嵌入式系统导论简答题

1、简答题（每题6分，共30分）1. 何谓嵌入式系统件例说明嵌入式系统的主要应用领域范围。【要点】（1）嵌入式系统定义根据IEEE的定义，嵌入式系统是 控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装 置”。当前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、 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）嵌入式系统的主要应用领域工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人2. 比较CISC与RISC两种架构，简述二者的异同点。【要点】嵌入式微处理器采用的指令系统有精简指令集系统（RISC）和

2、复杂指令集系统（CISC）o传统的CISC注重的是强化指令功能，减少程序的指令条数,以达到提高性能的目的。 RISC是将页点放在如何使计算机的结构史加简单合理地提高运算谏度. 而不是单纯 地减少指令。它会优先选取使用频率最高的简单指令，一避免复杂指令;一周定指令长.一一. 度，减少指令格一式和寻址方式种类;一简化译码指令格式；.一一在单周期内完成指令.笠。一.一.RISC架构与CISC架构器相比较，其差异处如下：申 使用相当少的指令类型及寻址模式俗微程控尽量采用软件架构实现中在单一执行的周期内完成指令中微处理器中拥有更多的寄存器中使用最佳化的程序代码编译分 微处理器的内存存取主要是用丁指令的加

3、载及存储事简易的译码指令格式争高度并行化处理3. 比较板级支持包（BSP）与通用计算机的基本输入输出系统（BIOS）的异同点。 板级支持包是介丁主板硬件和操作系统驱动层程序之间的层。一般认为它届丁操作系统的一部分，主要是实现对操作系统的支持，为上层的驱动程序提供访问硬件设 备寄存器的函数包，使之能与硬件主板更好地运行。BSP主要做的工作是系统初始化和硬件相关的设备驱动。具有 操作系统相关性、硬件相关性的特点。在系统启动之初，BSP所做的工作类似丁通用计算机的 BIOS,也是负责系统加电、 初始化各种设备、装入操作系统。BSP与BIOS的主要区别有以下几个方面。(1) BSP是与操作系统相适应的

4、，但是 BIOS却是和所在的主板相适应的。也就是 说，BSP主要是为了让硬件支持某种嵌入式操作系统， BIOS是为了所有操作系统都 能够在其所在的硬件上正常工作。(2) 开发软件人员可以对BSP做一定的修改，加入自己想加入的一些东西(比如各类驱动程序甚至一些应用程序)，但BIOS一股不能更改，开发人员只能对其进行升 级或者更改配置的操作。相对来讲，嵌入式开发人员对于BSP的自主性更大。(3) 一个BSP对应一个硬件和一个嵌入式操作系统， 即同一个处理器可能对应多个BSP,同一个嵌入式操作系统针对不同的处理器也需要不同的BSP。一个BIOS是对应一个硬件和多个操作系统，也就是说，BIOS对应于一

5、定条件下的硬件，跟操作系 统无关。4. 简述嵌入式系统软硬件协同设计与传统的嵌入式系统设计的基本过程。【要点】嵌入式系统软硬件协同设计 始终将待设计的系统硬件与软件同时考虑与权衡，以利 于系统的整体性能优化。设计流程总体上可分为几个阶段：系统描述、软硬件划分、 协同综合、协同仿真与验证，最后系统集成。软硬件协同设计还强调利用现有资源， 即重用构件和IP核。传统的嵌入式系统开发方法 缺乏统一的软硬件协同表示方法。 在实际的设计过程中， 通常采用硬件优先的原则”，因此导致设计周期可能很长。硬件设计工作带有一定 的盲目性。在设计初期没有对软硬件进行统一描述，从而无法实现软件和硬件的优 化和平衡。5.

