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1、嵌入式系统设计师考试笔记之嵌入式系统根底学问一, 引言自嵌入式系统设计师考试复习笔记之存储管理篇在嵌入式在线的博客出现后，意外的得到许多挚友的关注和评论，收到不少挚友的邮件，问一些有关考试的问题，盼望得到我的复习笔记的其他局部。我特别感谢他们，他们的热切关注，使我有了接着往下写的无限动力，使我萌生了将我以前的复习笔记, 考试经验结合大纲教程并重新按教程的章节依次整理一份适合考生复习的笔记手册，笔记后面再分析历年的真题，按章节考点找出相关的考题进展分析，盼望能和有爱好的人们一起探讨探讨。嵌入式系统设计师的一天考试分为上午和下午局部，两局部的考试方式, 试题难度, 考点分布和复习方法都是不同的。这
2、次我们探讨的是嵌入式系统根底学问，我本人觉得，这局部出下午大题的可能性不大，主要是分布在上午的75道选择题之中。从历年的真题和考试大纲来看，上午的选择题主要考察一些根本概念，重要原理的理解，一些关键技术和一些重要的原理引申出来的简洁计算。依据这些考试特点，复习的时候可以采纳适当的策略，当然每个人的方法都是不一样的，适合自己的方法才是最好的方法。方法大家可以自己渐渐去体会，我的也不多说了，通过笔记和真题分析就可以表达处理。对于许多关键的学问点和根本概念，除了记住之外还要彻底理解，否那么出题的时候会进展一些变换，或者引申一些计算，那么就算你知道考那个考点，可能你也做不好。在复习的过程中，你要记住：
3、你不是要考一个很高的分数，而是要考一个通过的分数，在复习过程中可以放弃一些内容，只要保证在大局部根本概念，关键技术，重要原理和历年考点上都把握住，能够拿到须要的分数就可以了。二, 复习笔记1, 嵌入式系统的定义 1定义：以应用为中心，以计算机技术为根底，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能, 牢靠性, 本钱, 体积, 功耗严格要求的专用计算机系统。2嵌入式系统开展的4个阶段：无操作系统阶段, 简洁操作系统阶段, 实时操作系统阶段, 面对Internet阶段。3学问产权核IP核：具有学问产权的, 功能详细, 接口标准, 可在多个集成电路设计中重复运用的功能模块，是实现系统芯片SOC的根本构件。4IP
4、核模块有行为, 构造和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核, 固核, 硬核。2, 嵌入式系统的组成：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运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别离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的详细状况，依据BS
5、P层供应的接口开发即可。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须要完成两局部工作：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：包含软硬件两局部在内的初始化过程，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，进展操作系统的初始化。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根底和开发平台。4应用软件：由基于实时系统开发的应用程序
6、组成。3, 实时系统1定义：能在指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部, 同步或异步时间做出响应的系统。2区分：通用系统一般追求的是系统的平均响应时间和用户的运用便利；而实时系统主要考虑的是在最坏状况下的系统行为。3特点：时间约束性, 可预料性, 牢靠性, 及外部环境的交互性。4硬实时强实时：指应用的时间需求应能够得到完全满足，否那么就造成重大平安事故，甚至造成重大的生命财产损失和生态破坏，如：航天, 军事。5软实时弱实时：指某些应用虽然提出了时间的要求，但实时任务间或违反这种需求对系统运行及环境不会造成严峻影响，如：监控系统, 实时信息采集系统。6任务的约束包括：时间约束, 资源约束,
