0522《嵌入式系统》2018 年 6 月期末考试指导一、考试说明（一）说明满分为 100 分，考试时间为 90 分钟, 考试形式为开卷。（二）题型及各题型所占分数和相应的答题技巧1．单项选择（每题 2 分，共 5 题，总计 10 分）答题技巧：单项选择题可以考虑排除法等选择技巧。2．填空题（每空 2 分，共 5 空，总计 10 分）答题技巧：填空题大家要细心，三五原则，类似三、五个/种（模型、类型、原则等）是常考内容。3．简答题（每题 10 分，共 4 题，总计 40 分）答题技巧：需要答出与问题相关的重要知识点（即讲义与课件中的知识点），如需要，可对相关内容展开阐述。4.应用题（每题 20 分，共 2 题，总计 40 分）答题技巧：掌握基本的原理，分析可能用到的原理、方法，先将原理、方法描述清楚。二、复习重点内容第 1 章 嵌入式系统概述1 嵌入式系统的定义以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。2.嵌入式片上系统（SoC）System on Chip，从狭义角度讲，它是信息系统的芯片集成，是将系统集成在一块芯片上。从广义角度讲，SoC 就是一个微小型系统 。SoC 不是各个芯片功能的简单叠加，而是从整个系统的功能和性能出发，用软硬结合的设计和验证方法，利用 IP 复用及深亚微米技术，在一个芯片上实现复杂的功能 SoC 是 ASIC 设计方法学中的新技术。3. 嵌入式系统热点应用信息家电车载系统军事工业医疗器械4.嵌入式计算机内核分类 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)  嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)  嵌入式 DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)  嵌入式片上系统(System On Chip) 第 2 章 嵌入式体系结构1. 冯.诺依曼结构五大部件：ALU，Controller, Memory, Input,Output核心部件：早期是 CPU，后来是 Memory采用存储程序(stored program)的思想，即程序以数字形式存在，可以和数据一样被读写， 存贮在 Memory 中，指令被逐条调入 CPU 内执行，指令按照顺序运行（允许跳转）。2、哈佛体系结构 程序与数据有单独的存储器 PC 只能指向程序存储器 目前仍然广泛应用 指令 cache 与数据 cache 适用于实时信号处理（大部分的 DSP） 大量数据流入计算机 数据必须在精确的时间内处理完成3、RISC 与 CISC CISC：复杂指令系统计算机 RISC：精简指令系统计算机 RISC 一般性能比 CISC 高4. ARM 基本数据类型32 位长的字或 4 个 8bit 的字地址： 32 位地址长度 可以配置为低序或者高序 字的最低位放最低位字节（低序） 字的最低位放最高位字节（高序）5.Load-Store 结构数据必须装载到寄存器才能运算Load 从内存装到寄存器Store 从寄存器存储到内存6.ARM 汇编算术运算指令Add 加Adc 进位加Sub 减Sbc 进位减Rsb：逆减Rsc：进位逆减Mul：乘Mla：乘且累加7.移位运算 And：按位与 Orr：按位或 EOR：按位异或 BIC：位清除8.ARM 汇编移位运算指令LSL：逻辑左移（添 0）LSR：逻辑右移（添 0） ASL：算术左移ASR：算术右移ROR：循环右移RRX：带进位位的循环右移9.比较指令 CMP：比较 CMN：比较求反 TST：按位测试 TEQ：按位测试求反10.移动指令 MOV：移动 MVN：移动求反11.内存访问指令 LDR：装入 STR：存储 LDRH：装入半字 STRH：存储半字 LDRSH：装入半个带符号字 LDRB：装入字节 STRB：存储字节 ADR：设置寄存器为地址12.