《嵌入式系统应用复习》

1、嵌入式系统应用要点一 基本概念1. 嵌入式系统面向用户、面向产品和面向应用 2I2C标准总线速率达到100kbit/s，I2C总线允许连接多个主控器3蓝牙的一般的链接范围为 10cm 10m，可以扩展到100m 4当前流行的SoC有Cirrus Logic公司的Maverick系列产品EP9312和EP73125ASIC批量概念，嵌入式微处理器常用封装8144个引脚6内嵌控制模块以监控器或纯硬件资源的形式存在，如JTAG和BDM7JTAG (IEEE1149.1)协议来自于计算机板测试行业8射频的频率范围是10kHz100GHz二 名词解释1物理隔离：对小信号低电平的隔离 2硬件调试：使用仿真

2、调试器协助调试过程3DSP：为数字信号处理特别设计的处理器,通常要进行基本的运算4短路功耗：开关时由电源到地形成的通路造成的功耗5光电隔离:割断噪声从一个电路进入另一个电路的通路 6工作接地:为电路工作提供一个公共的电位参考点 7电磁兼容性：电气和电子系统、设备和装置在设定的电磁环境中，在规定的安全界限内以设计的等级或性能运行8软件调试：使用软件调试器调试嵌入式系统软件 9嵌入式编译低功耗优化: 编译器具有分析应用程序行为的能力,可对应用程序的整体结构,按给定的低功耗优化目标进行重新构造 10数据总线隔离：当一对源和负载的数据传送正在进行时,要求所有其它不参与的设备在电性能上必须同数据总线隔离

3、三 论述 1简述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、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。特点：（1）面向特定应用（2）先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。（3）硬件和软件都必须高效率地设计，去除冗余，在具体应用极更具竞争力。（4）嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。（5）嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，升级换代和具体产品同步进行。（6）嵌入式系统本身不具备自开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。2嵌入式处理器的工作温度范围民用处理器温度范围是

4、070; 工业用处理器的温度范围是4085;军用的温度范围是 -55125;航天处理器的温度范围更宽。3 简述DSP特点，简述蓝牙技术的特点DSP特点：1）具有快速计算总和的乘加模块2）支持通过移位操作完成的对位处理。3）独立的地址生成单元。4）专门的硬件来实现循环。蓝牙技术的特点： 适用设备多，最大优点是使众多电信和计算机设备无须电缆就能联网。 工作频段全球通用。工作在2.4GHz ISM频段，在世界范围内都可以自由使用。 使用方便，凡是蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系。 安全加密、抗干扰能力强。 兼空性好，蓝牙技术独立于操作系统。 尺寸小、功耗低。 多路多方向链接。蓝牙

5、无线收发器链接距离可达10m，且可以连接最多7个设备. 4嵌入式实时操作系统VxWorks的特点(1) 微内核结构(2) 微秋季中断处理(3) 高效的任务管理(4) 多任务，具有256优先级(5) 优先抢占和轮转调度(6) 快速、确定的上下文转换(7) 多处理器支持(8) 灵活的任务间通信 5硬件系统的低功耗设计方法综述(1) 选择低功耗的器件;(2) 选用低功耗电路;(3) 单电源、低电压供电;(4) 分区供电降低功耗;(5) 电源管理单元的设计;(6) 降低处理器的时钟频率(7) 动态改变CPU的时钟;(8) 降低持续工作电流6. 软件系统的低功耗设计(1) 编译低功耗优化技术(2) 硬件

6、软件化(3) 减少处理器的工作时间(4) 采用快速算法(5) 通信系统中提高通信的波特率(6) 数据采集系统中尽量降低采集速率(7) 延时程序的设计(8) 软件设计采用中断驱动方式(9) 睡眠方式(10) 静态显示 7简述嵌入式Linux的主要特征 应用于多种硬件平台； Linux可随意配置；源代码可以无偿得到； Linux本身内置网络支持；Linux的高度模块化8 简述单片机系统的接地系统内容接地方法:(1) 单点接地技术(2) 多点接地技术(3) 混和接地(4) 模拟电路接地(5) 数字电路接地(6) 模拟/数字混合电路接地 接地种类:为人身或设备安全目的，把设备的外壳接地，称外壳接地或安