7、 执行依次约束和性能约束。4, 实时系统的调度1调度：给定一组实时任务和系统资源，确定每个任务何时何地执行的整个过程。2抢占式调度：通常是优先级驱动的调度，如uCOS。优点是实时性好, 反响快，调度算法相对简洁，可以保证高优先级任务的时间约束；缺点是上下文切换多。3非抢占式调度：通常是按时间片安排的调度，不允许任务在执行期间被中断，任务一旦占用处理器就必需执行完毕或自愿放弃，如WinCE。优点是上下文切换少；缺点是处理器有效资源利用率低，可调度性不好。4静态表驱动策略：系统在运行前依据各任务的时间约束及关联关系，采纳某种搜寻策略生成一张运行时刻表，指明各任务的起始运行时刻及运行时间。5优先级驱
8、动策略：依据任务优先级的上下确定任务的执行依次。6实时任务分类：周期任务, 偶发任务, 非周期任务。7实时系统的通用构造模型：数据采集任务实现传感器数据的采集，数据处理任务处理采集的数据, 并将加工后的数据送到执行机构管理任务限制机构执行。5, 嵌入式微处理器体系构造 1冯诺依曼构造：程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，采纳单一的地址及数据总线，程序和数据的宽度一样。例如：8086, ARM7, MIPS 2哈佛构造：程序和数据是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址, 独立访问，是一种将程序存储和数据存储分开的存储器构造。例如：AVR,
9、 ARM9, ARM103CISC及RISC的特点比拟参照教程22页。 计算机执行程序所须要的时间P可以用下面公式计算： P=ICPIT I：高级语言程序编译后在机器上运行的指令数。 CPI：为执行每条指令所须要的平均周期数。 T：每个机器周期的时间。4流水线的思想：在CPU中把一条指令的串行执行过程变为假设干指令的子过程在CPU中重叠执行。5流水线的指标： 吞吐率：单位时间里流水线处理机流出的结果数。假如流水线的子过程所用时间不一样长，那么吞吐率应为最长子过程的倒数。 建立时间：流水线开场工作到达最大吞吐率的时间。假设m个子过程所用时间一样，均为t，那么建立时间Tmt。6信息存储的字节依次
10、A, 存储器单位：字节8位 B, 字长确定了微处理器的寻址实力，即虚拟地址空间的大小。 C, 32位微处理器的虚拟地址空间位232，即4GB。 D, 小端字节依次：低字节在内存低地址处，高字节在内存高地址处。 E, 大端字节依次：高字节在内存低地址处，低字节在内存高地址处。 F, 网络设备的存储依次问题取决于OSI模型底层中的数据链路层。6, 逻辑电路根底1依据电路是否具有存储功能，将逻辑电路划分为：组合逻辑电路和时序逻辑电路。2组合逻辑电路：电路在任一时刻的输出，仅取决于该时刻的输入信号，而及输入信号作用前电路的状态无关。常用的逻辑电路有译码器和多路选择器等。3时序逻辑电路：电路任一时刻的输
11、出不仅及该时刻的输入有关，而且还及该时刻电路的状态有关。因此，时序电路中必需包含记忆元件。触发器是构成时序逻辑电路的根底。常用的时序逻辑电路有存放器和计数器等。4真值表, 布尔代数, 摩根定律, 门电路的概念。教程28, 29页5NOR或非和NAND及非的门电路称为全能门电路，可以实现任何一种逻辑函数。6译码器：多输入多输出的组合逻辑网络。 每输入一个n位的二进制代码，在m个输出端中最多有一个有效。 当m2n是，为全译码；当m2n时，为局部译码。7由于集成电路的高电平输出电流小，而低电平输出电流相比照拟大，采纳集成门电路干脆驱动LED时，较多采纳低电平驱动方式。液晶七段字符显示器LCD利用液晶
12、有外加电场和无外加电场时不同的光学特性来显示字符。8时钟信号是时序逻辑的根底，它用于确定逻辑单元中的状态相宜更新。同步是时钟限制系统中的主要制约条件。9在选用触发器的时候，触发方式是必需考虑的因素。触发方式有两种： 电平触发方式：具有构造简洁的有点，常用来组成暂存器。 边沿触发方式：具有很强的抗数据端干扰实力，常用来组成存放器, 计数器等。7, 总线电路及信号驱动1总线是各种信号线的集合，是嵌入式系统中各部件之间传送数据, 地址和限制信息的公共通路。在同一时刻，每条通路途路上能够传输一位二进制信号。依据总线所传送的信息类型，可以分为：数据总线DB, 地址总线AB和限制总线CB。2总线的主要参数
