嵌入式系统硬件组成
嵌入式系统设计师(基础知识、应用技术)合卷软件资格考试(中级)试卷与参考答案(2025年)
2025年软件资格考试嵌入式系统设计师(基础知识、应用技术)合卷(中级)模拟试卷(答案在后面)一、基础知识（客观选择题，75题，每题1分，共75分）1、嵌入式系统通常由哪些部分组成？（）A. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备B. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源C. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源、操作系统D. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源、网络接口2、嵌入式系统设计时，以下哪种设计方法是最常用的？（）A. 传统的模块化设计B. 面向对象的编程设计C. 面向服务的架构（SOA）设计D. 软件即服务（SaaS）设计3、在嵌入式系统设计中，下列哪个处理器架构最常用于需要高性能与低功耗特性的设备？A. X86B. MIPSC. ARMD. PowerPC4、RTOS（实时操作系统）的主要特征是什么？A. 支持多任务处理B. 提供图形界面支持C. 确保关键任务在规定时间内完成D. 具备网络通讯功能5、以下哪种编程语言通常被用于嵌入式系统开发？（）A. JavaB. CC. PythonD. JavaScript6、嵌入式系统通常由以下几个部分组成，以下哪个不是嵌入式系统的组成部分？（）A. 中央处理单元（CPU）B. 存储器C. 输入/输出接口D. 主板7、在下列存储器中，存取速度最快的是：A. 硬盘存储器B. 内存储器C. 光盘存储器D. 软盘存储器8、下面关于微处理器的叙述中，错误的是：A. 微处理器通常使用单片机集成技术制造B. 它至少具有运算和控制功能，但不具备存储功能C. Pentium处理器是当前PC机中使用的微处理器之一D. 它用作嵌入式系统的中央处理器9、嵌入式系统中的中断服务程序（ISR）通常具有哪些特点？10、以下哪个不是嵌入式系统中的实时操作系统（RTOS）的特点？11、下列哪项不属于嵌入式系统的硬件组成部分？A、微处理器B、存储器C、操作系统D、输入/输出接口12、嵌入式系统的设计过程中，功耗是一个重要的考虑因素。
1.嵌入式系统组成简介
串口4
串口1
串口2
设备
1）嵌入式系统硬件系统
嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器 为核心，配臵必要的外围接口部件。在嵌 入式系统设计中，应尽可能选择适用于系 统功能接口的SoC/SOPC芯片，以最少的外 围部件构成一个应用系统，满足嵌入式系 统的特殊要求。 一般包括有 ：嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。
硬件抽象层
是硬件功能模块的集合，是对硬设备功能的第一
层抽象，实现基本的IO操作。 所关心的是如何实现硬件功能的软件接口，而不 是设备的管理逻辑。 每个硬件可能有多个端口（设备），对应的硬件 抽象层是对这些端口（设备）操作的基本抽象， 为驱动程序管理这些设备提供接口。上层驱动程 序在不需要了解具体设备硬件信息的情况下，就 可以操作这些设备。
2）板级支持包BSP
BSP主要是为驱动程序提供访问硬件设备寄存器 的函数包，从而实现对操作系统的支持。不同操作 系统有不同的板级支持包。具体完成如下二方面的 功能： ①在系统启动时，完成对硬件的初始化。如对设备 的中断、CPU的寄存器和内存区域的分配等进行操作。 ②为驱动程序提供访问硬件的手段。如系统是统一 编址的，则可以直接在驱动程序中用C语言的函数进 行访问。如是单独编址的，只能用汇编语言编写函 数进行访问。BSP就是为上层的驱动程序提供访问硬 件设备寄存器的函数包。
（3）中间层（驱动层软件）
使用任何外设都需要有驱动程序的支持， 驱动程序不仅要实现设备的基本功能函数， 如初始化、中断响应、发送、接收等，而且 还要提供完备的错误处理函数。中间层为上 层软件提供了设备的操作接口。上层程序只 需调用驱动程序提供的接口，而不用理会设 备具体的内部操作。 驱动层软件（中间层）将系统软件与底 层硬件部分进行了隔离，使得系统的底层设 备驱动程序与硬件无关。具体包括硬件抽象 层HAL和板级支持包BSP。
嵌入式系统工作原理
嵌入式系统工作原理
嵌入式系统是一种将计算机系统嵌入到其他设备中的系统。
它通常由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括处理器、内存、外设等，而软件部分则负责控制硬件的工作。
嵌入式系统的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 启动：当嵌入式系统上电时，处理器会从一个固定的地址开始执行代码。
这段代码通常被称为引导程序，它的作用是初始化硬件并加载主要的操作系统或应用程序。
2. 初始化：在引导程序加载完毕后，操作系统或应用程序会被加载到内存中。
此时，系统会执行一系列初始化操作，包括设置默认参数、检测外设以及建立一些必要的数据结构。
3. 运行：一旦系统初始化完成，它将进入到正常的运行状态。
在这个阶段，嵌入式系统会根据预定的任务来处理输入输出、控制外设以及执行算法等。
