工业现场总线

嵌入式系统的基本定义为以应用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。

从模块结构来看嵌入式系统由三大部分组成分别是硬件、软件和开发平台。

从层次角度来看嵌入式系统由四大部分组成分别是应用软件层、操作系统层、

嵌入式系统的设计过程包括需求分析、规格说明、体系结构设计、构件设计、系统

10、

在嵌入式系统的设计过程中软硬件划分应该在体系结构设计阶段完成。

12、

在嵌入式系统的设计过程中处理器的选择应该在体系结构设计阶段完成。

13、

在嵌入式系统的设计过程中嵌入式操作系统的选择应该在体系结构设计阶段完成。

14、

反映嵌入式系统设计人员的水平能力主要在于总体设计需求分析、规格说明和体系

18、

软硬件协同设计由系统描述、软硬件划分、软硬件协同综合以及软硬件协同模拟与验

21、

嵌入式处理器的分类包括三种分别是嵌入式微处理器、微控制器或单片机和数字信号处理器DSP。

22、

列举常见的存储器类型SRAM、DRAM、Flash、EEPROM

27、

在时钟信号边沿到来之前的一段时间内数据信号必须保持稳定这段时间称为器件

的建立时间在时钟信号边沿到来之后的一段时间内数据信号必须保持稳定这段时间

29、

挂接在总线上的设备依据启动总线事务的能力可以分为主设备和从设备。

33、

总线标准一般由四个部分来描述分别是机械特性、电气特性、引脚和协议。

37、

规范定义了四种传输分别是控制传输、批量传输、中断传输和等时传输。

46、

接口面向软件设计人员有三类寄存器分别是数据寄存器、状态寄存器和控制寄

50、

在操作系统中进程的三种基本调度状态为等待/挂起/waiting、就绪/ready

和运行

嵌入式操作系统的内核构成包括系统初始化、多任务管理和内存管理。

53、

实时系统就是指能在确定的时间内执行其功能并对外部的异步事件做出响应的计算

54、

实时系统按照实时性要求不同可以分为两种软实时系统和硬实时系统。

55、

实时操作系统按照是否支持抢先式可分为抢先式实时操作系统和非抢先式实时操作

58、

实时操作系统的评价指标有任务调度算法、上下文切换时间、确定性、最小内存开

59、

在宿主机上使用编译器软件将嵌入式应用、嵌入式操作系统编译成为可以在目标机上

60、

62、异构双工嵌入式系统要求计算机不同、操作系统、编译系统不同、编程语言不同、开

发环境不同、开发小组不同但

在嵌入式系统设计中软硬件协同设计方法与传统设计方法的最大不同之处在于

A、软硬件分开描述

答嵌入式系统是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

答面向特定应用、设计高效、综合性强、生命周期长、程序固化、需要独立的开发系统、

答产品种类不断丰富应用范围不断普及性能不断提高功耗不断降低体积不断缩

阶段以印制板PCB、计算机辅助设计CAD软件和在线仿真器为主要工

EDA

答经过需求分析和总体设计整个系统被划分为软件和硬件两个子系统二者之间遵循

一定的接口规范接下来软件工程师和硬件工程师分别进行设计、开发、调试和测试然

后两个子系统集成在一起并进行测试如果系统功能正确且满足所有性能指标则结束

否则需要对软硬件子系统分别进行验证和修改并重新进行系统集成和测试。

答这种方法简单易实现但存在一些痼疾严重影响了嵌入式系统设计的效率和结果。

首先虽然在需求分析阶段考虑了软硬件接口的问题但由于缺乏统一的软硬件协同表示

方法软硬件划分只能由设计者凭经验完成无法从系统级进行验证且很难评估这种划分

是否合理也不易发现软硬件接口存在的问题。

其次软硬件分别设计和开发一旦出现

错误不仅难以定位而且修改起来也非常麻烦甚至可能需要调整软件结构或者硬件配

置。

第三它的设计周期可能比较长例如为了验证软件开发的正确性必须在硬件全部

答嵌入式系统的系统级设计方法是一种高层次的设计方法设计人员针对设计目标进行

系统功能描述定义系统的行为特性进行软硬件划分生成系统级的规格描述。