13、： 总线带宽：肯定时间内总线上可以传送的数据量，一般用MByte/s表示。 总线宽度：总线能同时传送的数据位数bit，即人们常说的32位, 64位等总线宽度的概念，也叫总线位宽。总线的位宽越宽，总线每秒数据传输率越大，也就是总线带宽越宽。 总线频率：工作时钟频率以MHz为单位，工作频率越高，那么总线工作速度越快，也即总线带宽越宽。 总线带宽 总线位宽总线频率/8， 单位是MBps。 常用总线：ISA总线, PCI总线, IIC总线, SPI总线, PC104总线和CAN总线等。3只有具有三态输出的设备才能够连接到数据总线上，常用的三态门为输出缓冲器。4当总线上所接的负载超过总线的负载实力时，必
14、需在总线和负载之间加接缓冲器或驱动器，最常用的是三态缓冲器，其作用是驱动和隔离。5采纳总线复用技术可以实现数据总线和地址总线的共用。但会带来两个问题： A, 须要增加外部电路对总线信号进展复用解耦，例如：地址锁存器。 B, 总线速度相对非复用总线系统低。6两类总线通信协议：同步方式, 异步方式。7对总线仲裁问题的解决是以优先级优先权的概念为根底。8, 电平转换电路1数字集成电路可以分为两大类：双极型集成电路TTL, 金属氧化物半导体MOS。2CMOS电路由于其静态功耗极低，工作速度较高，抗干扰实力较强，被广泛运用。3解决TTL及CMOS电路接口困难的方法是在TTL电路输出端及电源之间接一上拉电
15、阻R，上拉电阻R的取值由TTL的高电平输出漏电流IOH来确定，不同系列的TTL应选用不同的R值。9, 可编程逻辑器件根底详细参见教程51到61页 这方面的内容，从总体上有个概念性的相识应当就可以了。10, 嵌入式系统中信息表示及运算根底1进位计数制及转换：这样比拟简洁，也应当驾驭怎么样进展换算，有出题的可能。2计算机中数的表示：源码, 反码及补码。 正数的反码及源码一样，负数的反码为该数的源码除符号位外按位取反。 正数的补码及源码一样，负数的补码为该数的反码加一。 例如98的源码：11100010B 反码：10011101B 补码：10011110B3定点表示法：数的小数点的位置人为约定固定不
16、变。 浮点表示法：数的小数点位置是浮动的，它由尾数局部和阶数局部组成。 随意一个二进制N总可以写成：N=2PS。S为尾数，P为阶数。4汉字表示法教程67, 68页，搞清晰GB2318-80中国标码和机内码的变换。5语音编码中波形量化参数可能会出简洁的计算题目哦 采样频率：一秒内采样的次数，反映了采样点之间的间隔大小。 人耳的听觉上限是20kHz，因此40kHz以上的采样频率足以使人满足。 CD唱片采纳的采样频率是44.1kHz。 测量精度：样本的量化等级，目前标准采样量级有8位和16位两种。 声道数：单声道和立体声双道。立体声须要两倍的存储空间。11, 过失限制编码 1依据码组的功能，可以分为
17、检错码和纠错码两类。检错码是指能自动发觉过失的码，例如奇偶检验码；纠错码是指不仅能发觉过失而且能自动订正过失的码，例如循环冗余校验码。2奇偶检验码, 海明码, 循环冗余校验码CRC。教程70到77页12, 嵌入式系统的度量工程1性能指标：分为部件性能指标和综合性能指标，主要包括：吞吐率, 实时性和各种利用率。2牢靠性及平安性 牢靠性是嵌入式系统最重要, 最突出的根本要求，是一个嵌入式系统能正常工作的保证，一般用平均故障间隔时间MTBF来度量。3可维护性：一般用平均修复时间MTTR表示。4可用性5功耗6环境适应性7通用性8平安性9保密性10可扩展性性价比中的价格，除了干脆购置嵌入式系统的价特别，
18、还应包含安装费用, 假设干年的运行修理费用和软件租用费。13, 嵌入式系统的评价方法：测量法和模型法1测量法是最干脆最根本的方法，须要解决两个问题： A, 依据探讨的目的，确定要测量的系统参数。 B, 选择测量的工具和方式。2测量的方式有两种：采样方式和事务跟踪方式。3模型法分为分析模型法和模拟模型法。分析模型法是用一些数学方程去刻画系统的模型，而模拟模型法是用模拟程序的运行去动态表达嵌入式系统的状态，而进展系统统计分析，得出性能指标。4分析模型法中运用最多的是排队模型，它包括三个局部：输入流, 排队规那么和效劳机构。5运用模型对系统进展评价须要解决3个问题：设计模型, 解模型, 校准和证明模