7、全接地；为电路工作提供一个公共的电位参考点，称为工作接地。 接地系统通常有三类接地：(1) 弱信号地:小信号回路、控制回路、逻辑电路以及它们的直流电源等连在一起接(2) 功率地:系统中的继电器、电磁阀以及它们的驱动电源等连在一起构成功率地。这些电路往往功率较大，成为干扰弱信号回路的噪声源。功率地与工作地不可混接。9简述单片机系统的隔离技术内容 (1)物理隔离:物理隔离是指对小信号低电平的隔离。(2)光电隔离:割断两个电路的电联系，割断噪声从一个电路进入另一个电路的通路。光电隔离一般通过光电耦合器实现。10简述嵌入式应用系统低功耗的优点（1）电池驱动的需要（2）安全的需要（3）解决电磁干扰 （4

8、）节能的需要四 计算 1假设有四个ROM的字节：68H，49H，D5H，B6H和4CH 计算检查和字节，并检测五个ROM的字节有无出错 假如第二字节49H变为4BH，演示检查和如何检测错误 解： （1）68H+49H+D5H+B6H+4CH=288H（计算方法为转换为二进制或直接用十六进制）288H去掉最高位得到88H，然后按位求补 =78H，所以 checksum=78H.68H+49H+D5H+B6H+4CH+78H=300H去掉最高位得0，所以无出错。（2）68H+4BH+D5H+B6H+4CH+78H=302H去掉最高位不得0，所以出错。 2假设被校验的数据信息代码M（x）=1010，

9、生成多项式G（x）= 1001： 计算校验位，写出CRC码 若校验位最高位变为1，请演示校验过程解:(1) G(X)=1001，共4位，又 r+1=4 r=3 M(X)= 1001 1100 1001 1010 1001 0011（余数为后三位） 余数为011 CRC= M(X)+011= /1001 余数为0 (得到结果方法如上所示),因为余数为0，所以无错。(2) - / 1001 余数为100 ，所以出错。 3将十进制数55.75转换为等值的十六进制形式的IEEE754单精度浮点数 S e m 占1位 占8位 占23位模型 (127=)=425F0000H嵌入式系统应用复习大纲CH1 嵌

10、入式系统概述1基本概念定义：嵌入式系统是以应用为中心、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。嵌入式系统的硬件包括嵌入式处理器/控制器/数字信号处理器、存储器及外设器件、输入输出（I/O）端口、图形控制器、机电一体化装置、微机电系统等嵌入式系统的软件部分包括操作系统软件、应用程序。嵌入式操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用，应用软件控制着系统的运作和行为。2嵌入式处系统的特点（1）面向特定应用（2）先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。（3）硬件和软件都必须高效率地设计，去除冗余，在具体应用

11、极更具竞争力。（4）嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。（5）嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，升级换代和具体产品同步进行。（6）嵌入式系统本身不具备自开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。3嵌入式微处理器一般具有以下4个特点：（1）对实时多作务有很强的支持能力，且有较短的中断响应时间（2）具有功能很强的存储区保护功能。（3）可扩展的处理器结构，能最迅速地扩展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。（4）嵌入式微处理器功耗很低。4EOS最基本功能：任务调度、同步控制、中断处理、文件功能；EOS的特点：（1）支持尽量多的硬件平台；（2）占有更少的硬件资源；（3）高可靠性

12、；（4）支持TCP/IP协议，协议栈可裁剪；（5）友好高效的GUI；（6）实时性能；（7）可裁剪性，例如设计成微内核结构和模块化结构。5嵌入式系统具有重要的共性：（1）嵌入式处理器具有微处理器的共同点。（2）嵌入式处理器由通用处理器内核加上外部设备组成。（3）嵌入式软件开发人员需要关心硬件的细节。（4）掌握TCP/IP协议的实现细节具有额外的优势，因为网络功能将成为一种共性。（5）软件开发在内核层编程，需要了解操作系统的调用细节。（6）嵌入式系统的开发人员特别是系统/产吕的设计师，必须掌握硬软件的综合知识。（7）嵌入式系统的软件开发人员需要掌握多种嵌入式操作系统的用法。6嵌入式系统的发展（1）