立即数寻址 Add r0, r1, #213.寄存器间接寻址 LDR r0, [r1, #4]14.自动变址 LDR r0，[r1, #16]! r1 的内容加 16，然后用这个新值作为地址15.BEQ 指令当 CPSR 寄存器中的 Z 条件码置位时，程序跳转到标号 Label 处执行。BEQ 是跳转指令，但是跳转要满足一定的条件，例：CMP777 R1，#0777 BEQ7 Label777 即当 R1 和 0 相等的时候程序跳到标号 Label 处执行 16ARM 处理器常用的寻址方式常用的寻址方式有立即数寻址、寄存器寻址、基址寻址等。其中获取操作数最慢的方式是基址寻址。Add r0, r1, #2 为立即数寻址。17.总线总线的带宽指的是一定时间内总线上可传送的数据量，即我们常说的每秒钟传送多少MB 的最大稳态数据传输率。与总线带宽密切相关的两个概念是总线的位宽和总线的工作时钟频率。总线理论最大传输速率=总线工作时钟频率*数据总线位宽/8。总线的位宽指的是总线能同时传送的数据位数，即我们常说的 32 位、64 位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽则总线每秒数据传输率越大，也即总线带宽越宽。总线的工作时钟频率以 MHz 为单位，工作频率越高则总线工作速度越快，也即总线带宽越宽。总线由数据总线、地址总线、控制总线组成。数据总线负责转送数据、缓冲、锁存等、地 址总线负责地址信息传送，为单向总线，控制总线负责控制信号传送，包括内存读写、 IO 读写、总线仲裁等。总线的拓扑结构可以采用包括线形总线，星型总线，环型总线，网状型总线等。18.触摸屏嵌入式系统中的触摸屏分为电阻式、电容式和电感式三种。 第 4 章 网络通讯及协议以及系统介绍1.TCP/IP 协议简介 TCP/IP 协议是一套把因特网上的各种系统互连起来的协议组，保证因特网上数据的准确快速传输 参考开放系统互连(OSI)模型，TCP/IP 通常采用一种简化的四层模型 ：应用层传输层网络层链路层 2. 其它协议ＡＲＰ协议为３２位ＩＰ地址到对应的４８位以太网地址之间提供动态映射。嵌入式系统中仅响应ＡＲＰ请求，发送ＡＲＰ回答包。请求者广播出包含ＡＲＰ请求的以太帧、目的以太网地址为全１的广播地址。本机收到后，由目的ＩＰ地址发现自己是目的主机，发送一个ＡＲＰ回答。ＩＣＭＰ通过ＩＰ协议传输其报文。ＩＰ协议是无连接的，它无法将报文和错误信息传到最初的主机，ＩＣＭＰ将状态信息和错误信息发送到发报文的主机。 3 嵌入式 Linux 驱动程序 Linux 设备驱动程序分类Linux 系 统 的设 备 分为字 符 设备(char device) ， 块 设备(block device) 和 网络设 备(network device)三种 字符设备是指存取时没有缓存的设备。块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取(random access)网络设备在 Linux 里做专门的处理  网络设备:以太网对应于 ISO 网络分层中的数据链路层和物理层.以太网接口包括了介质访问控 制子层（MAC）和物理层（PHY）。4.操作系统简介定义：操作系统主要负责管理系统资源，并调度对系统中各类资源的使用。传统的 OS 是“通用系统”。而许多嵌入 OS 系统则是“专用系统”，它为特殊领域专门的应用而设计。在此种系统中，系统包含有控制某实时过程和处理特定信息的专用应用程序。5.嵌入式操作系统简介改造需求：1.体积裁剪：采用微内核结构，只是把少量的本质的功能放入内核中，如中断、进程间通讯 IPC 和基本的调度等功能放入微内核。而其他的操作系统功能全由运行在用户态的进程提供。微内核方法简化了操作系统的实现，并提供了灵活性，适合于分布式应用环境。2.响应实时性:处理时间和真空时间相适应6.嵌入式操作系统的定义嵌入式操作系统：支持嵌入式系统的工作的操作系统。嵌入式系统一般具有实时特点，通常把嵌入式操作系统和实时操作系统不加区别对待。