19、型。三, 真题解析1, 2007年4, 5题假设每一条指令都可以分解为取指, 分析和执行三步。取指时间t取指4t，分析时间t分析3t，执行时间t执行5t。假如按串行方式执行完100条指令须要 4 t。假如依据流水线方式执行，执行完100条指令须要 5 t。4A. 1190 B. 1195 C. 1200 D. 12055A. 504 B. 507 C. 508 D. 510 ：C, B考察流水线技术学问点。依据串行的方式，执行完一条指令才能执行下一条指令，那么执行完100条指令的时间为：4351001200依据流水线的方式，可以同时执行多条指令。在第一条指令进展分析的时候，第二条指令已经开场取
20、指；当第一条指令进展执行的时候，第二条指令进展分析，第三条指令取指；当第二条指令进展执行完的时候，第三条指令已经分析完成。依此类推，当第一条指令完成之后，每一个执行的周期就可以完成一条指令。须要留意的是，假如流水线的子过程所用时间不一样长，那么吞吐率应以最长子过程来计算。因此，我们可以计算得100条指令的执行时间为：43510015507。2, 2007年24题某总线有104根信号线，其中数据总线DB32根，假设总线工作频率为33MHz，那么其理论最大传输率为 24 。注：此题答案中的B表示Byte24A. 33 MB/s B. 64MB/s C. 132 MB/s D. 164 MB/s：C
21、考察总线这个学问点。依据上面的笔记，总线带宽 总线位宽总线频率/8=3233/8132MB/s。3, 2007年26题某存储器数据总线宽度为32bit，存取周期为250ns，那么该存储器带宽为 26 。注：此题答案中的B表示Byte26A. 8106B/s B. 16106B/s C. 16108B/s D. 32106B/s：B考察总线这个学问点。存储器带宽即总线带宽，总线频率为：1/250ns=4106存储器带宽为：324106/816106B/s4, 2007年27题处理机主要由处理器, 存储器和总线组成，总线包括 27 。27A. 数据总线, 串行总线, 逻辑总线, 物理总线B. 并行
22、总线, 地址总线, 逻辑总线, 物理总线C. 并行总线, 串行总线, 全双工总线D. 数据总线, 地址总线, 限制总线：D考察总线这个学问点，根本概念的考察。5, 2007年35题三极管是可控的开关器件，其饱和及截止状态分别对应开关的接通和断开状态。UBE为基极输入电压，VTH为基极域值电压，假如UBEVTH，开关应处于 35 状态。35A. 接通 B. 三态 C. 断开 D. 高阻：C考察电路中最根本的根底学问点，我觉得做不对的根本不能算嵌入式系统开发入门。6, 2007年36题如下列图所示，假设低位地址A0-A11接在内存芯片地址引脚上，高位地址A12-A19进展片选译码其中，A14和A1
23、6没有参与译码，且片选信号低电平有效，那么对下列图所示的译码器，不属于此译码空间的地址为 36 。36A. AB000HABFFFH B. BB000HBBFFFHC. EF000HEFFFFH D. FE000HFEFFFH：D考察数字电路中译码学问和存储系统中统一编址的问题，相对来说，这个题目有点难度，但是对于学习过和亲身做过单片机的兄弟来说，最根本不过了。7, 2007年46题46 完全把系统软件和硬件局部隔离开来，从而大大提高了系统的可移植性。46A. 硬件抽象层 B. 驱动映射层 C. 硬件交互层 D. 中间层：A考察嵌入式系统组成中的概念。8, 2006年3题 设指令由取指, 分析
24、, 执行3个子部件完成，每个子部件的工作周期为t，采纳常规标量单流水线处理机。假设连续执行10条指令，那么共须要时间3t。3A.8 B.10 C：C考察流水线技术学问点。31011129, 2006年4, 5题某计算机的时钟频率为400MHz，测试计算机的程序运用4种类型的指令。每种指令的数量及所须要的指令时钟数CPI如下表所示，那么该计算机的指令平均时钟数为4；该计算机的运算速度为5MIPS。指令类型指令数目条每条指令须要的时钟数11600001230000232400044160008：B, C考察指令运行方面的简洁计算。平均时钟数1600002300004240008MIPS是指每秒种执
