嵌入式系统考试纲要

第一章1、国内对嵌入式系统的一般定义以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪,满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。

2、嵌入式系统的组成嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成。

3、实时系统(Real Time System)是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。

从输入到输出的滞后时间必须足够小到一个可以接受的时限内。

实时系统通常具备以下重要的特性：实时性、并行性、多路性、独立性、可预测性、可靠性。

嵌入式系统不一定是实时系统，实时系统一般都是嵌入式系统4、实时系统中主要通过3个指标来衡量系统的实时性，即：响应时间(Response Time)：指计算机从识别一个外部事件到做出响应的时间。

生存时间(Survival Time)：指数据的有效等待时间，在这段时间里数据是有效的。

吞吐量(Throughput)：指在一段给定时间内，系统可以处理事件的总数。

吞吐量通常比平均响应时间的倒数小一点。

5、实时系统分类（1）根据响应时间的长短可分为3种类型：强实时系统：不仅要保证结果的正确性，还要保证在系统能够允许的时间范围内完成任务。

事件的响应时间一般在毫秒或微秒级以上。

一般用于军事、安全、工业控制领域。

弱实时系统：任务运行越快越好，但没有严格限定某一任务必须在多长时间内完成。

讲究的是系统整体的处理速度和效率是否较高和结果的正确与否。

一般实时系统：介于强实时和弱实时之间。

响应时间在秒级。

（2）根据响应时间的严格性要求（确定性）可分为2种类型：硬实时系统：对响应时间有严格要求。

如果响应时间不能满足要求，就会引起系统崩溃或出现致命性错误。

软实时系统：对响应时间有要求，但响应时间不能满足要求时，不会导致系统出现致命性错误或崩溃。

6、嵌入式处理器分类嵌入式微控制（MCU）；嵌入式DSP处理器(DSP)；嵌入式微处理器EMPU；嵌入式片上系统（SOC）7、嵌入式的两种体系结构——冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构冯·诺伊曼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。

哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。

8、两种指令架构-- CISC和RISC嵌入式微处理器的指令系统可采用精简指令集系统RISC（Reduced Instruction Set Computer）或复杂指令集系统CISC（Complex Instruction Set Computer）ARM在内的商业化的RISC设计证明了这种思路的正确性9、任务、进程和线程任务：任务是指由软件完成的一个活动。

一个任务既可以是一个进程,也可以是一个线程。

任务是在系统运行前已设计好的。

进程：进程常常被定义为程序的执行。

进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

有些操作系统把任务和进程等同看待，认为任务是一个动态过程，即执行程序的动态过程。

线程：20世纪80年代中期，人们提出了比进程更小的能独立运行和调度的基本单位——线程，它是指某一进程中一路单独运行的程序。

10、中断的概念中断是计算机中软件系统与硬件系统共同提供的功能。

它包括中断源、中断优先级、中断处理程序及中断任务等相关概念。

实时操作系统充分利用中断来改变CPU执行程序的顺序，达到实时处理目的。

系统中所有中断控制器一共可以连接几个外部信号，则称系统有几个中断源。

11、任务的状态运行态(Executing)：获得CPU控制权。

就绪态（Ready）：进入任务等待队列，通过调度转为运行状态。

挂起态（Suspended）：任务发生阻塞，移出任务等待队列，等待系统实时事件的发生而唤醒，从而转为就绪或运行态。

休眠态（Dormant）：任务完成或错误等原因被清除的任务，也可以认为是系统中不存在的任务。

12、任务状态与变迁任务会在不同的状态之间进行切换，即任务状态的变迁。

13、常用的任务调度算法基于优先级的调度算法：非抢占式调度、抢占式调度。

第二章1、嵌入式系统与通用计算机系统的差别：人机交互界面、有限的功能、时间关键性和稳定性。

2、交叉开发环境：交叉开发环境是指实现编译、链接和调试应用程序代码的环境。

与运行应用程序的环境不同，它分散在有通信连接的宿主机与目标机环境之中。

宿主机(Host)是一台通用计算机，一般是PC机。

它通过串口或网络连接与目标机通信。

目标机(Target) 可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能替代实际环境的仿真系统。

3、嵌入式系统软件开发的流程需求分析阶段、设计阶段、生成代码阶段、固化阶段4、设计阶段系统的设计阶段包括系统设计、任务设计和任务的详细设计。

由于嵌入式系统中任务的并发性，嵌入式软件开发中引入了DARTS（Design and Analysis of Real-Time Systems）的设计方法。

DARTS设计方法：是结构化分析/结构化设计的扩展。

它给出划分任务的方法，并提供定义任务间接口的机制。

DARTS设计方法的设计步骤如下：(1)数据流分析；(2)划分任务；(3)定义任务间的接口。

第三章1、嵌入式软件系统的分类应用层，中间件层，操作系统层，驱动层。

2、嵌入式软件运行流程-上电复位、板级初始化：上电复位后完成板级初始化工作。

-系统引导/升级：根据需要分别进入系统软件引导阶段或系统升级阶段。

-系统初始化：操作系统等系统软件各功能部分必需的初始化工作。

-应用初始化：在该阶段进行应用任务的创建，信号量、消息队列的创建和与应用相关的其它初始化工作。

-多任务应用运行：各种初始化工作完成后，系统进入多任务状态，操作系统按照已确定的算法进行任务的调度，各应用任务分别完成特定的功能。

3、数据类型ARM处理器支持下列数据类型：—Byte，字节, 8位；—Halfword，半字, 16位（半字必须与2字节边界对准）；—Word，字,32 位（字必须与4字节边界对准）。