6、 简述嵌入式系统的存储子系统中可能出现的存储器形式。【要点】嵌入式系统的存储子系统可以有各种类型的存储器：(1) 在一个微控制器中存储临时数据和堆栈的内部寄存器(2) 微控制器的内部 ROM/PROM/EPROM(3) 存储临时数据和堆栈的外部 RAM(4) 内部高速缓存(5) 存放处理结果的非易失存储器 EEPROM或者闪存(6) 保存嵌入式软件的外部ROM或者PROM(7) 端口的RAM内存缓冲区(8) 高速缓存以上各种存储器并不是每个嵌入式系统所必须具备的，应该根据系统的性能要求和 处理器的功能来决定。6. 简述嵌入式系统的高速缓冲缓存 Cache的替换算法。【要点】当发生失效时，替换算

7、法决定应替换哪一块。直接映像Cache中只有1个块，因此不需要选择，不命中的时候直接替换这个块。在组相联和全相联Cache中有多个块可供选择，其主要的替换算法有三种：(1) 随机法。(2) 先进先出法(FIFO)。(3) 最近最少使用法(LRU )。7. 简述嵌入式处理器外围硬件的扩展方式。【要点】嵌入式处理器基本的外围硬件扩展包括了三种类型：内部模块扩展、总线扩展、GPIO扩展。(1) 内部模块扩展的概念为：通过增加外部电路，完成处理器内部模块提供的功能。(2) 总线扩展的含义是：利用处理器的外部总线控制器(乂称为内存控制器)，扩 展内存类芯片。(3) 理论上，通过编程，GPI。扩展可以完成

8、输入功能、输出功能、矩阵键盘功能、 总线信号模拟功能及通信信号模拟功能。(4) 某些情况下，处理器硬件的扩展有可能使用综合扩展。8. 简述I/O接口的组成结构、功能、编址方式？【要点】I/O接口电路与嵌入式处理器之间通过内部总线交换信息。组成结构：I/O外设与CPU之间交换的信息有数据、状态及控制信号。功能：(1) 数据缓冲和锁存功能。(2) 信号转换功能。(3) 数据格式变换功能。(4) 接收和执行CPU命令的功能。(5) 设备选择功能。(6) 中断管理功能。寻址：(1) 存储器映像法，也叫I/O地址空间的统一编址法，即I/O地址空间与主存地址空间合在一起编址，处理器不存在独立的 I/O地址

9、空间。(2) I/O地址法，也叫I/O地址空间的独立编址法，即存储器地址空间和I/O端口地 址空间分别编址，互不干涉。9. 简述嵌入式实时操作系统的基本组成(基本模块及其功能)。嵌入式实时操作系统一般包括以下基本模块。_.(1)初始化管理完成实时内核的初始化工作，并启动实时调度。(2) 任务管理完成应用任务的管理，是操作系统内核的核心部分。任务管理具有创建任务、删除 任务、挂起任务、解挂任务、设置任务优先级等功能。(3) 时间管理为应用系统实时响应提供支持，保证整个系统的实时性、正确性，提高整个嵌入式 系统的实时工作能力。该模块允许应用任务设置和读取系统时间：允许应用任务休 眠一段时间或休眠到

10、某一时刻；完成系统计时和对任务时间片的计算。(4) 定时管理完成系统的定时功能。在定时时间后调用相应的定时处理程序。(5) 中断管理完成响应中断的一些必要处理，支持中断嵌套时任务堆栈和中断专用堆栈的切换。(6) 任务问的通信、同步、互斥管理提供应用任务之间通信、同步和互斥机制，对各任务之间的协调工作起着重要的作 用。(7) 内存管理提供申请可变大小数据块和申请固定大小数据块的管理。10. 简述不可剥夺型内核和可剥夺型内核的基本思想。不可剥夺型内核要求每个任务自我放弃CPU的所有权。不可剥夺型调度法也称作合 作型多任务，各个任务彼此合作共享一个 CPU。异步事件还是由中断服务来处理。 中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控 制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。当系统响应时间很重要时，要使用 可剥夺型内核。最高优先