13、开发平台的完备化（2）嵌入式系统的网络化：集成网络接口；嵌入式设备应用于网络环境。（3）系统的集成度的提高和性能指标的提高（4）友好的人机界面CH2 嵌入式系统开发过程1硬件设计:包括电路模块设计、采购元器件、电路板的设计、仿真、分析、实现、测试等过程2软件系统的设计:包括需求分析、总体设计、模块划分、模块设计、数据字典设计、软件编码、调试、测试等一系列过程。3需求分析阶段：包括：分析用户的需求，初步确定硬件和软件、检查需求分析的结果、确定项目的约束条件、概要设计。4系统分析阶段需要考虑的项目：（1）处理器：标明处理器的速度和处理器总线的速度（吞吐量）。（2）总线吞吐量（3）操作系统：确定实时

14、/非实时系统；选择商用操作系统还是源码开放的免费系统。（4）编程语言：多用C语言，或C语言与汇编语言的混合；Java、嵌入式C+。（5）第三方软件或库函数。（6）第三方硬件：设计嵌入式系统硬件通常有两种方法：自己设计；使用第三方硬件模块：缩短开发时间。5系统结构模型分成硬件和软件部分硬件的设计过程：（1）功能设计（2）结构化设计（3）物理设计与实现软件设计实现过程：（1）功能分析和设计（2）软件模块划分（3）模块开发与实现 6嵌入式系统的软件开发过程（1）建立交叉开发环境；（2）交叉编译和连接；（3）重定位和下载（4）联机调试： 软件调试：使用软件调试器调试嵌入式系统软件；硬件调试：使用仿真调

15、试器协助调试过程。CH3.嵌入式处理器1. 嵌入式处理器特点：（1）处理器内核（2）地址总线（3）数据总线（4）控制类总线（5）处理器本身的辅助支持电路，如时钟、复位电路等 （6）片上I/O接口电路。2. 嵌入式通用计算机特点（1）计算机内核的成本低（2）省掉了嵌入式计算机的成本（3）可靠性较高（4）易于升级（5）开发成本低，使用通用计算机上的开发软件包。3. 嵌入式微处理器特点:（1）需要扩展（2）处理能力一般大于微控制器（3）寻址能力大于微控制器（4）一般适合于高端应用（5）型号多（6）通用性强。4. DSP:为数字信号处理设计的处理器，通常进行基本的运算，包括滤波、域变换。DSP特点：1

16、）具有快速计算总和的乘加模块2）支持通过移位操作完成的对位处理。3）独立的地址生成单元。4）专门的硬件来实现循环。5. 可编程器件的最大优点:提高电路集成度; 减少电路板面积; 增加系统可靠性。采用可编程器件考虑的因素：（1）成本（2）速度（3）未来的流片6. 嵌入式处理器的工作温度范围民用处理器温度范围是070; 工业用处理器的温度范围是4085;军用的温度范围是 -55125;航天处理器的温度范围更宽。7.典型的嵌入式处理器:MicrochipPhilips51LPC系列MotorolaIntel MCS-8051ATMELIntel 80C186PowerPCARM方舟系列和龙芯系列8.

17、选择嵌入式处理器的具体方法:够用原则成本原则参数选择9.嵌入式CPU子系统的设计设计原则:复用原则模块化原则标准化原则10微控制器的支持电路包括：（1）电源、地、电源滤波;（2）时钟电路，包括石英晶体、电容等。（3）复位电路，LPC系列的微控制器可以内部复位。CH4. 嵌入式系统的存储器 1.嵌入式存储器系统的设计方法(1)使用存储密度比较大的存储器芯片 (2)功耗 (3)存储器容量与软件大小相匹配 (4)设计成模块结构 (5) 存储器通常与系统主板设计在一起2. 存储器测试的顺序：测试数据总线；测试地址总线；测试存储器件。3. ROM校验和的计算: 假设有五个ROM的字节：46H，25H，6

