1、精選優質文檔-傾情為你奉上嵌入式系統設計師考試筆記之嵌入式系統基礎知識 - 自嵌入式系統設計師考試復習筆記之存儲管理篇在嵌入式在線的博客出現后，意外的得到很多朋友的關注和評論，收到不少朋友的郵件，問一些有關考試的問題，希望得到我的復習筆記的其他部分。我非常感謝他們，他們的熱切關注，使我有了繼續往下寫的無限動力，使我萌生了將我以前的復習筆記、考試經驗結合大綱教程并重新按教程的章節順序整理一份適合考生復習的筆記手冊，筆記后面再分析歷年的真題，按章節考點找出相關的考題進行分析，希望能和有興趣的人們一起討論討論。 嵌入式系統設計師的一天考試分為上午和下午部分，兩部分的考試方式、試題難度、考點分布和復習

2、方法都是不同的。這次我們討論的是嵌入式系統基礎知識，我本人覺得，這部分出下午大題的可能性不大，主要是分布在上午的75道選擇題之中。 從歷年的真題和考試大綱來看，上午的選擇題主要考查一些基本概念，重要原理的理解，一些關鍵技術和一些重要的原理引申出來的簡單計算。根據這些考試特點，復習的時候可以采用適當的策略，當然每個人的方法都是不一樣的，適合自己的辦法才是最好的辦法。方法大家可以自己慢慢去體會，我的也不多說了，通過筆記和真題分析就可以體現處理。對于很多關鍵的知識點和基本概念，除了記住之外還要徹底理解，否則出題的時候會進行一些變換，或者引申一些計算，那么就算你知道考那個考點，可能你也做不好。 在復習

3、的過程中，你要記住：你不是要考一個很高的分數，而是要考一個通過的分數，在復習過程中可以放棄一些內容，只要保證在大部分基本概念，關鍵技術，重要原理和歷年考點上都把握住，能夠拿到需要的分數就可以了。 復習筆記1、嵌入式系統的定義 （1）定義：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。 （2）嵌入式系統發展的4個階段：無操作系統階段、簡單操作系統階段、實時操作系統階段、面向Internet階段。 （3）知識產權核（IP核）：具有知識產權的、功能具體、接口規范、可在多個集成電路設計中重復使用的功能模塊，是實現系統芯片（SOC）

4、的基本構件。 （4）IP核模塊有行為、結構和物理3級不同程度的設計，對應描述功能行為的不同可以分為三類：軟核、固核、硬核。2、嵌入式系統的組成：硬件層、中間層、系統軟件層和應用軟件層 （1）硬件層：嵌入式微處理器、存儲器、通用設備接口和I/O接口。嵌入式核心模塊微處理器電源電路時鐘電路存儲器Cache：位于主存和嵌入式微處理器內核之間，存放的是最近一段時間微處理器使用最多的程序代碼和數據。它的主要目標是減小存儲器給微處理器內核造成的存儲器訪問瓶頸，使處理速度更快。 （2）中間層（也稱為硬件抽象層HAL或者板級支持包BSP）：它將系統上層軟件和底層硬件分離開來，使系統上層軟件開發人員無需關系底層

5、硬件的具體情況，根據BSP層提供的接口開發即可。BSP有兩個特點：硬件相關性和操作系統相關性。設計一個完整的BSP需要完成兩部分工作：A、 嵌入式系統的硬件初始化和BSP功能。片級初始化：純硬件的初始化過程，把嵌入式微處理器從上電的默認狀態逐步設置成系統所要求的工作狀態。板級初始化：包含軟硬件兩部分在內的初始化過程，為隨后的系統初始化和應用程序建立硬件和軟件的運行環境。系統級初始化：以軟件為主的初始化過程，進行操作系統的初始化。B、 設計硬件相關的設備驅動。 （3）系統軟件層：由RTOS、文件系統、GUI、網絡系統及通用組件模塊組成。 RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發平臺。 （4）應用軟件