这一过

程可以不涉及实现方法和工艺。

接下来设计人员就可以按照系统级规格描述实现软硬件

软硬件协同设计包括哪几个阶段

答软硬件协同设计包括系统描述、软硬件划分、软硬件协同综合、以及软硬件协同模

答低档处理器多采用哈佛结构高档处理器多采用冯·诺伊曼结构品种规格系列化对

实时多任务有很强的支持能力可靠性高、功耗低、集成度高、性价比高。

10、

2~64MB一般加载复杂嵌入式操作系统VxWorks、WinCE、µClinux、

Embedded

答微控制器的特点单片化整个计算机集成在一个芯片中。

低档微控制器——构成

CPU、存储器、I/O

一般有嵌入式操作系统VxWorks、µC/OS-II、WINCE、µClinux。

13、

属于高速存储器价格较高一般均用于对速度和性能要求较高的场合。

常用

SRAM

答非挥发存储密度小单位存储成本较高容量小写入有限制页写要等待接口

23、

答非挥发存储密度大单位存储成本较低容量较大接口时序复杂——需要擦除及

Block

答发送端高电平2.4V低电平0.4V接收端高电平2.0V低电平0.8V。

26、

答发送端高电平0.9Vdd低电平0.1Vdd接收端高电平0.7Vdd低电平0.3Vdd。

27、

答在时钟信号边沿到来之前数据信号必须提前一段时间保持稳定有效。

所有数据信号

29、

答在时钟信号边沿到来之后数据信号必须在随后的一段时间内保持稳定有效。

所有数

据信号在时钟信号边沿触发器采集后一段时间内必须满足保持时间的要求。

30、

答存控发出的信号要满足存储器的时序要求存储器返回的信号要满足存控的时序要求。

31、

答采用一组公共信号线作为计算机各部件之间的通信线是计算机各功能部件互联的主

要形式是各功能部件之间传送信息的公共通路。

优点结构简单、成本低廉软硬件设

计简单系统易于扩充或者更新缺点所有设备共享一组总线同一时刻只有一个主设

33、

答启动一个总线周期总线事务的设备就是总线主设备每次只能有一个主设备控制

总线例CPU、DMAC

答响应主设备的请求的设备就是总线从设备同一时间里有一个或多个从设备响应主设

控制器、USB

答事件出现在总线的时刻由总线时钟来确定所有事件都出现在时钟信号的前沿大多

36、

答事件出现在总线的时刻取决于前一事件的出现总线时钟信号线可有可无总线周期

37、

答由中央仲裁器裁决每个主设备有两条线接到中央仲裁器一条是送往仲裁器的总线

AMBA、PCI

答主设备都有自己的仲裁号和仲裁器不需要中央仲裁器当有总线请求且总线空闲时

则把惟一的仲裁号发到共享的仲裁总线上以优先级策略为基础以获胜者的仲裁号保留

在仲裁线上OC、OD

得到广泛应用的原因几乎所有的处理器都包含串行接口控制器、软硬件设计简单、成本

40、

答指能在确定的时间内对外部的异步事件做出响应并执行其功能的计算机系统。

其操作

的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度而且与这些操作进行的时间有关。

“在确定的

时间内”是该定义的核心也就是说实时系统是对响应时间有严格要求的。

对逻辑和时

48、

答仅要求事件响应是实时的并不要求限定任务必须在多长时间内完成的实时系统。

49、

答不仅要求事件响应要实时而且要求在规定的时间内完成任务的处理的实时系统。

50、

答基于查询的实时软件结构无中断机制仅采用查询方式的实时软件结构。

优点侧重任务的处理软件设计简单堆栈可预测可调用不可重入函数任务间不嵌

缺点对事件响应不能实时容易丢弃异步事件所有的任务具有相同的优先级别如果

一个任务执行时间不可预测则所有任务的响应时间不可预测主程序是一个无限循环的

51、

答基于中断的实时软件结构采用纯中断方式的实时软件结构事件和任务处理全部由中

缺点容易漏掉低优先级异步事件中断嵌套容易导致栈溢出堆栈不可预测调用不可

52、

答前后台系统分为前台程序和后台程序。

前台程序也称中断级程序通过中断来处理事