25、行多少百万条指令，即106。9, 2006年12题 计算机要对声音信号进展处理时，必需将它转换为数字声音信号。最根本的声音信号数字化方法时取样量化法。假设量化后的每个声音样本用2个字节表示，那么量化辨别率是121024：C考察声音编码种量化计算的学问点。2个字节是16位，其量化辨别率位1/2161/65536。10, 2006年13题 某幅图像具有640480个象素点，假设每个象素具有8位的颜色深度，那么可表示13种不同的颜色，经过5：1压缩后，其图像数据须要占用14Byte的存储空间。13A.8B.25614A.61440B.307200：B, A考察图像数据存储计算的学问点。8位颜色深度可
26、以表示28256种颜色深度。经过5：1压缩后的数据大小为：6404808/8/561440。11, 2006年23题 假设某逻辑门输入A, B和输出F的波形如下列图所示，那么F(A,B)的表达式为2323A.F=A BB.F=A+B C.F=A异或BD.F=AB的非 _ _A_| |_| |_ _B_| |_ _F_| |_：C考察数字电路的最根本学问点，我觉得这个都搞不清晰很难通过这个考试。12, 2006年24题 一个4位的二进制计数器，由0000状态开场，经过25个时钟脉冲后，该计数器的状态为2424A.1100B.1000：C考察数字电路的最根本学问点，相对上面一题有点难，须要对计数器
27、的工作原理有比拟清晰的理解。这个也是搞嵌入式系统的根底中的根底，参考教程38页或相关的数电书籍。4位的计数器，其计数范围是2416，0000开场经过16个时钟脉冲之后又回到了开场的状态0000。25169，所以说经过25个时钟之后，其计数器的数值应当是91001。13, 2006年25题稳压二极管构成的稳压电路的接法是2525 A.稳压管及负载电阻串联。B.稳压管及限流电阻并联。C.限流电阻及稳压管串联后，在及负载电阻串联。D.限流电阻及稳压管串联后，在及负载电阻并联。：D考察模拟电路的最根本学问点，实在太简洁，不知道从那里开场分析了。14, 2006年26题 以下表达中，不符合RISC指令系
28、统特点的是2626 A.指令长度固定，指令种类少。B.寻址方式种类丰富，指令功能尽量增加。C.设置大量通用存放器，访问存储器指令简洁。D.选取运用频率较高的一些简洁指令。：B考察RISC及CICS的区分，考生应当清晰他们的区分，参与教程22页。15, 2006年27题 通常所说的32位微处理器是指27：C考察字长的概念和总线宽度的理解，参与教程25页。16, 2006年28题在32位总线系统中，假设时钟频率为500MHz，传送一个32位字须要5个时钟周期，那么该总线系统的数据传送速率为28MB/s。：B考察总线和数据传输方面的学问点。5个时钟周期可以传送4个Byte。每秒中可以传送：4500/
29、5400MB/s。17, 2006年30题评价一个计算机系统时，通常主要运用30来衡量系统的牢靠性。30B.平均无故障时间MTBF：B考察嵌入式系统性能评价中重要学问点。看过了就会做，每什么分析的，参见教程77页。四, 小结 就我个人的意见，从内容来看，嵌入式系统根底学问的范围很广，学问点许多，而且没有很强的逻辑性，显得比拟凌乱，很难将他们有序的组织在一起。但是也不要胆怯，内容虽然多而乱，但是考试的题目都比拟简洁，有些题目几乎是所见即所得。只要你做过嵌入式或者单片机方面的工作，你都能做出来。一些计算的题目也是一些根本概念的延长。通过分析历年的真题，一方面可以把握考试的出题方式和考试难度，同时可以把握这局部内容的出题方向和复习的方法。从两年的考试题目数量分布来看，06年10道，07年7道，数量有所较少，但是我觉得这不是一个趋势，08年应当不会少于7道题目的。这局部在嵌入式系统设计里面是相当重要的，有一个良好的根底才能做好下面的事情。假如复习得好，将这7, 8分题目拿到手，那么你离45分左右的及格线又迈进了一大步了。 祝打算考试的挚友，一路顺风顺水，考试顺顺当利。