6、：由基于實時系統開發的應用程序組成。3、實時系統 （1）定義：能在指定或確定的時間內完成系統功能和對外部或內部、同步或異步時間做出響應的系統。 （2）區別：通用系統一般追求的是系統的平均響應時間和用戶的使用方便；而實時系統主要考慮的是在最壞情況下的系統行為。 （3）特點：時間約束性、可預測性、可靠性、與外部環境的交互性。 （4）硬實時（強實時）：指應用的時間需求應能夠得到完全滿足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財產損失和生態破壞，如：航天、軍事。 （5）軟實時（弱實時）：指某些應用雖然提出了時間的要求，但實時任務偶爾違反這種需求對系統運行及環境不會造成嚴重影響，如：監控系統、實時信

7、息采集系統。 （6）任務的約束包括：時間約束、資源約束、執行順序約束和性能約束。4、實時系統的調度 （1）調度：給定一組實時任務和系統資源，確定每個任務何時何地執行的整個過程。 （2）搶占式調度：通常是優先級驅動的調度，如uCOS。優點是實時性好、反應快，調度算法相對簡單，可以保證高優先級任務的時間約束；缺點是上下文切換多。 （3）非搶占式調度：通常是按時間片分配的調度，不允許任務在執行期間被中斷，任務一旦占用處理器就必須執行完畢或自愿放棄，如WinCE。優點是上下文切換少；缺點是處理器有效資源利用率低，可調度性不好。 （4）靜態表驅動策略：系統在運行前根據各任務的時間約束及關聯關系，采用某種

8、搜索策略生成一張運行時刻表，指明各任務的起始運行時刻及運行時間。 （5）優先級驅動策略：按照任務優先級的高低確定任務的執行順序。 （6）實時任務分類：周期任務、偶發任務、非周期任務。 （7）實時系統的通用結構模型：數據采集任務實現傳感器數據的采集，數據處理任務處理采集的數據、并將加工后的數據送到執行機構管理任務控制機構執行。5、嵌入式微處理器體系結構 （1）馮諾依曼結構：程序和數據共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數據存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數據總線，程序和數據的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS （2）哈佛結構：程序和數據是兩個相互獨立的存儲器，每

9、個存儲器獨立編址、獨立訪問，是一種將程序存儲和數據存儲分開的存儲器結構。例如：AVR、ARM9、ARM10 （3）CISC與RISC的特點比較（參照教程22頁）。 計算機執行程序所需要的時間P可以用下面公式計算： P=ICPIT I：高級語言程序編譯后在機器上運行的指令數。 CPI：為執行每條指令所需要的平均周期數。 T：每個機器周期的時間。 （4）流水線的思想：在CPU中把一條指令的串行執行過程變為若干指令的子過程在CPU中重疊執行。 （5）流水線的指標： 吞吐率：單位時間里流水線處理機流出的結果數。如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率應為最長子過程的倒數。 建立時間：流水線開始工作

10、到達最大吞吐率的時間。若m個子過程所用時間一樣，均為t，則建立時間Tmt。 （6）信息存儲的字節順序 A、存儲器單位：字節（8位） B、字長決定了微處理器的尋址能力，即虛擬地址空間的大小。 C、32位微處理器的虛擬地址空間位232，即4GB。 D、小端字節順序：低字節在內存低地址處，高字節在內存高地址處。 E、大端字節順序：高字節在內存低地址處，低字節在內存高地址處。 F、網絡設備的存儲順序問題取決于OSI模型底層中的數據鏈路層。6、邏輯電路基礎 （1）根據電路是否具有存儲功能，將邏輯電路劃分為：組合邏輯電路和時序邏輯電路。 （2）組合邏輯電路：電路在任一時刻的輸出，僅取決于該時刻的輸入信號，

11、而與輸入信號作用前電路的狀態無關。常用的邏輯電路有譯碼器和多路選擇器等。 （3）時序邏輯電路：電路任一時刻的輸出不僅與該時刻的輸入有關，而且還與該時刻電路的狀態有關。因此，時序電路中必須包含記憶元件。觸發器是構成時序邏輯電路的基礎。常用的時序邏輯電路有寄存器和計數器等。 （4）真值表、布爾代數、摩根定律、門電路的概念。（教程28、29頁） （5）NOR（或非）和NAND（與非）的門電路稱為全能門電路，可以實現任何一種邏輯函數。 （6）譯碼器：多輸入多輸出的組合邏輯網絡。 每輸入一個n位的二進制代碼，在m個輸出端中最多有一個有效。 當m2n是，為全譯碼；當m2n時，為部分譯碼。 （7）由于集成電

