; 应用程序接口; 上层应用软件4.RTOS组成：内核；嵌入式网络系统；嵌入式式文件系统等5.RTOS分类:(1) VxWorks,Windows CE,ROS33:一般功能稳定，可靠，有完善的技术支持和售后服务，辅助工具比较齐全.价格较高。(2)RTLinux,uCLinux,uC/OS: 价格便宜和源代码获得简单，缺点是功能简单，技术支持差，系统稳定性相对较弱(3)SymbianOS，PalmOS，Smartphone2003，Embedded Linux:面向智能手机的嵌入式实时操作系统.(4)WindowsCE，Inferno。将个人计算机上的操作系统向下移植形成的，经过长期运行考验，技术比较成熟(5)VxWorks，QNX等,专门设计研制的，,针对一些固定的应用领域，较多应用在对系统可靠性和实时性要求很高的军用产品和工业控制领域。七:GPIO: General Purpose Input Output (通用输入/输出)简称为GPIO，或总线扩展器，利用工业标准I2C、SMBus或SPI接口简化了I/O口的扩展。当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能。 八：中断1. 中断是指计算机在执行某一程序的过程中, 由于计算机系统内、 外的某种原因, 而必须中止原程序的执行, 转去执行相应的处理程序, 待处理结束之后, 再回来继续执行被中止的原程序的过程。中断是CPU被动的响应外设要求服务。2. 可屏蔽中断和不可屏蔽中断 （断电）3. 中断检测在每条指令结束时进行，检测是否有中断请求或是否满足异常条件。中断响应是由处理器内部硬件完成的中断序列，而不是由程序执行的。中断处理：执行中断服务程序。4.5. 中断处理流程（1）中断入口地址设置：中断例程地址设