这些任务可以是实时的，也可以是非实时的，取决于系统的需求。
4. 监测与处理异常：在系统运行的过程中，可能会出现一些异常情况，如外设故障、内存溢出或软件错误等。
嵌入式系统需要具备一定的机制来监测和处理这些异常。
一种常见的方式是使用中断来处理外设的输入输出请求，当发生异常时，中断会被触发，系统将跳转到相应的处理程序进行处理。
5. 关机：当嵌入式系统需要关机时，它会执行一系列关机操作，
包括保存数据、关闭外设和释放资源等。
最后，系统会停止处理器的工作并断电。
总结起来，嵌入式系统的工作原理是通过初始化、运行和处理异常等步骤来实现对硬件和软件的控制和管理。
这种系统可以广泛应用于各种领域，如汽车、家电、医疗设备等。
第7章 嵌入式系统硬件
（2） 处理器的处理速度。一个处理器的性能取决于多个方面的因素： ） 处理器的处理速度。一个处理器的性能取决于多个方面的因素： 时钟频率，内部寄存器的大小等。 时钟频率，内部寄存器的大小等。对于许多需用处理器的嵌入式系统设 计来说，目标不是在于挑选速度最快的处理器， 计来说，目标不是在于挑选速度最快的处理器，而是在于选取能够完成 作业的处理器和 I／O 子系统。如果你的设计是面向高性能的应用，那么 ／ 子系统。如果你的设计是面向高性能的应用， 建议你考虑某些新的处理器， 建议你考虑某些新的处理器，如 IBM和Motorola 的Power PC。以前 和 。 Intel 的 i960是销售极好的 是销售极好的RISC 高性能芯片，但是最近几年却遇到强劲 高性能芯片， 是销售极好的 的对手，让位于MIPS、SH以及后起之星 ARM。 的对手，让位于 、 以及后起之星 。 （3） 技术指标。当前，许多嵌入式处理器都集成了外围设备的功能） ） 技术指标。当前，许多嵌入式处理器都集成了外围设备的功能） 当前，许多嵌入式处理器都集成了外围设备的功能， 。当前，许多嵌入式处理器都集成了外围设备的功能，从而减少了芯片 的数量，进而降低了整个系统的开发费用。开发人员首先考虑的是， 的数量，进而降低了整个系统的开发费用。开发人员首先考虑的是，系 统所要求的一些硬件能否无需过多的胶合逻辑（ 统所要求的一些硬件能否无需过多的胶合逻辑（Glue Logic）就可以连 ） 接到处理器上。其次是考虑该处理器的一些支持芯片， 控制器， 接到处理器上。其次是考虑该处理器的一些支持芯片，如DMA 控制器， 内存管理器，中断控制器，串行设备、时钟等的配套。 内存管理器，中断控制器，串行设备、时钟等的配套。
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2. RAM RAM 就是我们平常所说的内存，主要用来存放各种现场的输入、 就是我们平常所说的内存，主要用来存放各种现场的输入、 输出数据，中间计算结果， 输出数据，中间计算结果，以及与外部存储器交换信息和作堆栈 它的存储单元根据具体需要可以读出，也可以写入或改写。 用。它的存储单元根据具体需要可以读出，也可以写入或改写。 RAM 只能用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电， 只能用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电， 其中的数据就会丢失。 多为MOS 型半导体电路，它 型半导体电路， 其中的数据就会丢失。现在的 RAM多为 多为 分为静态和动态两种。 分为静态和动态两种。
嵌入式系统的原理和应用
嵌入式系统的原理和应用嵌入式系统是一种计算机系统，它通常是用于控制、监视、数据采集等特定目的的。
与个人计算机和服务器等通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件和软件被特别设计和优化，以适应其特定用途的要求。
本文将介绍嵌入式系统的工作原理和应用领域。
一、嵌入式系统的工作原理嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出接口电路、外设模块等组成。
其核心是处理器，嵌入式系统所用的处理器性能越来越强大，从较老的8位、16位微控制器到现在的ARM Cortex-A 系列、RISC-V等高性能嵌入式处理器。
嵌入式系统可分为硬件和软件两个方面。
嵌入式硬件和通用计算机硬件类似，都由处理器、存储器、I/O模块等部件组成。
相比通用计算机硬件，嵌入式系统硬件的主要特征是小巧、低功耗，通常单板上能整合处理器、存储器、外设模块以及工业标准I/O接口。
嵌入式软件通常是裁剪优化过的，因为嵌入式系统的存储器容量有限，CPU速度也低于PC等通用计算机，所以软件需要更少的计算成本。
通常情况下，嵌入式软件是为相应硬件设计的，并通过编程语言(如C/C++)来进行编写。
嵌入式系统的软件基本上由一个实时操作系统（RTOS）和应用程序组成，RTOS通常是实时性高、稳定性好的嵌入式系统操作系统，常见的RTOS产品有uC/OS、FreeRTOS等。
嵌入式系统使用可升级的固件，这种固件是在嵌入式系统启动时加载到处理器的固定内存区域。
由于它是硬件的一部分，因此它对CPU运行的速度、可靠性和稳定性都有重要影响。
固件可以像软件一样升级，因此在需要升级时，制造商可以通过远程升级(OTA)来即时更新固件软件。
二、嵌入式系统的应用领域近年来，嵌入式系统在各种领域广泛应用，包括飞行器、工业控制、医疗设备、智能家居、汽车电子、IoT等等。