件在中断服务子程序中一般对中断做一些简单的处理然后给出事件发生的标志待

后台程序来处理后台程序也称任务级程序一个死循环循环查询各种标志位如果标

优点系统结构简单几乎不需要额外的存储开销可以避免中断嵌套栈溢出避免

缺点所有的任务具有相同的优先级别如果一个任务执行时间不能确定则所有任务响

应时间不可预测后台程序是一个无限循环的结构一旦在这个循环体中正在处理的任务

崩溃使得整个任务队列中的其他任务得不到机会被处理从而造成整个系统的崩溃。

53、

答可用于递归调用或者多个过程同时调用生成模拟栈用来完成参数传递和保存局部变量其他函数不可重入原因是参数和局部变量放在固定存储区域。

54、

过程中维持其值不变在文件域内但在函数体外一个被声明为静态的变量可以被文

件域内所有函数访问但不能被文件域外其它函数访问。

它是一个本地的全局变量在文件域内一个被声明为静态的函数只可被这一文件域内的其它函数调用。

那就是这个函数被限制在声明它的文件的本地范围内使用。

56、

数为常量是为了告诉了用户这个参数的应用目的通过给优化器一些附加的信息使用关

const

精确地说就是优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值而不

58、

答并行设备的硬件寄存器如状态寄存器中断服务子程序中会访问到的非自动变

59、

volatile可能被外界硬件、其他进程改变const本程序不应该试图去修改它

unsigned

答控制寄存器、状态寄存器、计数初值寄存器、计数器、计数输出寄存器。

65、

答软件要求固态化存储应用有较强的实时性需求硬件资源环境比较苛刻软件代码

66、

答一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件是嵌入式系统极为重要的组成部分。

通常

包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面等。

具

有通用操作系统的基本特点能够有效管理越来越复杂的系统资源能够把硬件虚拟化

简化的驱动程序移植和维护能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。

67、

务、编程困难许多的任务需求是相同的完全可以将一些相同的功能作为一个通用模块

实现这就是操作系统它屏蔽了底层硬件的细节方便用户提供了标准的、可剪裁的

68、

答需求分析看看用户需要解决哪些问题选择处理器和相应的硬件硬件的设计原

理图和

答一个嵌入式系统处理器和核心电路是固定的操作系统及典型的外设驱动程序是固

定的嵌入式系统设计所需要做的工作是不是要添加什么外设写一些所添加的外设的

驱动程序编写应用程序——纯软件的工作选择成熟的嵌入式操作系统避免重复劳动

70、

答优点程序的设计和扩展变得容易任务分析成模块简化应用程序的设计对实时

性要求苛刻的事件得到了快速、可靠的处理通过有效的系统服务使得系统资源得到更

CPU

实时操作系统但非嵌入式操作系统不过实际上目前的嵌入式操作系统EOS基本上

72、

答指具有实时性、能支持实时系统工作的操作系统。

首要任务是调度一切可利用的资源

完成实时任务其次才着眼于提高系统的使用效率重要特点是要满足对时间的限制和要

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答任务管理任务间同步和通信存储器优化管理实时时钟服务中断管理服务。

74、

答任务调度算法、上下文切换时间、确定性、最小内存开销和最大中断禁止时间。

76、

答对于基于优先级的实时操作系统而言非抢先式实时操作系统是指某个任务运行后

CPU

优点实时性比不使用实时操作系统的好程序设计相对简单可调用不可重入函数任

77、

答对于基于优先级的实时操作系统而言抢先式实时操作系统是指内核可以抢占正在运

CPU

优点实时性好优先级高的任务只要具备了运行的条件或者说进入了就绪态就可以

缺点如果任务之间抢占