嵌入式第一章课后习题

第一章第一章 1 什么是嵌入式系统 有何特点 什么是嵌入式系统 有何特点 答 嵌入式系统的概念有很多种 在嵌入式系统领域中比较认同的嵌入式系统的概念 是 嵌入式系统是以应用为中心 以计算机技术为基础 并且软硬件可裁剪 适用于应用 系统对功能 可靠性 成本 体积 功耗有严格要求的专用计算机系统 嵌入式系统的特点 嵌入式系统是将先进的计算机技术 半导体技术以及电子技术与各个行业的具体应 用相结合的产物 这一点就决定了它必然是一个技术密集 资金密集 高度分散 不断创 新的知识集成系统 系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置中 系统资源相对有限 所以内核较之传统的操作系统要小得多 专用性强 系统精简 系统软件 OS 要求具有高实时性 嵌入式软件开发要走向标准化 需要使用多任务的操作系统 嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力 2 嵌入式系统可以分为几层 每一层各完成哪些功能 嵌入式系统可以分为几层 每一层各完成哪些功能 答 嵌入式系统由硬件层 中间层 软件层和功能层组成 硬件层 以嵌入式微处理器为核心 存储器用以存储数据和执行代码 相关的设备接 口和 I O 接口 这些组成了一个嵌入式系统的基础 实现逻辑运算 算术运算等 中间层 将系统上层软件和底层硬件进行分离 封装成标准的接口 在上层软件开发 人员无需知道底层硬件的具体情况 完成的任务是底层硬件的初始化 数据的输入 输出操 作 硬件的配置等功能 软件层 主要由 RTOS 文件系统 图形用户接口 网络系统和通用的组件模块组成 是软件开发的基础 功能层 用来完成被控对象的控制功能 3 嵌入式系统中硬件抽象层有什么特点 嵌入式系统中硬件抽象层有什么特点 答 硬件抽象层是介于硬件层与软件层之间的中间层 它将系统上层软件与底层硬 件分离开来 具有以下两个特点 硬件相关性 因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性 而作为上层软件与 硬件平台之间的接口 硬件抽象层需要为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法 操作系统相关性 不同的操作系统具有各自的软件层次结构 因此 不同的操作系 统具有特定的硬件接口形式 4 简述嵌入式处理器的硬件组成 简述嵌入式处理器的硬件组成 答 随着集成电路集成度的不断提高 嵌入式系统板级的硬件电路模块也越来越多 的集成到芯片内部 目前处理器芯片内部的电路模块组成如下 处理器内核 以 CPU 为核心 有的还包含 MMU 存储器管理单元 Cache 高 速缓存 ICE 在线仿真 等电路模块 DSP 协处理器 对于多媒体处理的处理器 内部一般有 DSP 数字信号处理 浮 点运算 图像加速等协处理器 RAM ROM 在单片机处理器中 处理器芯片内部一般集成了 ROM 只读存储器 和 RAM 可读可写存储器 处理器内部控制电路 如 PLL 锁相环 复位 DMA 直接存储器存取 中断 控制器 低功耗控制 看门狗等电路 芯片内部接口电路 如 GPIO 通用输入 输出 接口 I2C 双向两线制的串行 总线 接口 IIS 音频总线 接口 SPI 串行外设接口 USB 通用串行总线 接口 LCD 液晶显示 接口 ADC DAC 模数 数模转换 UART 通用异步收发器 IrDA 红外接口 CAN 控制器局域网络 总线接口 以太网接口 Timer RTC 定时器 计数器 接口等电路模块 5 嵌入式处理器分那几类 它们有何特点 嵌入式处理器分那几类 它们有何特点 答 嵌入式微处理器 特点 处理能力强 具有较高的性能 价格也相应较高 嵌入式微控制器 特点 主要用于嵌入式体统工业的主流 跟嵌入式微处理器相比 微控制器的最大特点是单片化 体积大大减小 从而使功耗和成本下降 可靠性提高 并 且价格低廉 功能优良 拥有的品种和数量最多 嵌入式 DSP 处理器 特点 DSP 处理器是专门用于信号处理方面的处理器 在系 统结构和指令算法方面进行了特殊设计 具有很高的编译效率和指令的执行速度 SoC 片上系统 特点 实现了软硬件无缝结合 直接在处理器片内嵌入操作系统 的代码模块 具有极高的综合性 在一个硅片内部运用 VHDL 等硬件描述语言 实现一个复 杂的系统 绝大部分系统构件在系统内部 系统简洁 减少了系统的体积和功耗 提高了 系统的可靠性跟设计生产效率 6 分析目前市场上常用的几种嵌入式处理器 说明不同嵌入式处理器分析目前市场上常用的几种嵌入式处理器 说明不同嵌入式处理器的各自特点 的各自特点 答 目前市场上常用的嵌入式处理器有 MCS51 