12、路的高電平輸出電流小，而低電平輸出電流相對比較大，采用集成門電路直接驅動LED時，較多采用低電平驅動方式。液晶七段字符顯示器LCD利用液晶有外加電場和無外加電場時不同的光學特性來顯示字符。 （8）時鐘信號是時序邏輯的基礎，它用于決定邏輯單元中的狀態合適更新。同步是時鐘控制系統中的主要制約條件。 （9）在選用觸發器的時候，觸發方式是必須考慮的因素。觸發方式有兩種： 電平觸發方式：具有結構簡單的有點，常用來組成暫存器。 邊沿觸發方式：具有很強的抗數據端干擾能力，常用來組成寄存器、計數器等。7、總線電路及信號驅動 （1）總線是各種信號線的集合，是嵌入式系統中各部件之間傳送數據、地址和控制信息的公共通

13、路。在同一時刻，每條通路線路上能夠傳輸一位二進制信號。按照總線所傳送的信息類型，可以分為：數據總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。 （2）總線的主要參數： 總線帶寬：一定時間內總線上可以傳送的數據量，一般用MByte/s表示。 總線寬度：總線能同時傳送的數據位數（bit），即人們常說的32位、64位等總線寬度的概念，也叫總線位寬。總線的位寬越寬，總線每秒數據傳輸率越大，也就是總線帶寬越寬。 總線頻率：工作時鐘頻率以MHz為單位，工作頻率越高，則總線工作速度越快，也即總線帶寬越寬。 總線帶寬 總線位寬總線頻率/8， 單位是MBps。 常用總線：ISA總線、PCI總線、IIC總線、S

14、PI總線、PC104總線和CAN總線等。 （3）只有具有三態輸出的設備才能夠連接到數據總線上，常用的三態門為輸出緩沖器。 （4）當總線上所接的負載超過總線的負載能力時，必須在總線和負載之間加接緩沖器或驅動器，最常用的是三態緩沖器，其作用是驅動和隔離。 （5）采用總線復用技術可以實現數據總線和地址總線的共用。但會帶來兩個問題： A、需要增加外部電路對總線信號進行復用解耦，例如：地址鎖存器。 B、總線速度相對非復用總線系統低。 （6）兩類總線通信協議：同步方式、異步方式。 （7）對總線仲裁問題的解決是以優先級（優先權）的概念為基礎。8、電平轉換電路 （1）數字集成電路可以分為兩大類：雙極型集成電路

15、（TTL）、金屬氧化物半導體（MOS）。 （2）CMOS電路由于其靜態功耗極低，工作速度較高，抗干擾能力較強，被廣泛使用。 （3）解決TTL與CMOS電路接口困難的辦法是在TTL電路輸出端與電源之間接一上拉電阻R，上拉電阻R的取值由TTL的高電平輸出漏電流IOH來決定，不同系列的TTL應選用不同的R值。9、可編程邏輯器件基礎（具體參見教程51到61頁） 這方面的內容，從總體上有個概念性的認識應該就可以了。10、嵌入式系統中信息表示與運算基礎 （1）進位計數制與轉換：這樣比較簡單，也應該掌握怎么樣進行換算，有出題的可能。 （2）計算機中數的表示：源碼、反碼與補碼。 正數的反碼與源碼相同，負數的反

16、碼為該數的源碼除符號位外按位取反。 正數的補碼與源碼相同，負數的補碼為該數的反碼加一。 例如98的源碼：B 反碼：B 補碼：B （3）定點表示法：數的小數點的位置人為約定固定不變。 浮點表示法：數的小數點位置是浮動的，它由尾數部分和階數部分組成。 任意一個二進制N總可以寫成：N=2PS。S為尾數，P為階數。 （4）漢字表示法（教程67、68頁），搞清楚GB2318-80中國標碼和機內碼的變換。 （5）語音編碼中波形量化參數（可能會出簡單的計算題目哦） 采樣頻率：一秒內采樣的次數，反映了采樣點之間的間隔大小。 人耳的聽覺上限是20kHz，因此40kHz以上的采樣頻率足以使人滿意。 CD唱片采用的