4、处理器模式ARM体系结构支持7种处理器模式。

5、处理器模式分类6、处理器工作状态ARM处理器有两种工作状态：ARM：32位，这种状态下执行字对准的ARM指令；Thumb：16位，这种状态下执行半字对准的Thumb指令。

7、ARM寄存器组成概述ARM处理器总共有37个寄存器，可以分为以下两类寄存器31个通用寄存器（包括程序计数器PC），寄存器R13:通常用作堆栈指针，称作SP。

寄存器R14：用作子程序链接寄存器，也称为链接寄存器LR。

程序计数器R15:在ARM状态，位[1:0]为０，位[31:2] 保存PC：在Thumb状态，位[0]为0，位[31:1]保存PC。

6个程序状态寄存器在所有处理器模式下都可以访问当前程序状态寄存器CPSR（Current Program Status Register）。

CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息。

每种异常模式都有一个程序状态保存寄存器SPSR（Saved Program Status Register）。

当异常出现时，SPSR用于保留CPSR的状态。

条件码标志：N、Z、C、V（Negative、Zero、Carry、oVerflow）位称作条件码标志（Condition Code Flags）。

通常条件码标志通过执行下述指令进行修改，即比较指令（CMN、CMP、TEQ、TST）；一些算术运算、逻辑运算和传送指令，它们的目的寄存器不是R15。

这些指令通过在指令助记符后加上字符“S”进行标志设置。

N:如果结果是带符号二进制补码，若结果为负数，则N=1；若结果为正数或0，则N=0。

Z:若指令的结果为0，则置1，否则置0。

C:- 加法，包括比较指令CMN。

产生进位则C置1；否则置0。

- 减法，包括比较指令CMP。

产生借位则C置0；否则置1。

- 对于结合移位操作的非加/减法指令，C置为移出值的最后1位。

V:对于加法或减法指令，当发生带符号溢出时，V置1。

控制位：程序状态寄存器PSR（Program Status Register）的最低8位I、F、T和M[4:0]用作控制位。

①中断禁止位：I置1则禁止IRQ中断；F 置1则禁止FIQ中断。

②T位: T=0 指示ARM执行；T=1 指示Thumb执行。

③模式位: M0、M1、M2、M3和M4是模式位。

这些位决定处理器的工作模式。

8、异常处理异常由内部或外部源产生并引起处理器处理一个事件，例如外部中断或试图执行未定义指令都会引起异常。

ARM支持7种类型的异常。

9、ARM的异常中断响应过程（1）将CPSR的内容保存到将要执行的异常中断对应的SPSR中（2）设置当前状态寄存器CPSR中的相应位（3）将当前指令的下一条指令的地址保存到新的异常工作模式的R14（4）给程序计数器（PC）强制赋值10、存储器格式，区别11、ARM基本寻址方式寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来寻找真实操作数地址的方式。

ARM处理器支持的基本寻址方式有：寄存器寻址，立即寻址，寄存器移位寻址，寄存器间接寻址，变址寻址，堆栈寻址，块复制寻址，相对寻址。

寄存器寻址：ADD R0,R1, R2 ; R0 R1+R2这条指令将2个寄存器（R1和R2）的内容相加，结果放入第3个寄存器R0中。

必须注意写操作数的顺序，第1个是结果寄存器，然后是第一操作数寄存器，最后是第二操作数寄存器。

立即寻址：ADD R3,R3,#1 ; R3 R3+1AND R8,R7,#0xff ; R8 R7[7:0]第2个源操作数为一个立即数，以“#”为前缀，十六进制值以在“#”后加“0x”或“&”表示。

寄存器移位寻址：ADD R3,R2,R1,LSL #3 ; R3 R2+8×R1LSL：逻辑左移（Logical Shift Left）。

寄存器中字的低端空出的位补0。

LSR：逻辑右移（Logical Shift Right）。

寄存器中字的高端空出的位补0。

ASR：算术右移（Arithmetic Shift Right）。

算术移位的对象是带符号数，若源操作数为正数，则字的高端空出的位补0。

若源操作数为负数，则字的高端空出的位补1。

ROR：循环右移（ROtate Right）。

从字的最低端移出的位填入字的高端空出的位。

RRX：扩展为1的循环右移（Rotate Right eXtended by 1 place）。

操作数右移一位，空位（位[31]）用原C 标志值填充。

寄存器间接寻址：LDR R0,[R1] ; R0 [R1]STR R0,[R1] ; R0 [R1]指令中的地址码给出某一通用寄存器的编号。

在被指定的寄存器中存放操作数的有效地址，而操作数则存放在存储单元中，即寄存器为地址指针。