第 5 章 嵌入式系统开发1.嵌入式文件系统文件系统是文件的数据结构或组织方法，是操作系统中最直观的部分，用户通过文件直接地和操作系统交互。操作系统需要为计算机提供数据计算和数据存储的功能，这些数据也是通过文件系统直观地存储在介质上，操作系统则按照自己的数据格式管理这些文件。嵌入式文件系统就是在嵌入式系统中应用的文件系统。嵌入式文件系统是嵌入式系统的一个重要组成部分，随着嵌入式系统硬件设备的广泛应用和价格的不断降低以及嵌入式系统应用范围的不断扩大，嵌入式文件系统的重要性显得更加突出。2.嵌入式 Linux 文件系统框架在 Unix 操作系统中，磁盘上的文件大致是按照树的形式来组织系统中通过连接将“树”上的“叶子”连接到其他的“叶子”或者“分支处”3.JFFS2 嵌入式文件系统Linux 启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系统会出错而退出启动。之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的文件系统。什么是根文件系统 系统挂载的第一个文件系统 本质来说，根文件系统就是一种目录结构 根文件系统和普通的文件系统的区别在于，根文件系统要包括 Linux 启动时所必需的目录和关键性的文件4.BIOS 启动上电自检 POST(Power On Self Test)对系统内的硬件设备进行监测和连接最后，BIOS 将从软盘或硬盘上读入 Boot Loader.如果从硬盘启动，BIOS 将读入该盘的零柱面零磁道 1 扇区（MBR）,这个扇区上就放着 Boot Loader. 除了启动程序，BIOS 还提供了一组中断以便于对硬件设备的访问。我们知道，当键盘上的某一键被按下，CPU 就会产生一个中断并把这个键的信息读入。在操作系统没有被装入以前（Bootsect.S 还没有被读入），中断的响应程序由 BIOS提供。5.Boot LoaderBoot Loader 是一段汇编代码，存放在 MBR 中，它的主要作用就是将系统启动代码读入内存。因为在启动过程中，BIOS 会把 Boot Loader 读入内存，并把控制权交给它。MBR（硬盘启动）内的代码就是 Boot Loader 或者它的一部分，为了说明 Boot loader 的实现，先解释磁盘结构。一个硬盘在 DOS 文件系统下可被分为四个基本分区，可以把一个基本分区定义为一个扩展分区，然后再把这个基本分区分为一个或多个逻辑分区。整个硬盘的分区表存放在硬盘的第一个扇区（MBR），每个扩展分区也对应一个分区表，它存放在该扩展分区对应的第一个扇区里。除主引导扇区外，每个基本分区和扩展分区也有自己的引导扇区，结构与 MBR 相同，但逻辑分区的引导扇区不能用于启动。如果是硬盘启动，Boot Loader 将查找主分区表中标记为活动分区的表项，把该表项对应的分区的引导扇区读入，然后将控制权交给该扇区内的引导程序。如果计算机上装有不只一个操作系统，仅仅 MS-DOS 的 Boot Loader 无法完成这种工作，需要一个可以多重起动的工具，下面介绍 Linux 下最常用的 LILO.LILO 实际上是一个在 Linux 环境下编写的 Boot Loader 程序，主要功 能是 引导Linux 操作系统的启动。LILO 的功能实际上是有几个程序共同实现的，它们是： （1）Map Installer 这是 LILO 用于管理启动文件的程序。它将 boot loader 写入引导分区，创建纪录文件以映射内核的启动。 （2）The boot loader 它负责把 Linux 内核或其他操作系统的引导分区读入内存。还提供命令行接口，让用户选择从哪个操作系统启动和加入启动参数。 （3）其他文件：主要包括用于存放 Map Installer 记录的 map 文件和存放 LILO配置信息的配置文件。从代码分析层次认识 LILO 运行过程6.RTOS 常用的任务间通讯方法共享内存（全局变量、数组、结构体）管道(pipe)信号灯(semaphore)消息队列 (message queue)。