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嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工程師考試考試要點
作為一個系統(tǒng)，往往是在硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋的支撐下逐漸趨于穩(wěn)定和成熟，嵌入式系統(tǒng)也不例外。下面是小編整理的關(guān)于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工程師考試考試要點，歡迎大家參考!
1、嵌入式系統(tǒng)的定義
(1)定義：以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。
(2)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的4個階段：無操作系統(tǒng)階段、簡單操作系統(tǒng)階段、實時操作系統(tǒng)階段、面向Internet階段。
(3)知識產(chǎn)權(quán)核(IP核)：具有知識產(chǎn)權(quán)的、功能具體、接口規(guī)范、可在多個集成電路設計中重復使用的功能模塊，是實現(xiàn)系統(tǒng)芯片(SOC)的基本構(gòu)件。
(4)IP核模塊有行為、結(jié)構(gòu)和物理3級不同程度的設計，對應描述功能行為的不同可以分為三類：軟核、固核、硬核。
2、嵌入式系統(tǒng)的組成：硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應用軟件層
(1)硬件層：嵌入式微處理器、存儲器、通用設備接口和I/O接口。
嵌入式核心模塊=微處理器+電源電路+時鐘電路+存儲器Cache：位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間，存放的是最近一段時間
微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。它的主要目標是減小存儲器給微處理器內(nèi)核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快。
(2)中間層(也稱為硬件抽象層HAL或者板級支持包BSP)：它將系統(tǒng)上層軟件和底層硬件分離開來，使系統(tǒng)上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)系底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口開發(fā)即可。
BSP有兩個特點：硬件相關(guān)性和操作系統(tǒng)相關(guān)性。設計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：
A、嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化和BSP功能。
片級初始化：純硬件的初始化過程，把嵌入式微處理器從上電的默認狀態(tài)逐步設置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。
板級初始化：包含軟硬件兩部分在內(nèi)的初始化過程，為隨后的系統(tǒng)初始化和應用程序建立硬件和軟件的運行環(huán)境。
系統(tǒng)級初始化：以軟件為主的初始化過程，進行操作系統(tǒng)的初始化。
B、設計硬件相關(guān)的設備驅(qū)動。
(3)系統(tǒng)軟件層：由RTOS、文件系統(tǒng)、GUI、網(wǎng)絡系統(tǒng)及通用組件模塊組成。
RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發(fā)平臺。
(4)應用軟件：由基于實時系統(tǒng)開發(fā)的應用程序組成。
3、實時系統(tǒng)
(1)定義：能在指定或確定的時間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對外部或內(nèi)部、同步或異步時間做出響應的系統(tǒng)。
(2)區(qū)別：通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應時間和用戶的使用方便;而實時系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。
(3)特點：時間約束性、可預測性、可靠性、與外部環(huán)境的交互性。
(4)硬實時(強實時)：指應用的時間需求應能夠得到完全滿足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財產(chǎn)損失和生態(tài)破壞，如：航天、軍事。
(5)軟實時(弱實時)：指某些應用雖然提出了時間的要求，但實時任務偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運行及環(huán)境不會造成嚴重影響，如：監(jiān)控系統(tǒng)、實時信息采集系統(tǒng)。
(6)任務的約束包括：時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。
4、實時系統(tǒng)的調(diào)度
(1)調(diào)度：給定一組實時任務和系統(tǒng)資源，確定每個任務何時何地執(zhí)行的整個過程。
