嵌入式系统期末复习

A.嵌入式系统定义：

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。

B.嵌入式系统的体系结构：

a.嵌入式微处理器

b.外围硬件设备

c.嵌入式操作系统

d.应用程序

C 、ARM 微处理器的特点：

体积小、低功耗、低成本、高性能

支持Thumb （16位）/ARM （32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件

大量使用寄存器，指令执行速度快

大多数数据操作都在寄存器中完成

寻址方式灵活简单，执行效率高

采用固定长度的指令格式

D 、嵌入式操作系统简介：

操作系统可以有效管理越来越复杂的系统资源。

操作系统可以把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来。 操作系统可以提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。

E 、嵌入式系统设计：

嵌入式系统设计过程

硬件设计平台的选择

软件设计平台的选择 嵌入式应用软件开发 测试和优化

F 、硬件设计平台的选择：

处理器选择 处理性能

技术指标

功耗

软件支持工具 硬件选择的其它因素

生产规模

市场目标

软件对硬件的依赖性 Linux 的支持性

嵌入式应用软件嵌入式操作系统嵌入式硬件平台

嵌入式处理器嵌入式外围设备选择嵌入式处理器

（硬件平台）选择嵌入式操作系统（软件平台）

开发嵌入式应用软件测试通过否系统测试开发结束是

G 、软件设计平台的选择：

操作系统的选择

提供的开发工具

向硬件接口移植的难度 是否提供硬件的驱动程序

开发语言的选择

通用性 可移植性程度 执行效率

开发环境

系统调试器的功能 支持库函数

H 、

H 、最小系统：

一个嵌入式处理器自己是不能独立工作的，必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号，如果芯片没有片内程序存储器，则还要加上存储器系统，然后嵌入式处理器芯片才可能工作。这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与嵌入式处理器共同构成了这个嵌入式处理器的最小系统。而大多数基于ARM7处理器核的微控制器都有调试接口，这部分在芯片实际工作时不是必需的，但因为这部分在开发时很重要，所以也把这部分也归入最小系统中。

1、ARM7系列

3级流水线

低功耗的32位RISC 处理器

支持16位Thumb 指令集

典型处理速度为0.9MIPS/MHz ，常见的系统主时钟为20MHz 到133MHz

适用于价位低、功耗低的消费类应用。

2、ARM9系列

5级流水线

支持数据Cache 和指令Cache

交叉函数库交叉链接交叉编译代码编程c/汇编源程序OBJ 文件系统映象文件调试目标板重定向与下载

增加对32位ARM指令集的支持

提供全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统典型处理速度为1.1MIPS/MHz

3、37个寄存器

31属于通用寄存器

6个为ARM处理器不同工作模式所设立的专用状态寄存器

4、ARM9处理器模式

a.用户模式(User)

b.快中断模式(FIQ)

c.外部中断模式(IRQ)

d.管理模式(Supervisor)

e.中止模式(Abort)

f.未定义模式(Undef)

g..系统模式(System)

5、ARM9处理器模式

a.用户模式(User)

b.快中断模式(FIQ)

c.外部中断模式(IRQ)

d.管理模式(Supervisor)

e.中止模式(Abort)

f.未定义模式(Undef)

g.系统模式(System)

6、ARM9异常

异常(Exception)是指任何打断处理器正常执行过程，迫使处理器转换到特权状态执行特定指令的事件。

中断(Interrupt)是异常的一种，通常情况下会将它与异步异常等同看待，这已经是一种被广泛采用的用法。

7、ARM总共有7种处理器异常：

a.复位(Reset)异常：复位可以通过按下复位键产生Reset信号实现；也可以通过指令转跳到复位异常中断处理程序实现，这种方式称为软复位

b.未定义指令(Undefined Instruction)异常：当处理器或协处理器不能识别当前指令时，会产生未定义指令中断

c.软件中断(SWI)异常：这是由用户定义的中断指令，通常用于提供系统调用接口

d.指令预取中止(Prefetch Abort)异常：若预取指令的地址不存在或不允许访问，会产生预取中止异常

e数据访问中止(Data Abort)异常：若请求数据的地址不存在或不允许访问，会产生数据访问异常

f.外部中断请求(IRQ)：IRQ信号被触发且CPSR寄存器I位清零时会产生该中断

g.快中断请求(FIQ)：FIQ信号被触发且CPSR寄存器F位清零时会产生该中断

8、异常发生后，处理器会进入5种异常模式中一种并处理该异常：

a.复位异常和软件中断异常时，处理器进入管理(Supervisor)模式

b.未定义指令异常时，处理器进入未定义(Undef)模式

c.指令预取中止异常和数据访问中止异常时时，处理器进入中止(Abort)模式

d.外部中断请求时，处理器进入外部中断(IRQ)模式

e.快中断请求时，处理器进入快中断(FIQ)模式

9、多任务系统中任务之间的关系：

相互独立仅竞争CPU资源

竞争除CPU外的其他资源（互斥）

同步协调彼此运行的步调

通信彼此间传递数据或信息，以协同完成某项工作

10、在嵌入式多任务系统中，任务间的耦合程度是不一样的：

耦合程度较高：任务之间需要进行大量的通信，相应的系统开销较大；

耦合程度较低：任务之间不存在通信需求，其间的同步关系很弱甚至不需要同步或互斥，系统开销较小。

研究任务间耦合程度的高低对于合理地设计应用系统、划分任务有很重要的作用。

11、在单处理器平台上，嵌入式操作系统内核提供的同步、互斥与通信机制主要包括：

a.信号量（semaphore），用于互斥与同步

b.事件（组）（event group），用于同步

c.异步信号（asynchronous signal），用于同步

d.邮箱（mailbox）、消息队列（message queue）或管道（pipe），用于消息通信

12、创建信号量：

获取（申请）信号量

释放信号量

删除信号量

获取有关信号量的各种信息

13、消息队列：属于间接通信方式

消息：内存空间中一段长度可变的缓冲区，其长度和内容均可以由用户定义，其内容可以是实际的数据、数据块的指针或空。

对消息内容的解释由应用完成。

从操作系统观点看，消息没有定义的格式，所有的消息都是字节流，没有特定的含义。

从应用观点看，根据应用定义的消息格式，消息被解释成特定的含义。

应用可以只把消息当成一个标志，这时消息机制用于实现同步

14、一些操作系统内核把消息进一步分为：邮箱和消息队列

邮箱仅能存放单条消息，它提供了一种低开销的机制来传送信息。每个邮箱可以保存一条大小为若干个字节的消息。

消息队列可存放若干消息，提供了一种任务间缓冲通信的方法。