18、2H，3FH和52H,请计算检查和字节，并检测五个ROM的字节有无出错 4. 循环冗余码的计算:101010015. 系统配置数据存储器的特点：(1)非易失性(2) 访问的方便性(3)使用NVRAM CH5 嵌入式系统的I/O模块复位电路的形式: 阻容复位电路手动复位电路看门狗复位专用复位电路CH6. 嵌入式软件系统1.开发嵌入式系统的软件必须考虑的问题：(1) 嵌入式操作系统(2) 操作系统与应用软件的集成(3) 软件的结构:整个程序的结构应该是无限循环(4)硬件的支持、操作系统的支持、程序的功能初始化和引导等诸多方面(5) 嵌入式系统的软件可能没有操作系统，在裸机上直接开发2. 嵌入式系统

19、软件组成(1) 初始化引导代码(2) 板级支持包(3) 嵌入式操作系统(4) 网络协议栈(5) 图形用户界面(6) 应用软件3.板级支持包初始化系统:包括硬件配置寄存器、存储器配置、OS的I/O参数配置4. 嵌入式OS运行的必要条件：ROM空间RAM空间定时器中断堆栈5.无操作系统的嵌入式系统设计方法:前后台系统;中断(事件)驱动系统巡回服务系统;基于定时器的巡回服务方式6. 移植嵌入式系统应用软件的条件:(1) 应用软件是层次化设计的。(2) 应用软件是模块化设计的。(3) 最好需要有应用软件的源代码。7. 可移植应用软件的设计思想：与操作系统的无关性 与OS紧密相关部分单独在一个文件中实现

20、。代码尽量作用标准C语言实现。8.可移植应用软件的设计原则层次化模块化层次化与模块化的结合CH7 嵌入式操作系统1. RTOS的功能：任务管理任务间同步和通令存储器优化管理实时时钟服务中断管理服务2. RTOS的关键性指标：进程管理、任务调度、内存管理、任务通信、内存开销、任务切换时间和最大中断禁止时间3. 嵌入式实时操作系统VxWorks的特点(1) 微内核结构(2) 微秋季中断处理(3) 高效的任务管理(4) 多任务，具有256优先级(5) 优先抢占和轮转调度(6) 快速、确定的上下文转换(7) 多处理器支持(8) 灵活的任务间通信 4. 嵌入式实时操作系统C/OS的特点： 可固化； 可裁

21、减； 占先式； 多任务 可确定性； 中断管理； 稳定性与可靠性5. 嵌入式Linux的主要特征 应用于多种硬件平台； Linux可随意配置；源代码可以无偿得到； Linux本身内置网络支持；Linux的高度模块化6. Windows CE与Windows 桌面操作系统的区别不运行现有的应用程序有严格的内存限制精简的运行库和API Windows CE设备通常没有鼠标 硬件并不十分标准化7. Windows CE的特征： 核心操作系统特性； 网络特性； 通信特性； 数据库特性CH8. 嵌入式网络与协议栈 1.设计基于网络的嵌入式系统的原因： 计算和处理资源的分散性； 减少处理的数据量； 模块公设

22、计需求； 系统可靠性要求2. 基于网络的设计过程通信分析系统性能分析考虑网络中的优先级倒置硬件平台设计、分配与调度3. 常用的网络技术中PCI方案的特点理论上高达256个PCI功能器件可挂到PCI总线，一般每个总线用48个器件.4.蓝牙技术的特点 适用设备多，最大优点是使众多电信和计算机设备无须电缆就能联网。 工作频段全球通用。工作在2.4GHz ISM频段，在世界范围内都可以自由使用。 使用方便，凡是蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系。 安全加密、抗干扰能力强。 兼空性好，蓝牙技术独立于操作系统。 尺寸小、功耗低。 多路多方向链接。蓝牙无线收发器链接距离可达10m，且可以连

