嵌入式系统开发技术常考重点知识点汇总(2018年全国计算机等级考试三级教程)

2018年全国计算机等级考试三级教程嵌入式系统开发技术

常考重点知识点汇总

作者：LightoDeng

吉林大学2018年8月19日

第一章 嵌入式系统概论

1.1嵌入式系统的定义、特点、分类，以及嵌入式系统的逻辑组成。

定义：嵌入式系统是以应用为中心，及计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等多种约束的专用计算机系统。

（1）6个特点：

专用性

隐蔽性（嵌入式系统是被包装在内部）

资源受限（要求小型化、轻型化、低功耗及低成本，因此软硬件资源受到限制）

高可靠性（任何误动作都可能会产生致命的后果）

软件固化（软件都固化在只读存储器ROM中，用户不能随意更改其程序功能）

实时性

（2）逻辑组成：硬件（CPU、存储器、I/O设备及I/O接口、数据总线）+软件 1）处理器（运算器、控制器、寄存器、高速缓冲存储器Cache）

目前所有的处理器都是微处理器

嵌入式系统可包含多个处理器，中央处理器（CPU）和协助处理器（数字信号

处理器DSP、图像处理器、通信处理器）

现在嵌入式系统中使用最多的还是8位和16位的CPU，但32位和64位是技

术发展的主流

2）存储器（随机存储器RAM和只读存储器ROM）

3）I/O设备与I/O接口

4）数据总线

5）软件

（3）分类

按嵌入式系统的软硬件技术复杂程度进行分类：

低端系统 采用4位或8位单片机，在工控领域和白色家电领域占主导地位，如计算器、遥控器、充电器、空调、传真机、BP机等。

中端系统 采用8位/16位/32位单片机，主要用于普通手机、摄像机、录像机、电子游戏机等。

高端系统 采用32位/64位单片机，主要用于智能手机、调制解调器、掌上计算机、路由器、数码相机等。

1.2嵌入式处理芯片

嵌入式处理芯片有4种产品类型：微处理器、数字信号处理器、微控制器、片上系统

微处理器 比较笨重，常用于工业控制领域

数字信号处理器（DSP）：专用于数字信号处理的微处理器，使用哈佛结构存储器，支持单指令多数据并行处理（SIMD）的特殊指令

微控制器（单片机MCU）：相比于微处理器，集成度更高，体积小，功耗低

片上系统（SoC）：系统级芯片，半导体加工工艺进入深微纳米时代。SoC将嵌入式系统的几乎全部功能都集中到一块芯片上，单个芯片就能实现数据的采集、转换、存储、处理和输入输出等多种功能。

1.3S O C芯片

（1）微电子技术

1）集成电路的分类: 大规模集成电路LSI，超大规模集成电路VLSI，极大规模集成电路ULS 嵌入式处理芯片大多属于VLSI和ULSI

2）集成电路制作工艺

集成电路的制造大约需要几百道工序，工艺复杂且技术难度非常高。集成电路是在硅衬底上制作而成的。硅衬底是将单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成的像镜面一样光滑的圆形薄片，它的厚度不足1mm，其直径可以是6、8、12英寸甚至更大这种硅片称为硅抛光片，用于集成电路的制造。

制造集成电路的工艺技术称为硅平面工艺，包括氧化、光刻、掺杂等多项工序。把这些工序反复交叉使用，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。

集成电路的特点：体积小、重量轻、可靠性高。其工作速度主要取决于逻辑门电路的晶体管的尺寸。尺寸越小，工作频率就越高，门电路的开关速度就越快。

摩尔定律：单块集成电路的集成度平均每18~24个月翻一番

（2）通用SoC和专用SoC

通用SoC 半导体企业通过自主开发处理器内核或购买其他企业的处理器内核的IP授权，按照目标领域功能要求所开发的SoC芯片系列

专用SoC 嵌入式系统开发商依据待开发产品的特殊要求，向半导体企业定制的SoC芯片。为委托方所专有，无法在市场采购到。如苹果公司的系列芯片。

（3）开发流程

1）总体设计可以采用系统设计语言System C（或称IEEE 1666，它是C++的扩充）或System Vetilog语言对SoC芯片的软硬件作统一的描述，按照系统需求说明书确定SoC的性能能参数，并据此进行系统全局的设计。

2）逻辑设计将总体设计的结果用RTL（寄存器传输级描述语言）语言进行描述（源文件）后，在使用逻辑综合将源文件进行综合生成，生成最简的布尔表达式核心好的连接关系（以类型为EDF的EDA工业标准文件表示）

3）综合和仿真

4）芯片制造 借助EDA中的布局布线工具

（4）IP核及其复用

核库中的设计文件均属于知识产权IP保护的范畴，所以称为“知识产权核”或“IP核”。

IP核是开发SoC的重要保证。按IC设计文件的类型，IP通常分为：软核、固核、硬核。IP核的复用可以减少研发成本，缩短研发时间，是实现SoC的快速设计，尽早投放市场的有效途径。

目前主要的CPU内核有ARM、MIPS、PowerPC、Coldfile、x86、8051等。ARM内核占所有32位嵌入式RISC处理器的90%以上。

1.4嵌入式系统与数字媒体

1.文本

文本是指在计算机中的文字信息，最常用的一种数字媒体。

（1）文本类型

1）简单文本只能顺序阅读。

2）丰富格式文本有插图、对文字颜色等定义，调整页面，文本布局，插入声音视频等。 3）超文本通过超链接实现跳转、导航、回溯等操作

（2）常见的字符集及其编码。

1）西方字符的编码

ASC II字符集和ASC II编码，基本的ASC II字符集共128个字符，每个字符使用7个二进位制进行编码。前面补一个空格，仍使用一个字节存放一个ASCII码。其中，128个字符中，有96个可打印字符和32个控制字符。

2）汉字的编码

汉字国家编码标准有GB2312和GB18030。每个汉字用2个字节表示。GB2312只有6763个汉字，经常不够用。GB18030字符集与UCS/Unicode字符集基本兼容，采用不等长的编码方法，单字节编码表示ASC II字符，与ASC II码兼容；双字节表示汉字，与GB2312保持向下兼容（即GB2312中有的GB18030字符集都有）

这两种编码标准的主要区别在于，GB2312只有6763个字符，而且全为简体字。GB18030字符集与国际标准UCS/Unicode字符集基本兼容，它包含世界各地用的90套书写符号，以及7万多个中日韩统一汉字CJK汉字。

3）UCS/Unicode编码

涵盖了全世界各国和地区的所有语言文字和符号。两种常见编码方式：UTF-8和UTF-16.