(2)搶占式調(diào)度：通常是優(yōu)先級驅(qū)動的調(diào)度，如uCOS。優(yōu)點是實時性好、反應快，調(diào)度算法相對簡單，可以保證高優(yōu)先級任務的時間約束;缺點是上下文切換多。
(3)非搶占式調(diào)度：通常是按時間片分配的調(diào)度，不允許任務在執(zhí)行期間被中斷，任務一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄，如WinCE。優(yōu)點是上下文切換少;缺點是處理器有效資源利用率低，可調(diào)度性不好。
(4)靜態(tài)表驅(qū)動策略：系統(tǒng)在運行前根據(jù)各任務的時間約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用某種搜索策略生成一張運行時刻表，指明各任務的起始運行時刻及運行時間。
(5)優(yōu)先級驅(qū)動策略：按照任務優(yōu)先級的高低確定任務的執(zhí)行順序。
(6)實時任務分類：周期任務、偶發(fā)任務、非周期任務。
(7)實時系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)模型：數(shù)據(jù)采集任務實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理任務處理采集的數(shù)據(jù)、并將加工后的數(shù)據(jù)送到執(zhí)行機構(gòu)管理任務控制機構(gòu)執(zhí)行。
5、嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)
(1)馮諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序和數(shù)據(jù)的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…
(2)哈佛結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問，是一種將程序存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。例如：AVR、ARM9、ARM10…
(3)CISC與RISC的特點比較(參照教程22頁)。計算機執(zhí)行程序所需要的時間P可以用下面公式計算：P=I×CPI×T
I：高級語言程序編譯后在機器上運行的指令數(shù)。
CPI：為執(zhí)行每條指令所需要的平均周期數(shù)。
T：每個機器周期的時間。
(4)流水線的思想：在CPU中把一條指令的串行執(zhí)行過程變?yōu)槿舾芍噶畹淖舆^程在CPU中重疊執(zhí)行。
(5)流水線的指標：
吞吐率：單位時間里流水線處理機流出的結(jié)果數(shù)。如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率應為最長子過程的倒數(shù)。
建立時間：流水線開始工作到達最大吞吐率的時間。若m個子過程所用時間一樣，均為t，則建立時間T=mt。
(6)信息存儲的字節(jié)順序A、存儲器單位：字節(jié)(8位)
B、字長決定了微處理器的尋址能力，即虛擬地址空間的大小。
C、32位微處理器的虛擬地址空間位232，即4GB。
D、小端字節(jié)順序：低字節(jié)在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)在內(nèi)存高地址處。
E、大端字節(jié)順序：高字節(jié)在內(nèi)存低地址處，低字節(jié)在內(nèi)存高地址處。F、網(wǎng)絡設備的存儲順序問題取決于OSI模型底層中的數(shù)據(jù)鏈路層。
6、邏輯電路基礎
(1)根據(jù)電路是否具有存儲功能，將邏輯電路劃分為：組合邏輯電路和時序邏輯電路。
(2)組合邏輯電路：電路在任一時刻的輸出，僅取決于該時刻的輸入信號，而與輸入信號作用前電路的狀態(tài)無關(guān)。常用的邏輯電路有譯碼器和多路選擇器等。
(3)時序邏輯電路：電路任一時刻的輸出不僅與該時刻的輸入有關(guān)，而且還與該時刻電路的狀態(tài)有關(guān)。因此，時序電路中必須包含記憶元件。觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基礎。常用的時序邏輯電路有寄存器和計數(shù)器等。
(4)真值表、布爾代數(shù)、摩根定律、門電路的概念。
(5)NOR(或非)和NAND(與非)的門電路稱為全能門電路，可以實現(xiàn)任何一種邏輯函數(shù)。
(6)譯碼器：多輸入多輸出的組合邏輯網(wǎng)絡。
每輸入一個n位的二進制代碼，在m個輸出端中最多有一個有效。當m=2n是，為全譯碼;當m<2n時，為部分譯碼。
(7)由于集成電路的高電平輸出電流小，而低電平輸出電流相對比較大，采用集成門電路直接驅(qū)動LED時，較多采用低電平驅(qū)動方式。液晶七段字符顯示器LCD利用液晶有外加電場和無外加電場時不同的光學特性來顯示字符。
(8)時鐘信號是時序邏輯的基礎，它用于決定邏輯單元中的狀態(tài)合適更新。同步是時鐘控制系統(tǒng)中的主要制約條件。
(9)在選用觸發(fā)器的時候，觸發(fā)方式是必須考慮的因素。觸發(fā)方式有兩種：電平觸發(fā)方式：具有結(jié)構(gòu)簡單的有點，常用來組成暫存器。
邊沿觸發(fā)方式：具有很強的抗數(shù)據(jù)端干擾能力，常用來組成寄存器、計數(shù)器等。
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