下面简单介绍一些典型的应用领域。
1. 工业自动化嵌入式系统在工业控制、机器人、智能制造等领域得到广泛应用，可以实现工厂资产管理、自动化生产线、产品检测和数据采集等功能。
嵌入式系统的分类
嵌入式系统的分类1、以硬件划分1.1嵌入式微控制器(Microcontrol lerUnit，也称MCU)单片机就属于嵌入式微控制器，单片机机心由ROM(或EPROM)、总线、总线逻辑、定时器(或计数器)、Watch Dog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等组成，它属于单片式设计，体积小、功耗低、成本小、可靠性高的特点，该类型的品种、数量都是最多的，目前嵌入式系统中，MCU在70年代就已经研制出来，但由于以上的特点，直到现在，它依然占有70%的市场份额。
1.2嵌入式微处理器(MicroProcessor Unit，又称MPU)嵌入式微处理器是根据计算机的CPU演变来的，然而与计算机处理器不同的是，它要求性能高、功耗低、体积小、成本小、重量轻、可靠性高的特点，以满足嵌入式环境下的特殊需求，如ARM系列广泛应用于手机终端，PowerPC系列广泛应用于航空系统。
1.3嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor，又称EDSP)DSP的算法理论在70年代就已经出现，那时还没有专门的DSP 处理器，只能用MPU的分立元件实现，然而处理的速度无法满足DSP算法要求，1982年，首枚DSP处理器诞生，它是专门用于处理信号的处理器，以信号处理的特殊要求在系统结构处理、算法上进行专门设计的处理器，它具有很高的编译效果与执行速度的功能。
80年代中期，诞生出基于CMOS工艺的DSP处理器，它的储容量和运算速度与前代相比都有飞跃性的提高、现在随着DSP处理器的不断发展，它的集成度更高、应用范围更广。
1.4嵌入片上系统(SystemOnChip，又称SOC)嵌入片上系统追求包容性最强的集成器件，它使现了软硬件无缝结合，在处理器片上直接嵌入操作系统的代码模块，因此具有很高的综合性。
使用SOC，SOC一般是专用的芯片，它具有系统简洁、体积小、功耗小、可靠性高、生产效率高的特点。
嵌入式之硬件组成
嵌入式硬件组成1、嵌入式系统一般由三个部分组成：嵌入式硬件平台、嵌入式操作系统、嵌入式系统应用软件。
嵌入式硬件平台：包括处理器，存储器（RAM/ROM），输入/输出设备、辅助系统等；嵌入式操作系统：嵌入式硬件平台上运行的操作系统；嵌入式系统应用软件：用于实现具体业务逻辑功能的各种软件；2、RISC（Reduced Instruction Set Computing ）精简指令集采用固定长度的指令格式，指令规整，简单，基本寻址方式有2-3种；使用单指令周期，便于流水线操作；大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率；所有的指令都可以根据前面的执行结果决定是否被执行，提高指令执行效率可用加载/存储指令批量传输数据，提高数据的传输效率；可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理，在循环处理中使用地址的自动增减来提高效率；3、操作系统的五大管理功能处理机管理：合理安排和调度每个进程占用CPU的时间，以保证多个作业的完成和CPU效率的提高，使用户等待的时间最少；存储管理：合理分配内存，使各个作业占用的内存区不发生冲突，不相互干扰，并且可对内存进行扩充；文件管理：完成文件的存取和对文件进行管理；设备管理：当用户程序要使用外部设备时，由它控制（或调度）驱动程序使外部设备工作，并随时对该设备进行监控，，处理外部设备的中断请求等；作业管理：用户为完成一个任务而要求计算机所做的全体工作成为一个作业。
作业管理包括作业的调度、控制、处理和报告；4、嵌入式硬件架构主要包括处理器、寄存器、I/0接口和外设电路JTAG：（Joint Test Action Group），联合测试行动小组，主要用于芯片内部测试，也用于实现ISP（In-system Programmer）在系统编程，对Flash等器件进行编程；JTAG程序的下载和调试：一是将程序（二进制代码）烧写到系统的Flash 中；二是将程序载入到嵌入式系统的ARM,可以直接在ARM中运行程序；DMA：（Direct Memory Access），直接存储器访问；全部存取系统分为四级：寄存器组，高速缓存，内存和外存；RAM：（Random Access Memory），高速存取，读写时间相等且与地址无关，可对任何存储单元进行读写操作，断电后其中信息不保存，常用来存放操作系统、各种运行的软件、输入输出数据、中间结果及外存交换信息、常说的内存主要指RAM；ROM：（Read Only Memory），只读存储器，断电后信息不丢失，存取速率比RAM低，且不能改写，一般用于存储固定的系统软件和字库；SRAM：（Static RAM），静态RAM；DRAM：（Dynamic RAM），动态RAM UN-EPROM：紫外线可擦可编程；EEPROM：电可擦可编程；Flash Memory：闪速存储器，不加电情况下能够长期保存信息，又能在线快速进行擦除、重写。
嵌入式系统体系结构
嵌入式系统体系结构嵌入式系统体系结构：嵌入式系统的组成包含了硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