17、采樣頻率是44.1kHz。 測量精度：樣本的量化等級，目前標準采樣量級有8位和16位兩種。 聲道數：單聲道和立體聲雙道。立體聲需要兩倍的存儲空間。11、差錯控制編碼 （1）根據碼組的功能，可以分為檢錯碼和糾錯碼兩類。檢錯碼是指能自動發現差錯的碼，例如奇偶檢驗碼；糾錯碼是指不僅能發現差錯而且能自動糾正差錯的碼，例如循環冗余校驗碼。 （2）奇偶檢驗碼、海明碼、循環冗余校驗碼（CRC）。（教程70到77頁）12、嵌入式系統的度量項目 （1）性能指標：分為部件性能指標和綜合性能指標，主要包括：吞吐率、實時性和各種利用率。 （2）可靠性與安全性 可靠性是嵌入式系統最重要、最突出的基本要求，是一個嵌入式系

18、統能正常工作的保證，一般用平均故障間隔時間MTBF來度量。 （3）可維護性：一般用平均修復時間MTTR表示。 （4）可用性 （5）功耗 （6）環境適應性 （7）通用性 （8）安全性 （9）保密性 （10）可擴展性性價比中的價格，除了直接購買嵌入式系統的價格外，還應包含安裝費用、若干年的運行維修費用和軟件租用費。13、嵌入式系統的評價方法：測量法和模型法 （1）測量法是最直接最基本的方法，需要解決兩個問題： A、根據研究的目的，確定要測量的系統參數。 B、選擇測量的工具和方式。 （2）測量的方式有兩種：采樣方式和事件跟蹤方式。 （3）模型法分為分析模型法和模擬模型法。分析模型法是用一些數學方程去

19、刻畫系統的模型，而模擬模型法是用模擬程序的運行去動態表達嵌入式系統的狀態，而進行系統統計分析，得出性能指標。 （4）分析模型法中使用最多的是排隊模型，它包括三個部分：輸入流、排隊規則和服務機構。 （5）使用模型對系統進行評價需要解決3個問題：設計模型、解模型、校準和證實模型。 真題解析1、2007年4、5題若每一條指令都可以分解為取指、分析和執行三步。已知取指時間t取指4t，分析時間t分析3t，執行時間t執行5t。如果按串行方式執行完100條指令需要 （4） t。如果按照流水線方式執行，執行完100條指令需要 （5） t。（4）A. 1190 B. 1195 C. 1200 D. 1205（5

20、）A. 504 B. 507 C. 508 D. 510 ：C、B考查流水線技術知識點。按照串行的方式，執行完一條指令才能執行下一條指令，那么執行完100條指令的時間為：（435）1001200按照流水線的方式，可以同時執行多條指令。在第一條指令進行分析的時候，第二條指令已經開始取指；當第一條指令進行執行的時候，第二條指令進行分析，第三條指令取指；當第二條指令進行執行完的時候，第三條指令已經分析完成。依此類推，當第一條指令完成之后，每一個執行的周期就可以完成一條指令。需要注意的是，如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率應以最長子過程來計算。因此，我們可以計算得100條指令的執行時間為：（

21、435）（1001）5507。2、2007年24題某總線有104根信號線，其中數據總線（DB）32根，若總線工作頻率為33MHz，則其理論最大傳輸率為 （24） 。（注：本題答案中的B表示Byte）（24）A. 33 MB/s B. 64MB/s C. 132 MB/s D. 164 MB/s：C考查總線這個知識點。根據上面的筆記，總線帶寬 總線位寬總線頻率/8=3233/8132MB/s。3、2007年26題某存儲器數據總線寬度為32bit，存取周期為250ns，則該存儲器帶寬為 （26） 。（注：本題答案中的B表示Byte）（26）A. 8106B/s B. 16106B/s C. 161

