应用系统设计复习要点

和实时操作系统（RTOS）、编程器（烧录器）、逻辑分析仪和模拟数字混合信号示波器。
调试工具 其作用是可以将用户程序生成的目标码装入用户系统的存储器或装入开发工具中 的仿真存储器，并可实现修改内存、设置寄存器、设置断点、块移动、块填充、块比较、 单步运行、断点运行、连续运行等功能。目前常用的调试工具有以下 4 种： ① 指令集模拟器（Simulator） 这是一个完全基于主机的程序，部分集成开发环境提供了指令集模拟器，可方便用户在 PC 机上完成一部分简单的调试工作。它模拟目标处理器的功能和指令集，在项目的早期， 特别是还没有任何实际的硬件可以用来试验程序的时候是相当有用的。模拟器最大的缺点是
而人的弱点是不能长时间地承受单调重复的工作，否则容易疲劳出错。人的动作反 应和力量远不及机器，人不能定量检测，还容易受生理心理状态、情绪的影响。所以对 组成一个系统必须根据人和机各自的特点和局限性对机能予以合理的分配。使人和机都 能各自扬长避短，让整个系统效率最高。
在我国人多、劳动力廉价、而且总体素质差的国情现实情况下，应该先选择那些即 使人多也不能解决问题、实时性要求高、人不能长时间承受、可提高产品合格率，能产 生经济效益、有利于节能、有利于人生安全、有时效性的的项目。应该追求提高效率而 不是节省劳动力。
9. 嵌入式系统开发最大的特点
嵌入式系统是从底层硬件到上层应用都需要进行开发，最终实现一个完整的系统。
10. 嵌入式系统开发为何要有开发工具？ 单片机价格低廉、功能强、使用方便，可以用来组成千变万化的应用系统，因而单片机 应用广泛。但在单片机开发者设计、制作了硬件电路并编制了相应的应用程序后，如何把用 汇编语言或高级语言编写的应用源程序汇编成为机器码？写得对不对? 运行结果是否符合 设计要求?如果不符合又怎样找到错误进行修改?怎么修改? 是程序的错误还是电路的错误?
⑵ 复杂中高端嵌入式应用系统的高端应用系统的开发模式
嵌入式处理器+嵌入式实时操作系统（RTOS）。开发使用的工具是 RTOS+仿真器(或软 件模拟器)/JTAG 接口+编程器。这种开发的特点是开发周期相对较短，实时性有保证，可靠 性有一定保证；但是投入大，RTOS 价格昂贵，一般几千至几万美元，还需要高额使用费， 开发风险大。
3. 嵌入式系统的结构组成 ⑴ 核心计算器件
① 嵌入式微处理器/
② 微控制器
③ 数字信号处理器（DSP）
④ 片上系统（SoC）
⑵ 嵌入式实时操作系统（RTOS） 实时操作系统（RTOS-Real Time Operating System）是指具有实时性能、支持时间管 理的操作系统。 它除了要满足应用的功能需求以外，更重要的是还要满足应用提出的实时性要求。而组 成一个应用的众多实时任务对于实时性的要求是各不相同的，此外实时任务之间可能还会有 一些复杂的关联和同步关系，如执行顺序限制、共享资源的互斥访问要求等，这就为系统实 时性的保证带来了很大的困难。 因此实时操作系统所遵循的最重要的设计原则是：采用各种算法和策略，始终保证系 统行为的可预测性(predictability)。可预测性是指在系统运行的任何时刻，在任何情况下，实 时操作系统的资源调配策略都能为争夺资源(包括 CPU、内存、网络带宽等)的多个实时任务
储器的手段等。 ⑶ 是否) ⑹ 断点的功能
断点功能对程序调试至关重要，断点形式有地址断点、数据断点和外部信号断点三种形
式。根据断点设置的目标存储器区域不同，又有硬断点和软断点之分。
⑺ 是否有实时跟踪功能 ⑻ 仿真器的人机界面 ⑼ 开发系统的扩充能力 ⑽ 仿真频率的高低 ⑾ 仿真 RAM 的容量 ⑿ 性能价格比
5. 单片机应用系统开发的过程 请简述单片机应用系统开发的过程
(1) 确定任务和应用系统应达到的目标
(2) 提出设计方案，确定数学模型，并进行认证
(3) 系统总体协同设计→软件设计与硬件设计
(4) 模拟、仿真调试(包括硬件调试和软件调试)；
(5) 现场调试和参数整定
(6) 固化应用程序，脱机运行。
⑺ 编写系统说明书、技术资料、维护维修手册等文档
具，实现在程序运行中随时停止或随时观察运行中间过程而不改变运行中原有的数据性 能和结果。
12. 如何选择单片机应用系统的开发工具？
单片机开发系统选择总原则是使用简单、操作方便、调试手段合理、开发放率高、
经济实惠。一般可以从以下几个方面来评价一个开发系统：
(1) 编制装卸程序的手段 主要有编辑方式、存储介质、编译手段和装卸能力等方面。作为开发系统终端的计 算机所带软件的编辑功能已越来越强，存储介质也多样化，因此开发条统的这两项功能 已无关紧要。而着重看开发系统对已编好程序的编译手段和装卸能力。 编译手段有的只有交叉汇编功能，有的增加了链接功能并带有子程序库，允许用户 将程序分块编写，调用子程序库的程序，最后汇编链接成目标码。还有的可以对中级语 言(像 C 语言)和高级语言(像 BASIC 语言)编写的程序编译成目标码。