1、硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。
2、中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。
BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。
设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。
片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。
板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。
系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。
B、设计硬件相关的设备驱动。
3、系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。
RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
4、应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。
嵌入式芯片体系结构介绍1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU)嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。
它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。
但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。
目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。
嵌入式系统软硬件架构和开发流程
嵌入式系统软硬件架构和开发流程软硬件架构是嵌入式系统的核心组成部分，它由软件和硬件两部分构成。
软件部分包括操作系统、应用程序和驱动程序等，而硬件部分包括中央处理器、存储器、输入输出接口和外围设备等。
在嵌入式系统中，软硬件之间需要进行紧密的协作，以实现系统的功能需求。
软件通过驱动程序和操作系统的支持，使用硬件提供的接口与外围设备进行通信。
而硬件则通过中央处理器执行软件指令，将结果存储在内存中，或通过输入输出接口与外部设备进行交互。
首先，在需求分析阶段，开发团队需要与用户进行沟通，了解系统的功能需求和性能指标。
然后，根据需求分析结果，确定系统的整体架构和组成部分。
接下来，在系统设计阶段，开发团队将根据需求分析的结果，设计系统的软硬件架构。
在软件设计方面，需要确定操作系统、应用程序和驱动程序的功能和接口，并确定软件和硬件之间的通信方式。
在硬件设计方面，则需要确定中央处理器的型号和频率、存储器的类型和容量、输入输出接口的数量和类型等。
然后，在软硬件开发阶段，开发团队将分别进行软件和硬件的开发工作。
在软件开发方面，需要编写操作系统、应用程序和驱动程序，并进行调试和测试。
在硬件开发方面，则需要进行电路设计、原型制作和测试等工作。
在验证测试阶段，开发团队将对系统进行全面的测试和验证，以确保系统的功能和性能满足需求。
测试的内容包括功能测试、性能测试和稳定性测试等。
最后，在部署维护阶段，开发团队将系统部署到实际的硬件设备中，并进行维护和更新。
维护包括修复系统中的bug、优化系统的性能和功能等。
总之，嵌入式系统的软硬件架构和开发流程是一个高度协同的过程。
软硬件之间需要紧密配合，以实现系统功能和性能的要求。
通过明确的开发流程和合理的架构设计，可以确保嵌入式系统的质量和可靠性。
嵌入式系统硬件体系结构设计
嵌入式系统硬件体系结构设计一、嵌入式计算机系统体系结构体系主要组成包括：硬件层中涵盖嵌入式微处理器、存储器（sdram、rom、flash等）、通用设备USB和i/oUSB（a/d、d/a、i/o等）。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。
其中操作系统和应用程序都可以固化在rom中。
硬件层与软件层之间为中间层，也称作硬件抽象化层（hardwareabstractlayer，hal）或板级积极支持纸盒（boardsupportpackage，bsp），它将系统上层软件与底层硬件拆分开去，并使系统的底层驱动程序与硬件毫无关系，上层软件开发人员无须关心底层硬件的具体情况，根据bsp层提供更多的USB即可展开研发。
该层通常涵盖有关底层硬件的初始化、数据的输出/输入操作方式和硬件设备的布局功能。
3.系统软件层系统软件层由实时多任务操作系统（real-timeoperationsystem，rtos）、文件系统、图形用户USB（graphicuserinterface，gui）、网络系统及通用型组件模块共同组成。
rtos就是嵌入式应用软件的基础和研发平台。
功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。
一个嵌入式系统装置通常都由嵌入式计算机系统和继续执行装置共同组成，而嵌入式计算机系统就是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层共同组成。