23、接最多7个设备. 5. I2C总线的特点:总线的数据传送由主设备控制;总线的时钟线和数据线是双向的;接到总线接口的器件有唯一地址;总线允许连接多个CPU;不同速度的设备可接在同一个I2C总线;连接到I2C总线的器件自身电源可独立;所有带I2C总线接口的器件都有应答功能;I2C总线有严格的规范.CH10 案例分析 1. PDA硬件组成:（1）嵌入式处理器;（2）内存：包括RAM和Flash;（3）液晶显示器;（4）输入：大多采用触摸屏和手写笔输入相结合方式;（5）通信功能;（6）网络功能2.基于ARM7的GPS接收机的组成：导航信号接收单元：负责卫星导航信号的接收数据处理单元：处理导航数据；数据

24、存储单元：导航数据的存储。3. 水表智能抄表系统的抄表手机组成：（1）键盘输入（2）大屏幕LCD点阵显示：良好的人机对话界面。（3）16MBFlash（4）3个接口：2个RS-232接口，1个USB接口。4. 信息家电的特点（1）处理器趋向低成本、高集成度与低功耗。（2）整合数字与模拟处理的技术。（3）较PC更强调通信能力。（4）利用软件增加产品差异性。（5）应用领域的不断扩大。（6）新市场、新产品的不断涌现。；CH11 嵌入式计算机的功耗问题 1.低功耗嵌入式应用系统的特点：（1）体积小、质量轻、便于携带；（2）采用低功耗电路的设计方法。（3）各种电池（瓶）就成为其主要供电手段；（4）采用L

25、CD液晶显示器。（5）采用RS-232C串行通信接口；（6）通常这些系统不配备打印机。（7）采用微功耗、高抗干扰的CMOS集成电路。2 嵌入式应用低功耗的优点（1）电池驱动的需要（2）安全的需要（3）解决电磁干扰 （4）节能的需要3.与系统功耗有关的因素: 系统的性能指标、负载能力、被处理信号的工作频率、电路的工作频率、电源的管理水平、零部件的性能、散热条件、接口的物理性能等4. 系统功耗组成：包括开关功耗、短路功耗、静态功耗、漏电流功耗。5.降低功耗措施：动态电源管理、动态电压缩放、低功耗硬件设计、低耗能软件设计。6.低功耗硬件设计：（1）选择抵功耗的处理器。（2）选择低功耗的外部器件。7.

26、 硬件系统的低功耗设计方法综述(1) 选择低功耗的器件;(2) 选用低功耗电路;(3) 单电源、低电压供电;(4) 分区供电降低功耗;(5) 电源管理单元的设计;(6) 降低处理器的时钟频率(7) 动态改变CPU的时钟;(8) 降低持续工作电流8. 软件系统的低功耗设计(1) 编译低功耗优化技术(2) 硬件软件化(3) 减少处理器的工作时间(4) 采用快速算法(5) 通信系统中提高通信的波特率(6) 数据采集系统中尽量降低采集速率(7) 延时程序的设计(8) 软件设计采用中断驱动方式(9) 睡眠方式(10) 静态显示CH12 电磁兼容性问题1. 电磁兼容的定义：电磁兼容是一种能力，它在其电磁环

27、境中能完成它的功能，而不至于在其环境中产生不能容忍的干扰。电磁兼容的电子产品有下列两点要求；（1）系统本身抗电磁干扰能力强，不易受到外界电磁辐射信号的干扰。（2）系统本身不应成为一个噪声源，产生对其他仪器、设备的电磁干扰。电磁兼容性设计问题是抑制电磁干扰和提高抗干扰能力的过程。2 常见的电磁兼容性问题: (1) 射频干扰(2) 静电放电(3) 电力干扰(4) 自兼容性3.降低PCB走线的天线效应采取的措施：（1）降低电路功率;（2）减少PCB走线的长度;（3）对辐射电路或元件采用屏蔽措施。抑制电磁干扰的技术措施：屏蔽、接地、滤波、去耦、适当布局和布线、绝缘与分离、电路阻抗匹配控制。4 提高电磁兼容性的措施:(1) 消