它仅能模拟处理器，而无法真正模拟嵌入式设备中 I/O 接口和设备以及中断控制。
② 驻留监控软件（ROM-Monitor）
例如 ARM 公司的 Angel
驻留监控软件（Resident Monitors）是一段运行在目标板上的程序，集成开发环境中的
调试软件通过以太网口、并行口或串行口等通讯端口与驻留监控软件进行交互，由调试软件
发布命令通知驻留监控软件控制程序的执行、读写存储器、读写寄存器、设置断点等。
驻留监控软件是一种比较低廉有效的调试方式，不需要任何其他的硬件调试和仿真设
备。ARM 公司的 Angel 就是该类软件，大部分嵌入式实时操作系统也是采用该类软件进行调
试，不同的是在嵌入式实时操作系统中，驻留监控软件是作为操作系统的一个任务存在的。
一般分配原则：机器应承担需要重复、快速计算、含有大量信息数据的非“创造性”工
作；尽量让人承担需要归纳推理、形象思维等目前非人不可的“创造性”工作。
7. 硬件与软件功能合理分配 在计算机中，硬件与软件在逻辑上是等价的，各种功能既可以用硬件实现，也可用软件 实现，但是有的功能适宜用硬件来实现，而另一些功能则适宜用软件来实现。这就需要对要 完成的任务进行分析，并根据任务的特点、结合性能要求、成本要求、进度要求、开发人员 的情况以及产品批量要求等进行权衡，对硬件和软件各自需要完成的任务进行合理分配。
的合理地分配资源，使每个实时任务的实时性要求都能得到满足。与通用操作系统不同，实 时操作系统注重的不是系统的平均表现，而是要求每个实时任务在最坏情况下都要满足其实 时性要求，也就是说，实时操作系统注重的是个体表现，更准确地讲是个体最坏情况的表现。
⑶ 商业化和非营利性 RTOS 的区别
① 商业化 RTOS：一般具有完整的工具链，并可提供技术支持，但大多都价格昂
这就需要有一个支持软件设计和调试的环境和工具，首先要有源程序编辑、汇编/编译、
链接定位和加载目标程序代码等功能的工具软件。此外，把目标码放入程序存储器中运
行时，一般都会出现一些硬件、软件上的错误或漏洞（Bug），这就需要通过调试来发现
错误并加以修改，为了能调试程序，检查硬件、软件运行状态。就必须借助某种调试工
这些机器码又怎样固化到单片机的程序存储器中? ……因为单片机自身无调试开发能力，单
片机自身无法解决这些问题，可以提供帮助的硬件和软件工具就称开发工具。
11. 开发工具的主要功能？ 设计和调试模拟电子电路的常用工具有万用表和示波器，设计和测量数字电子电路 常需要用到万用表、示波器、逻辑笔和逻辑分析仪等。而单片机是可编程计算器件，除 需要像对常规电路一样进行静态电气参数测量外，还需要能在程序运行时有动态监测能 力的软件开发调试工具。因为单片机应用系统除要对硬件电路(包括设计、制板、元器 件安装焊接等)的正确性检查和调试进行外，还有一个重要的工作就是软件设计和调试，
应用系统设计复习要点 1. 计算机应用系统的应用模式
⑴ 通用计算（PC 机）应用系统: 绝大部分是用于非控制类应用。
利用通用计算机（PC 机）作为核心构成特定用途的系统。常用于科学工程计算、 办公自动化、管理信息系统、计算机辅助教学、计算机辅助设计、虚拟仪器等。
⑵ 嵌入式系统应用: 绝大部分是用于控制类应用。
13. 什么叫硬断点和软断点功能？
硬断点是指可以在程序存储器空间中设置的断点，而把仅能在仿真数据存储器 RAM 空
间中设置的断点称作软断点。好的仿真器都应该具有硬断点设置功能。只有支持硬断点的仿
真器才能很好地支持高级语言的调试。
14. 嵌入式系统开发工具的种类？
开发工具包括编辑器、编译器/汇编器、链接器和定址器、调试器、集成开发环境(IDE)
嵌入式系统应用往往都是根据实际需求量身定做硬件和软件的专用（广义）计算系 统，并对功能、可靠性、成本、体积、功耗速度、工作温度范围、电磁兼容性、抗干扰能 力等某几方面有不同程度的特定的要求。
2. 嵌入式系统应用有以下两类典型的开发模式
⑴ 简单中低端嵌入式应用系统的低端应用系统的开发模式
单片机+监控程序（循环程序+中断）。开发使用的工具是仿真器（或软件模拟器）+编 程器。这种开发的特点是投入相对小，容易上马。但是开发周期长，可靠性取决于开发人员 素质，无法得到保证。
一般而言，多采用硬件，特别是大规模集成电路，往往可以简化设计工作，并使系统性
能，特别是速度得到显著提高，但硬件成本也相应提高；其缺点是缺乏灵活性。
反过来用软件代替硬件是实现功能，可以降低硬件成本，增加灵活性；但一般相应速度
会降低，有时还可能需要增加存储器容量，并要增加软件开发成本。
8. 成熟技术与新技术的取舍 成熟技术已获得实践证明，有一定的保证，可加快上市时间，但可能不是最好的技术。 新技术一般都有旧技术没有的特点，可能更先进，但往往还未受到时间考验，所以有一 定的风险。
贵。
② 非营利性 RTOS：一般都是某大学或研究所出于学术研究目的而开发，但一般相