继续执行装置也称作被控对象，它可以拒绝接受嵌入式计算机系统收到的掌控命令，继续执行所规定的操作方式或任务。
本网关硬件环境以单片机s3c2440芯片和dm9000以太网控制芯片为主，实现rj45接口和rs232接口的数据传输。
内容包括硬件环境的初始化，数据的收发控制，封包解包设计，操作系统的移植等。
硬件框图就是直观的将每个功能模块列举，也就是一个基本的模块女团，可以简约的每个模块的功能彰显出。
嵌入式系统及应用-Chapter02-嵌入式硬件系统
输入/输出接口和设备
• 嵌入式系统的大多数输入/输出接口和部分 设备已经集成在嵌入式微处理器中。 • 输入/输出接口主要有中断控制器、DMA、 串行和并行接口等，设备主要有定时器 （Timers）、计数器（counters）、看门 狗（watchdog timers）、RTC、UARTs、 PWM（Pulse width modulator）、AD/DA、 显示器、键盘和网络等。
由硬件完成部分软件功能，硬件复 杂性增加，芯片成本高
减少代码尺寸，增加指令的执行周 期数 大量的混杂型指令集，有简单快速 的指令，也有复杂的多周期指令， 符合HLL（high level language） 硬件完成 复杂的寻址模式，支持内存到内存 寻址 微码 寄存器较少
由软件完成部分硬件功能，软件复 杂性增加，芯片成本低
• 嵌入式系统的存储器包括主存和外存。
• 大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处 理器可直接访问的存储空间即主存中。
• 系统上电后在主存中的代码直接运行。主存 储器的特点是速度快，一般采用ROM、EPROM、 Nor Flash、SRAM、DRAM等存储器件。
存储器
• 目前有些嵌入式系统除了主存外，还有外 存。外存是处理器不能直接访问的存储器， 用来存放各种信息，相对主存而言具有价 格低、容量大的特点。 • 在嵌入式系统中一般不采用硬盘而采用电 子盘做外存，电子盘的主要种类有 NandFlash、 SD （Secure Digital）卡、 CompactFlash、SmartMedia、Memory Stick、MultiMediaCard、、 DOC（Disk On Chip）等。
Total Embedded Control Market Shipments by Type
简述嵌入式系统常用的定义
嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定功能和任务的计算机系统。
它通常被嵌入到其他设备或系统中，以控制、监测或操作设备的各个方面。
以下是对嵌入式系统常用定义的简述：
1.硬件定义：嵌入式系统是由硬件组成的计算机系统，包括处理器、存储器、输入/输出
接口和各种传感器等。
硬件通常是针对特定应用程序进行优化和定制。
2.实时性要求：嵌入式系统通常需要满足实时性要求，即在特定时间限制内完成任务响应。
它们必须能够及时地获取输入数据、处理并产生相应的输出结果。
3.特定应用领域：嵌入式系统被广泛应用于各个领域，如自动化控制、医疗设备、交通运
输、消费类电子产品等。
每个应用领域都有其特定的需求和挑战，因此嵌入式系统需要根据不同的应用场景进行定制。
4.能效和资源受限：嵌入式系统通常具有资源受限的特点，比如较小的存储空间、功耗限
制等。
设计和开发嵌入式系统需要在保证功能性的同时，考虑资源利用率和能效优化。
5.通信和互联：嵌入式系统通常需要与其他设备或系统进行通信和互联。
例如，它们可以
通过无线通信、以太网、总线协议等与外部设备交换数据。
总而言之，嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定任务的计算机系统，具有实时性要求、应用领域特定、资源受限和通信互联等特点。
这些系统广泛应用于各个领域，为许多现代技术和设备的自动化和智能化提供关键支持。
嵌入式系统简答题
述嵌入式系统的定义。
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
1-2.简述嵌入式系统的组成。
从体系结构上看，嵌入式系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成。
其中嵌入式处理器通常是单片机或微控制器，支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显示部件等，嵌入式软件则包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、支撑软件及应用中间件等。
嵌入式系统的组成部分是嵌入式系统硬件平台、嵌入式操作系统和嵌入式系统应用。
嵌入式系统硬件平台为各种嵌入式器件、设备（如ARM、Power PC、Xscale、MIPS 等）；嵌入式操作系统是指在嵌入式Linux、u CLinux、Win CE 等。
ARM7与ARM9的区别1-3.ARM7处理器使用的是（ARMv4）指令集。
ARM7 内核采用冯·诺依曼体系结构，数据和指令使用同一条总线。
内核有一条3级流水线，执行ARMv4 指令集。
1-6.ARM9采用的是（5）级流水线设计。
存储器系统根据哈佛体系结构（程序和数据空间独立的体系结构）重新设计，区分数据总线和指令总线内存管理单元MMU定义：提供专门负责存储管理的部件。
