嵌入式系统设计师考试笔记(完整整理版)

嵌入式系统设计师考试笔记是对嵌入式系统设计师考试所需掌握知识的梳理，涉及嵌入式系统的基本概念、发展历史、组成结构以及实时系统的定义、特点和调度方法等。以下为详细的知识点： 一、嵌入式系统基础知识 1. 嵌入式系统定义：嵌入式系统是针对特定应用设计的计算机系统，其软硬件可以根据需要进行裁剪。它对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求，是专用计算机系统。 2. 发展阶段：嵌入式系统经历了四个发展阶段，分别是无操作系统阶段、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）：IP核是具有知识产权的功能模块，可重复使用，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。IP核有行为、结构和物理三个设计级别。 4. 嵌入式系统组成：主要分为硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。硬件层包括微处理器、存储器、I/O接口等；中间层负责硬件抽象，使上层软件开发与硬件无关；系统软件层包括RTOS等；应用软件层由基于RTOS开发的应用程序构成。 二、嵌入式系统的组成 1. 硬件层：主要由嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口组成。Cache是位于主存和微处理器内核之间的存储器，用于减少存储器访问瓶颈。 2. 中间层：负责上层软件与底层硬件的分离，通过BSP层提供接口，完成硬件初始化和设备驱动设计。BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。 3. 系统软件层：通常由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成，RTOS是嵌入式应用软件开发的基础和平台。 4. 应用软件层：基于实时系统开发的应用程序构成，实现应用层功能。 三、实时系统及其特点 1. 实时系统定义：能在指定或确定时间内完成系统功能，并对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。 2. 实时系统与通用系统的区别：实时系统主要考虑最坏情况下的系统行为，而通用系统追求平均响应时间和用户方便性。 3. 实时系统的特征：具有时间约束性、可预测性、可靠性和与外部环境的交互性。实时系统可进一步分为硬实时和软实时。 4. 硬实时系统：时间需求必须得到满足，否则可能造成重大安全事故。如航天、军事等应用。 5. 软实时系统：对实时任务的时间约束偶尔违反不会对系统运行和环境造成严重影响。如监控系统、实时信息采集系统。 6. 任务约束：包括时间约束、资源约束、执行顺序约束和性能约束。 四、实时系统的调度 1. 调度定义：确定一组实时任务和系统资源何时何地执行的过程。 2. 抢占式调度：优先级驱动的调度方式，如uCOS。优点是实时性好、反应快，能够保证高优先级任务的时间约束；缺点是上下文切换频繁。 3. 非抢占式调度：按时间片分配任务执行，不允许任务在执行期间被抢占。 以上知识点是从考试笔记中提炼出的重要内容，对考试复习及嵌入式系统设计具有重要指导意义。考生在复习时应特别注意这些重点，理解并掌握每个知识点，以应对考试和实际工作中可能遇到的问题。同时，对于不同类型的题目，应采取相应的答题策略，合理分配时间，确保在有限的考试时间内拿到必要的分数。