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嵌入式系统设计师考试笔记之嵌入式系统基础知识

作者： intq 时间： 2009-9-21 文章来源：来自网络

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，意外的得到很多朋

友的关注和评论，收到不少朋友的邮件，问一些有关考试的问题，希望得到我的复习笔记的其他部分。我

非常感谢他们，他们的热切关注，使我有了继续往下写的无限动力，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》的章节顺序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行分析，希望能和有兴趣的人们一起讨论讨论。

嵌入式系统设计师的一天考试分为上午和下午部分，两部分的考试方式、试题难度、考点分布和复习

方法都是不同的。这次我们讨论的是嵌入式系统基础知识，我本人觉得，这部分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查一些基本概念，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单计算。根据这些考试特点，复习的时候可以采用适当的策略，当然每

个人的方法都是不一样的，适合自己的办法才是最好的办法。方法大家可以自己慢慢去体会，我的也不多

说了，通过笔记和真题分析就可以体现处理。对于很多关键的知识点和基本概念，除了记住之外还要彻底

理解，否则出题的时候会进行一些变换，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：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，只要保证在大部分基本概念，关键技术，重要原理和历年考点上都把握住，能够拿到

需要的分数就可以了。

二、复习笔记

1 、嵌入式系统的定义

（ 1 ）定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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 ）嵌入式系统发展的 4 个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向

Internet 阶段。

（ 3 ）知识产权核（ IP 核）：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使

用的功能模块，是实现系统芯片（ SOC ）的基本构件。

（ 4 ） IP 核模块有行为、结构和物理 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。

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 ）区别：通用系统一般追求的是系统的平均响应时间和用户的使用方便；而实时系统主要考虑的是

在最坏情况下的系统行为。

（ 3 ）特点：时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。

（ 4 ）硬实时（强实时）：指应用的时间需求应能够得到完全满足，否则就造成重大安全事故，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，但实时任务偶尔违反这种需求对系统运

行及环境不会造成严重影响，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、执行顺序约束和性能约束。

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、反应快，调度算法相对简单

，

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：通常是按时间片分配的调度，不允许任务在执行期间被中断，任务一旦占用处理

器就必须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：系统在运行前根据各任务的时间约束及关联关系，采用某种搜索策略生成一张

运行时刻表，指明各任务的起始运行时刻及运行时间。

（ 5 ）优先级驱动策略：按照任务优先级的高低确定任务的执行顺序。

（ 6 ）实时任务分类：周期任务、偶发任务、非周期任务。

（ 7 ）实时系统的通用结构模型：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控制机构执行。

（ 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，而与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：电路任一时刻的输出不仅与该时刻的输入有关，而且还与该时刻电路的状态有关

。

因此，时序电路中必须包含记忆元件。触发器是构成时序逻辑电路的基础。常用的时序逻辑电路有寄存器

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）

（ 5 ） NOR （或非）和 NAND （与非）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 m ＝ 2

是，为全译码；当 m<2

时，为部分译码。

（ 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对比较大，采用集成门电路直接驱动 LE D

时，较多采用低电平驱动方式。液晶七段字符显示器 LCD 利用液晶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基础，它用于决定逻辑单元中的状态合适更新。同步是时钟控制系统中的

主要制约条件。

（ 9 ）在选用触发器的时候，触发方式是必须考虑的因素。触发方式有两种：

电平触发方式：具有结构简单的有点，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能力，常用来组成寄存器、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、地址和控制信息的公共通路

。

在同一时刻，每条通路线路上能够传输一位二进制信号。按照总线所传送的信息类型，可以分为：数据总

线（ DB ）、地址总线（ AB ）和控制总线（ CB ）。

（ 2 ）总线的主要参数：

总线带宽：一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。

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