7.VxWorks 任务操作taskSpawn() 发起任务 taskDelete() 删除任务taskDeleteForce() 删除设置了安全保护的任务 taskSafe() 设置任务的安全保护 taskUnsafe() 取消任务的安全保护 taskSuspend() 挂起一个任务 taskResume() 使任务退出挂起状态 taskPrioritySet() 设定任务的优先级 taskPriorityGet() 获得任务的优先级 taskLock() 锁定任务调度 taskUnLock() 重新允许任务调度 taskIdSelf() 获得任务本身的 IDtaskIdVerify() 判断 ID 对应的任务是否仍然存在 taskDelay() 延迟 taskTcb 获得任务的控制块 TCB8.看门狗（watchdog）功能看门狗（watchdog)功能实现了定时触发任务。这是一种硬件轮询定时（ P ollingWatchdog)的机制，这种方法主要是为了解决接收处理中的等待时延问题。基本思想就是在轮询接收开始时设置一个看门狗定时器，以满足业务的最小时延要求，而且中断要在接收超时才产生。广泛应用于工业控制、数据采集、网络通信等领域中需要定时、例行的任务。三、重点习题（一）单项选择题1、EEPROM 的全称是： （）A. 阵列写可编程只读存储器 B. 紫外线可擦写可编程只读存储器C. 电可擦写可编程只读存储器 D. 高速写可编程只读存储器2、系统响应时间和作业吞吐量是衡量计算机系统性能的重要指标。对于一个持续处理业务的系统而言，以下对性能描述正确的是（）A. 响应时间越短，作业吞吐量越小 B. 响应时间越短，作业吞吐量越大C. 响应时间越长，作业吞吐量越大 D. 响应时间不会影响作业吞吐量3、C 语言程序中（ ）嵌套加入汇编程序模块。A. 不可以 B. 可以 C. 有条件的 D. 不确定4、实时操作系统中，两个任务并发执行，一个任务要等待其合作伙伴发来信息，或建立某个条件后再向前执行，这种制约性合作关系被称为（ ）。 A. 同步 B. 互斥 C. 调度 D. 执行5、CISC 是（ ）。A. 复杂指令系统计算机 B. 精简指令系统计算机C. 扩展指令系统计算机 D. 多媒体指令系统计算机6、 CISC 是（）A.复杂指令系统计算机 B. 精简指令系统计算机C. 扩展指令系统计算机 D. 多媒体指令系统计算机（二）填空题1.CISC 一般性能比 RISC（高或低）。2.BGT 指令主要用于对（有符号数或者无符号数）比较，当判断结果为（数值大小关系）时跳转。3、以太网接口电路主要由 和物理层接口两大部分构成。 4、JFFS2 在 Linux 中一种是作为 文件系统，另一种是作为普通文件系统在系统启动后被挂载。（三）简答题1.简述嵌入式文件系统。2.简述 SoC 系统。3、简述嵌入式操作系统与通用操作系统的区别。 4、简述看门狗定时器的作用及必要性。（四）应用题1.请列写出嵌入式系统中 DMA 控制流程(请求信号 HRQ)。2、阅读以下代码，试述该代码完成的主要功能。ADR r4, aLDR r0, [r4]ADR r4, bLDR r1, [r4]CMP r0, r1BGE lgblockMOV r0, #12ADR r4, xSTR r0, [r4]B otherslgblock: ADR r4, cLDR r0, [r4]ADR r4, xSTR r0,[r4]others:四、重点习题参考答案(开卷考试只给出客观题）（一）单项选择题1 C， 2B，3B，4A，5A，6A（二）填空题1.低 2.有符号数，大于 3、MAC 控制器 4、根本考试指导只适用于 201803 学期 6 月期末考试使用，包括正考和重修内容。指导中的章节知识点涵盖考试所有内容，给出的习题为考试类型题，习题答案要点只作为参考，详见课程讲义或笔记。如果在复习中有疑难问题请到课程答疑区提问。最后祝大家考试顺利！