作用：实现地址映射；对地址访问进行保护和限制ARM核有多少个寄存器？ARM处理器有37个32位长的寄存器；（1）30个通用寄存器；（2）6个状态寄存器（3）1个pc2、ARM处理器：ARM处理器是英国ARM(Advanced RISC Machines)公司设计的全球领先的16／32位RISC微处理器，ARM公司通过转让RISC微处理器，外围和系统芯片设计技术给合作伙伴，使他们能用这些技术来生产各具特色的芯片。
4、异常：当正常的程序执行流程发生暂时的停止时，称之为异常，例如处理一个外部的中断请求。
6、ARM微处理器内核是如何进行异常处理的？答：1）当异常产生时，ARM内核拷贝CPSR到SPSR_<mode>，设置适当的CPSR位：改变处理器状态进入ARM态，改变处理器模式进入相应的异常模式，设置中断禁止位禁止相应中断(如果需要)；保存返回地址到LR_<mode>，设置PC为相应的异常向量。
嵌入式系统的组成
1.1.2 嵌入式系统的组成嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成，硬件一般由高性能微处理器和外围接口电路组成，软件一般由操作系统和应用程序构成，软件和硬件之间由所谓的中间层（BSP层，板级支持包）连接。
嵌入式系统的硬件有：嵌入式微处理器、存储器、输入输出（I/O、A/D、D/A）。
嵌入式系统的软件有：操作系统、应用软件。
操作系统是连接计算机硬件与应用程序的系统程序。
嵌入式操作系统可以分为实时操作系统和分时操作系统两类。
实时操作系统是指具有实时性，能支持实时控制系统工作的操作系统。
实时操作系统的首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务；其次才着眼于提高计算机系统的使用效率，其重要特点是通过任务调度来满足对于重要时间在规定的时间内做出正确的响应。
分时操作系统，软件在时间上的执行并不严格，时间上的延误或者时序上的错误，一般不会造成灾难性后果。
嵌入式系统从组织层次上看，嵌入式系统一般由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。
（1）硬件层硬件层由嵌入式微处理器、存储器系统、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）组成。
在一片嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路和存储器电路（ROM和RAM 等），就构成了一个嵌入式核心控制模块。
其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。
（2）中间层硬件层和软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层HAL和板级支持包BSP，它把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关，一般应具有相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。
（3）软件层软件层由实时多任务操作系统RTOS、文件系统、图形用户接口GUI、网络系统及通用组件模块组成。
（4）功能层功能层由基于RTOS开发的应用程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。
功能层是面向被控对象和用户的。
在专用的嵌入式板子上面运行GNU/Linux系统已经变得越来越流行。
一个嵌入式Linux 系统从软件的角度看通常可以分为四个层次：（1）引导加载程序。
第3章嵌入式处理器ppt课件
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8
EXE
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8 Inst9
ID
Inst1 Inst2 Inst3 Inst4 Inst5 Inst6 Inst7 Inst8 Inst9 Inst10
执行划分为多个顺序功能段（这些功能段可以被CPU中各个独立的电
路部件分别并行执行），充分利用指令流经过的CPU各电路部件的每
个时间段，并行处理多条指令，以最大限度的利用电路的潜能
▲
在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
嵌入式处理器芯片内部架构
处理器核
高速总线
片上
或片
外存
储器
显示
设备
低速总线
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在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
3.1.3 附属电路和I/O模块
➢ 附属电路
➢ I/O模块
处理器芯片与外部设备之间的交互和通信，通过芯
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在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
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在日常生 活中， 随处都 可以看 到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
