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。

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，）1（缺点：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：：正常程序执行的模式。

）User,Usr用户模式（．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。

使用权，执行相应的代码CPU：任务获得(RUNNING)运行等挂删除任获得邮箱申请邮箱获得队列申请队列获得信号申请信号等待超延创建任退出中开始任中断服休运就程中删除任删除任16.简述文件管理的主要任务。

（1）目录管理（2）文件读写管理（3）文件读取控制（4）存储器空间管理17.简述Boot Loader的作用。

（1）初始化处理器（2）初始化必备的硬件（3）下载系统映像（4）初始化操作系统并准备执行18.说明UART的工作原理。

当发送数据时，CPU先将数据写入发送FIFO中，然后UART会自动将FIFO中的数据复制到“发送移位器”中，发送移位器将数据一位一位（先发最低位）地发送到TXDn数据线上（根据设定的格式、插入开始位。

校验位和停止位）。

接收数据时，“接收移位器”将RXDn数据线上的数据一位一位（同样是先发最低位）接收进来，然后复制到接收FIFO中，CPU即可从中读取数据。

19.嵌入式操作系统中的任务控制方式有哪几种，分别简单介绍。

（1）不可剥夺型内核与非占先式调度不可剥夺型内核的异步事件由中断服务来处理。

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，直到该任务的使用权。

CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU主动放弃．不可剥夺型内核采用的调度方法称为非占先式调度（2）可剥夺型内核与占先式调度可剥夺型内核中，最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。

20.uC/OS-II的内核包括哪几部分？调度策略是什么？内核：uC/OS-II提供任务管理、任务间的通信与同步、任务调度、中断管理和时间管理等基本功能。

调度策略：基于优先级的调度。

21.简述软件测试的目的和作用。

目的：以最少的时间和人才找出软件中潜在的各种错误和缺陷，可以通过严格的测试过程和精心的测试用例选取来达到这一目的。

软件测试的更高层次的目标应体现质量改进、验证与确认、可靠性评估。

22.简述黑盒测试优点。

1）比较简单，不需要了解程序内部哦代码及实现。

2）与软件的内部实现无关。

3）基于需求，从用户角度出发，能很容易地知道用户用到哪些功能，会遇到哪些问题。

4）基于软件开文档，所以也能够知道软件实现了文档中的哪些功能。

5）在做软件自动化测试时较为方便23.简述系统软件层的组成及各部分的作用。

（1）操作系统：嵌入式应用软件的基础和开发平台。

（2）文件系统：操作系统用于明确磁盘或分区上的文件的方法和数据结构（3）图形用户接口：是屏幕产品的视觉体验和互动操作部分（4）网络系统及通用组件模块：操作系统的重要组成部分。

24.软件缺陷的定义从产品内部看，软件缺陷是软件产品开发或维护过程中所粗在的错误、毛病等各种问题。

从外部来看，软件缺陷是系统所需要实现的某种功能的失效或违背。

25.软件测试的定义测试（A）一个或多个测试用例集，或（B）一个或多个测试过程集，或（C）一个或多个测试用例和测试过程集，是软件的分析过程，其目的在于发现软件功能特性等实现和要求不一致的地方（也即软件错误）及对软件的评估。

26.操作系统的定义操作系统有效的组织和管理计算机系统的各种软件、硬件资源，合理的组织计算机系统的工作流程,控制程序的执行，并向用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。

（1）操作系统是计算机系统的资源管理者（2）改善人机界面，为用户提供友好的工作环境对计算机系统而言，操作系统是对所有系统资源进行管理的程序集合，对用户而言，操作系统提供了对系统资源进行有效利用的简单抽象方法。