嵌入式系统原理与设计考试答案

1、什么是嵌入式系统？以应用为中心,以计算机技术为基础,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。

2、嵌入式微处理器一般就具备那些特点？

（1）対实时多任务有很强的支持能力

（2）具有功能很强的存储区保护功能

（3）具有可扩展的处理器结构

（4）嵌入式微处理器功耗很低

3、什么是中间层？

介于硬件层和软件层之间，将硬件的细节进行屏蔽，便于操作系统调用，因此成为中间层，又称硬件抽象层或板级支持包。

4、简述冯诺依曼体系结构和哈佛体系结构的定义与不同。

冯.诺依曼体系结构又称普林斯顿体系结构，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。处理器经由同一总线输出来访问程序和数据存储器，程序和数据宽度相同。

哈佛体系结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储结构，目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。

5嵌入式处理器按体系结构分为那几类，分别简答介绍？

冯。诺依曼体系结构和哈佛体系结构。

6.嵌入式处理器按指令类型可以分为哪几类？分别简要介绍。

复杂指令集（CISC）处理器和精简指令集（RISC）处理器

CISC：微处理器除向程序员提供类似各种寄存器和机器指令的功能外，还通过预存于制度存储器（ROM）中的微程序来实现及其强的功能，处理器在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功能。这种设计形式被称为CISC结构

特点：（1）指令格式不固定，指令长度不一致，操作数可多可少

（2）寻址方式复杂多样，以利于程序编写

（3）采用微程序结构，执行每条指令均需一个微指令序列

（4）每条指令需要若干个机器周期才能完成，指令越复杂，花费IE机器周期越多。RISC：指令系统中应当只包含哪些使用频率很高的少量指令，并提供一些必要的指令以支持操作系统和高级语言。

特点：（1）指令数目少，在通道中只包含最有用的指令

（2）执行时间短，确保数据通道快速执行每一条指令

（3）使CPU硬件结构设计更为简单

（4）每条指令都采用标准字长。

7.嵌入式软件体系结构有哪几种类型，优缺点如何？

4种，分别是轮转结构、带中断的轮转结构、函数队列调度结构和实时操作系统结构。

轮转结构：

优点：结构简单，没有中断，没有共享数据，无需考虑延迟时间。

缺点：（1）如果一个设备需要比微处理器在最坏情况下完成一个循环的时间更短的响应时间，

那么这个系统将无法工作。

（2）即使所要求的响应时间不是绝对的截止时间，当有冗长的处理时系统也会工作得不好。（3）这种结构很脆弱。

带中断的轮转结构：

优点：可对优先级进行更多的控制，中断程序可以获得很快的响应。

缺点：所有任务代码以同样的优先级来执行。

函数队列调度结构：

优点：没有规定main必须按照中断程序的发生顺序来调用函数，main可以根据任何可以达到目标的优先级方案来调用函数，这样任何需要更快响应的任务代码都有可以被更早执行。缺点：代码复杂，具有较低优先级任务代码的函数可能会有更差的响应。

实时操作系统结构：

优点：（1）中断程序和任务代码之间的信息交互是通过消息事件来发送给实时操作系统处理器的，而并不需要使用共享变量来达到这个目标。

（2）在代码中并没有用循环来决定下一步要做什么。

（3）实时操作系统可以根据任务执行的紧迫程度将任务进行优先级分配，实时操作系统可以将一个正在执行的低级任务程序挂起，以便运行另一个高优先级任务程序。

缺点：操作系统本身需要一定的处理时间，如果以牺牲少许吞吐量为代价的话，系统是可以获得好一点的响应性能的。

8.通用处理器与嵌入式处理器有哪些相同和不同的地方？

通用处理器属于复杂指令集计算机（CISC）体系结构，如Intel的Pentium和AMD的Athlon 处理器。

嵌入式处理器都是精简指令集计算机（RISC）体系。其中ARM处理器占了很大一部分市场份额，主要包括如下几个系列：ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、XScale。

CISC和RISC是CPU指令集的两种架构。其中，RISC充分发掘并运用了80/20法则（CISC 指令集中只有大约20%的指令被反复使用），要求指令规整、对称和简单，在并行处理性能上明显优于CISC，可以使处理器流水线高效地执行，使编译器更易于生成优化代码。

9.嵌入式操作系统有哪些特点，怎样选择嵌入式操作系统？

(1)嵌入式系统特性：功能特定性、规模可变性、实时性与稳定性

(2)嵌入式系统的其他特性：系统内核小、专用性强、系统精简、高实时性多任务操作系统、

具有专门的开发工具和开发环境。

选择操作系统时，可以遵循以下原则：

（1）市场进入时间

（2）可移植性

（3）可利用资源

（4）系统定制能力

（5）成本

（6）中文支持

（7）开发工具的支持

10.简述ARM处理器的7种运行模式。

ARM微处理器支持7种运行模式，分别为：

用户模式（User,Usr）：正常程序执行的模式。

快速中断模式（FIQ,fiq）：用于高速数据传输或通道处理。

外部中断模式(IRQ,irq)：用户通常的中断使用。

特权模式(Supervisor,svc)：供操作系统使用的一种保护模式。

数据访问终止模式(Abort,abt)：用于虚拟存储及存储保护。

未定义指令中止模式(Undefined,und)：用于支持通过软件仿真硬件的协处理器

系统模式(System,sys)：用于运行特权级的操作系统任务。

11.简述看门狗电路的工作过程。

利用ARM正常工作时，定时复位计数器，使得计数器的值不超过某一值；当ARM不能正常工作时，由于计数器不能被复位，因此其计数会超过某一值，从而产生复位脉冲，使得ARM恢复正常工作状态。

12.简述行列键盘的扫描工作过程。

过程是将平行线逐行置成低电平，剩余行线置为高电平，然后读取列线的状态，直到列线中出现低电平，这时，可知哪一行是低电平，即哪一行被按下；然后将行线和列线的状态装入键码寄存器，进行按键译码，还需要配合相应的键盘去抖才能正确识别按键，不会发生重键和错误判断等情况。

13.内存管理的主要任务是什么？

（1）地址重定位

（2）内存分配

（3）内存保护

（4）存储器扩展

14.实时系统的定义

实时操作系统是一种能在限定时间内对输入进行处理并做出响应的计算机处理系统。

根据响应时间的限定的严格格度分为硬实时操作系统和软实时操作系统。

15.试画出任务状态的转换图。

休眠（DORMANT）：指任务驻留在存储空间内，还没有被操作系统激活；

就绪(READY)：任务运行的条件已经满足，进入任务等待列表，通过调度进入运行。

挂起或等待(WAITING)：任务被阻塞，等待事件的发生。

运行(RUNNING)：任务获得CPU使用权，执行相应的代码