3.1.4 调试接口
CISC
CISC指复杂指令集计算机，它的目的是要用最少的
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提纲
嵌入式系统组成原理
嵌入式最小系统
嵌入式系统扩展
2.2 嵌入式最小系统
嵌入式最小系统的作用 嵌入式最小系统的组成 JTAG接口在最小系统中的应用 实际的嵌入式最小系统
2.2.1 嵌入式最小系统的作用
嵌入式系统的最小系统指基于某处理器为核心，可以 运转起来的最简单的硬件设计（即处理器能够运行的 最基本系统）。 最小系统是构建嵌入式系统的的第一步，保证嵌入式 处理器可以运作。然后才可以逐步增加系统的功能， 如：外围硬件扩展、软件及程序设计、操作系统移植、 增加各种接口等，最终形成符合需求的完整系统。
嵌入式系统
第2课 嵌入式系统硬件组成
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本课程教学要求
嵌入式系统应用领域
嵌入式系统概念
嵌入式系统发展历程
嵌入式系统构成要素
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1.嵌入式系统的定义与特点？
嵌入式系统：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统” 2.单片机、嵌入式系统、通用计算机系统三 “嵌入性”-必须满足对象系统的环境要求 者之间的关系如何？
单片机可以理解成嵌入式系统的低端应用
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1.嵌入式系统的定义与特点？ 嵌入式系统一般由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌
入式操作系统（可选），以及用户的应用软件系统等四 2.单片机、嵌入式系统、通用计算机系统三 个部分组成。 者之间的关系如何？
3. 嵌入式系统的一般组成结构有哪些？
编译 应用程序 软件部分 操作系统 开发环境
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
CPU对内存的两 种基本操作： •取指令 运算器 •读写内存
控制器 CPU 寄存器 ROM RAM
数据总线
地址总线
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
指令和数据的概念，只有处理器才会 去做区分。对于内存而言，并不会区 数据总线 分指令还是数据，只是在相应的位置 （也就是内存的地址）放入的二进制 的代码。
计算机系统的一般运行原理 嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同 嵌入式系统硬件结构
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
运算器
数据总线
控制器 CPU 寄存器
地址总线
ROM
RAM
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
运算器
控制器 CPU 寄存器
•控制器的功能是控制处 理器，如取指令、译码、 数据总线 执行指令、读写内存等； •运算器主要是在处理器 地址总线 的内部完成运算（算术 运算、位运算）操作， 一般只和寄存器打交道； •寄存器为处理器提供内 部的临时存储空间，它 ROM RAM 是处理器和内存的媒介。
序，技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向 是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。 嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制 能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、 控制能力与控制的可靠性。
通用计算机系统需要支持大量的、需求多样的应用程 3. 嵌入式系统的一般组成结构有哪些？
处理器地址空间 0x0 ROM PC 程序计数器
RAM
IO映射
冯·诺依曼体系内存结构模型
存储器 指令寄存器 控制器 程序 指令0 指令1 指令2 指令3 指令4 数据通道 输入 中央处理器 输出
数据
数据0 数据1 数据2
哈佛体系内存结构模型
地址 指令寄存器 控制器 指令
程序存储器
指令0 指令1 指令2
0x0 指令操作一般包括： PC ROM •读写内存（处理器操 程序计数器 作内存） •处理寄存器中的数据 RAM （处理器不操作内存） •跳转到某个位置执行 指令（给PC赋值） IO映射 •上述操作的组合
处理器地址空间
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
处理器将所有的内存映 射到自己的地址空间中。 对于实际内存（RAM和 ROM等）的映射比较简 单，即为根据地址总线 和片选信号为一定大小 的内存分配一个固定的 地址区域，在操作的时 候使用区域地址+内存内 部地址来操作内存的每 一个位置。
地址 数据通道 输入 中央处理器 数据 输出