单片机 ARM 处理器 MIPS 处理 器 PowerPC 处理器 MC68000 处理器 X86 处理器等 MCS51 的特点是 8 位 CPU 片内振荡器 4KB ROM 128KB RAM 21 个特殊功能寄 存器 32 根 I O 总线 片外可寻找范围分别为 64KB 的外部程序和数据 两个 16 位的定时 计数器 一个全双工串口接口 中断结构分为两级优先级 5 个中断源 适于按位逻辑运 算的处理器 ARM 处理器的特点是 体积小 功耗低 成本低 高性能 支持 16 32 位双指令集 在全球有众多合作伙伴 MIPS 处理器的特点是 高性能 高档次的处理器 有 32 位和 64 位的处理器 简化 硬件设计 强调软硬件协同提高性能 PowerPC 处理器特点 具有优异的性能 低能量消耗 低散热量 MC68000 处理器 是一个 16 32 位的 CISC 处理器 采用 32 位总线和寄存器 这个结 构对之后的 32 为产品保持兼容 X86 处理器的特点 可变指令长度的 CISC 处理器 允许不对齐访问存储器 7 举例说明嵌入式处理器的性能指标 并分析对嵌入式系统的影响 举例说明嵌入式处理器的性能指标 并分析对嵌入式系统的影响 答 性能指标主要有主频 处理器字长 数据通路速度 运算速度 高速缓存和处 理器的系统架构 主频 执行每条指令的时钟周期数一定 主频越高单位时间内执行的指 令越多 处理器字长 处理器内部数据运算的基本位数 反映的是计算精度 以及单次处 理数据的总长度 数据通路速度 读取指令数据传输计算数据的速度越高 处理器性能越 好 运算速度 用 MIPS 每秒执行多少百万条指令 表示 MIPS 越大 说明运算速度越 快 高速缓存 突破主存访问速度的瓶颈 提高处理器的综合性能 8 简述你对嵌入式操作系统的认识 分析嵌入式操作系统有哪些特点 简述你对嵌入式操作系统的认识 分析嵌入式操作系统有哪些特点 答 嵌入式操作系统 EOS 是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件 它是嵌入式 系统 包括软硬件系统 极为重要的组成部分 通常包括与硬件相关的底层驱动软件 系 统内核 设备驱动接口 通信协议 图形界面 标准化浏览器等 EOS 是相对于一般操作系统而言的 它除具备了一般操作系统最基本的功能 如 任务调度 同步机制 中断处理 文件功能等之外 还有以下特点 可装卸性 开放性 可伸缩性的体系结构 强实时性 EOS 实时性一般较强 可用于各种控制系统中 统一的接口 提供各种设备驱动接口 操作方便 简单 提供友好的图形 GUI 追求易学易用 提供强大的网络功能 支持 TCP IP 协议及其他协议 提供 TCP UDP IP PPP 协议 支持及统一的 MAC 访问层接口 为各种移动计算设备预留接口 强稳定性 弱交互性 固化代码 更好地硬件适应性 也就是良好的移植性 9 试分析实时操作系统中可抢占型和不可抢占型有何区别 并举例说明 试分析实时操作系统中可抢占型和不可抢占型有何区别 并举例说明 答 实时操作系统可分为可抢占型和不可抢占型两类 对于基于优先级的系统而言 可抢占型的实时操作系统是指内核可以抢占正在运行任务的 CPU 使用权并将使用权交给进 入就绪态的优先级更高的任务 是内核抢了 CPU 让别的任务运行 不可抢占型实时操作系 统使用某种算法以决定让某个任务运行后 就把 CPU 的控制权完全交给该任务 直到它主 动将 CPU 控制权还回来 比如嵌入式操作系统 uC OS 可以根据优先级进行抢占使用 CPU 优先级高的任务可 以比优先级低的任务优先使用 CPU 10 简述嵌入式系统简述嵌入式系统的开发过程 的开发过程 答 嵌入式系统的开发过程可以分为需求分析 建立开发环境 体系结构设计 软 件 硬件设计 系统集成和系统优化与测试 6 个阶段 如果设计的流程是从需求分析开始 然后是建立开发环境 依次进行 最后是系统优化与测试 那么就叫做自上而下的设计流 程 反之就叫做自下而上的设计流程 所有的嵌入式系统设计不可避免的设计这六个阶段 更重要的是找到一个好的设计方法 目前一种比较好的设计方法是采用计算机辅助设计工 具 11 简述简述在线仿真器在线仿真器 ICE 和在线调试器和在线调试器 ICD 有何区别 有何区别 答 在线仿真器 ICE 是一种模拟 CPU 的设备 能执行 CPU 的全部动作 采用该方 式调试时 利用仿真头代替目标板上的 CPU 可以完全仿真 CPU 的行为 在线调试器 ICD 是将 CPU 的调试功能的引脚引出来 让外部的硬件直接连接到 这些引脚上去监控整个 CPU 的动作 12 试分析嵌入式系统测试中的纯软件测试过程 举例说明实现方法 试分析嵌入式系统测试中的纯软件测试过程 举例说明