数据存储器
数据0 数据1 数据2
各种体系结构处理器的差别
处理器每次执行的指令的长度（1、2、4或者8字节）； 处理器指令可以完成的功能； 处理器执行一条指令所占用的时间单位； 指令系统是RISC还是CISC；
处理器可访问的地址空间大小；
处理器IO端口使用单独的空间，还是使用内存的地址空 间（x86处理器一般为前者）； 处理器是否具有流水线等。
嵌入式系统的非标准化使得嵌入式的硬 件工程师有了更大的发挥空间，同时也 要求嵌入式工程师需要拥有较高的专业 素质。
非标准化
接口非常复杂
2.1.2 嵌入式系统与通用计算机 硬件组成的异同 嵌入式系统本质上是计算机系统，但是具有 以下的特点： 集成度高
•有多种接口选择：I2C、SPI、蓝牙、 红外、CAN总线等等。 •嵌入式系统的设计者只有具备了广 泛的知识，才能选择出最合适的硬件， 设计出性价比最高的系统。
小结
计算机系统由处理器、内存、总线等主要部件组成。
处理器对内存的基本操作包括读取指令和读写数据。
指令操作的基本操作包括读写内存，处理寄存器中的 数据，跳转到某个位置执行指令。 处理器所能访问的地址空间包括：只读存储器、随机 存储器、IO端口、处理器特殊功能寄存器的地址映射。
2.1.2 嵌入式系统与通用计算机 硬件组成的异同 嵌入式系统本质上是计算机系统，但是具有 以下的特点： 集成度高
2.2.2 嵌入式最小系统的组成 在嵌入式系统中，最简单的系统包括以下单元：
处理器
对于任何一个计算机系统，处理器 都是整个系统的核心，整个系统式 靠处理器的指令工作起来的。
2.2.2 嵌入式最小系统的组成 在嵌入式系统中，最简单的系统包括以下单元：
处理器
内存
一个嵌入式处理器的运行，其指令 必须放入一定的存储空间内，运行 的时候也需要空间来存储临时的数 据，因此内存也是必不可少的。
LPC2103微控制器基于ARM7TDMI-S CPU内核。支持 ARM和Thumb指令集，芯片内集成丰富外设，而且具 有非常低的功率消耗。使该系列微控制器特别适用于 工业控制、医疗系统、访问控制和POS机等场合。 ARM7TDMI-S
ARM7TDMI 的可综合（synthesizable）版本（软核）， 对应用工程师来说编程模型与ARM7TDMI 一致； 支持EmbededICE观察硬件； 支持64位乘法； 支持片上调试； 支持高密度16位的Thumb指令集；
2.2.2 嵌入式最小系统的组成 在嵌入式系统中，最简单的系统包括以下单元：
处理器
内存 时钟
处理器的运行时需要时钟周期的，一般来 说处理器在一个或者几个周期内执行一条 指令。时钟单元的核心是晶振，它可以提 供一定频率，处理器使用该频率的时候可 能还需要进行倍频处理。
2.2.2 嵌入式最小系统的组成 在嵌入式系统中，最简单的系统包括以下单元：
对于具有JTAG接口的处理器，可以将其与主机(PC)连 接起来，通过JTAG将主机中的程序载入到嵌入式系统 的内存中。
2.2.3 JTAG接口在最小系统中的应用
主机（PC） 并口 下载 烧写 调试 使用JTAG的时候可以将
JTAG RAM
电源 时钟
程序直接载入到目标机的 RAM中，然后直接运行。 因此ROM/FLASH在最小 系统中已不是必须的了。
2.2.3 JTAG接口在最小系统中的应用
调试与测试接口原不是系统运行必须的，但现代系统 设计越来越强调可测性，调试、测试接口的设计也越 来越受到重视。 目前高级的嵌入式处理器中，内置有JTAG调试接口， 即联合测试行动小组（Joint Test Action Group）接口， 可以控制芯片的运行并获取内部信息，为下载和调试 程序提供了很大的方便。
嵌入式处理器
带有总线扩展的嵌入式处理器的系统
2.1.3 嵌入式系统的硬件结构
模块外围硬件
பைடு நூலகம்
CPU 嵌入式系统硬件结构的多样性和复杂性，也决定了嵌 GPIO扩展 供电模块 入式系统的工程师比通用计算机的工程师要更多地关 内部设备 （GPIO、定时器、中断控制器） 注硬件的设计。
片内 SRAM\FLASH
地址总线
内存 运算器
指令
控制器
地址
数据（只读）
CPU
数据（读写）
寄存器 ROM RAM
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
程序计数器在系统复位后， 指向的内容是内存的某一个 点区域，处理器从该处的内 存依次取出指令，然后译码、 执行。处理器在执行完一条 指令之后，将自动将程序计 数器寄存器的内容增加一个 单位，然后根据其地址自动 执行下一条指令。
时钟模块
嵌入式处理器
无总线扩展的嵌入式处理器的系统
适用于集成度要求比较高的应用！
小结
嵌入式系统和一般的计算机系统类似，也是由CPU、 内存、IO端口、总线等几个部分组成。 在嵌入式系统中，一些基本的设备（如GPIO 、定时器、 中断控制器）一般都是集成在处理器之中的。 嵌入式的处理器带有外部总线的时候，可以在总线上 扩展内存（如SRAM、FLASH等），还可以扩展类似 内存的部件（可以映射到内存空间），如网络芯片、U SB芯片、A/D、D/A等。
嵌入式最小系统框图
时钟系统
调试测试接口
可选，但是在样 品阶段通常都会 设计这部分电路
供电系统 (电源)
嵌入式控制器
复位及其 配置系统
可选，因为许多面向嵌入 式领域的微控制器内部集 成了程序和数据存储器
存储器系统
2.2.4 实际的嵌入式最小系统
我们的实验平台：EasyARM2103开发板
1.处理器