22、08B/s D. 32106B/s：B考查總線這個知識點。存儲器帶寬即總線帶寬，總線頻率為：1/250ns=4106存儲器帶寬為：324106/816106B/s4、2007年27題處理機主要由處理器、存儲器和總線組成，總線包括 （27） 。（27）A. 數據總線、串行總線、邏輯總線、物理總線B. 并行總線、地址總線、邏輯總線、物理總線C. 并行總線、串行總線、全雙工總線D. 數據總線、地址總線、控制總線：D考查總線這個知識點，基本概念的考查。5、2007年35題三極管是可控的開關器件，其飽和與截止狀態分別對應開關的接通和斷開狀態。UBE為基極輸入電壓，VTH為基極域值電壓，如果UBETH，開

23、關應處于 （35） 狀態。（35）A. 接通 B. 三態 C. 斷開 D. 高阻：C考查電路中最基本的基礎知識點，我覺得做不對的根本不能算嵌入式系統開發入門。6、2007年36題如下圖所示，若低位地址（A0-A11）接在內存芯片地址引腳上，高位地址（A12-A19）進行片選譯碼（其中，A14和A16沒有參加譯碼），且片選信號低電平有效，則對下圖所示的譯碼器，不屬于此譯碼空間的地址為 （36） 。（36）A. AB000HABFFFH B. BB000HBBFFFHC. EF000HEFFFFH D. FE000HFEFFFH：D考查數字電路中譯碼知識和存儲系統中統一編址的問題，相對來說，這個題

24、目有點難度，但是對于學習過和親身做過單片機的兄弟來說，最基本不過了。7、2007年46題（46） 完全把系統軟件和硬件部分隔離開來，從而大大提高了系統的可移植性。（46）A. 硬件抽象層 B. 驅動映射層 C. 硬件交互層 D. 中間層：A考查嵌入式系統組成中的概念。8、2006年3題 設指令由取指、分析、執行3個子部件完成，每個子部件的工作周期為t，采用常規標量單流水線處理機。若連續執行10條指令，則共需要時間（3）t。（3）A.8 B.10 C.12 D.14：C考查流水線技術知識點。3（101）1129、2006年4、5題某計算機的時鐘頻率為400MHz，測試計算機的程序使用4種類型的指

25、令。每種指令的數量及所需要的指令時鐘數（CPI）如下表所示，則該計算機的指令平均時鐘數為（4）；該計算機的運算速度為（5）MIPS。指令類型 指令數目（條） 每條指令需要的時鐘數 1 1 2 30000 2 3 24000 4 4 16000 8（4）A.1.85 B.1.93 C.2.36 D.3.75（5）A.106.7 B.169.5 C.207.3 D.216.2：B、C考查指令運行方面的簡單計算。平均時鐘數（230000424000816000）/（300002400016000）1.93MIPS是指每秒種執行多少百萬條指令，即106。計算機的運行數度為：400/1.93=207.2

26、5=207.3MIPS9、2006年12題 計算機要對聲音信號進行處理時，必須將它轉換為數字聲音信號。最基本的聲音信號數字化方法時取樣量化法。若量化后的每個聲音樣本用2個字節表示，則量化分辨率是（12） （12）A.1/2 B.1/1024 C.1/65536 D.1/：C考查聲音編碼種量化計算的知識點。2個字節是16位，其量化分辨率位1/216 1/65536。10、2006年13題 某幅圖像具有640460個象素點，若每個象素具有8位的顏色深度，則可表示（13）種不同的顏色，經過5：1壓縮后，其圖像數據需要占用（14）（Byte）的存儲空間。 （13）A.8 B.256 C.512 D.1

27、024 （14）A.61440 B. C. D.：B、A考查圖像數據存儲計算的知識點。8位顏色深度可以表示28256種顏色深度。經過5：1壓縮后的數據大小為：6404808/8/561440。11、2006年23題 若某邏輯門輸入A、B和輸出F的波形如下圖所示，則F(A,B)的表達式為（23） （23） A.F=A B B.F=A+B C.F=A異或B D.F=A（B的非） _ _ A_| |_| |_ _ B_| |_ _ F_| |_：C考查數字電路的最基本知識點，我覺得這個都搞不清楚很難通過這個考試。12、2006年24題 一個4位的二進制計數器，由0000狀態開始，經過25個時鐘脈沖后

28、，該計數器的狀態為24 （24） A.1100 B.1000 C.1001 D.1010：C考查數字電路的最基本知識點，相對上面一題有點難，需要對計數器的工作原理有比較清楚的理解。這個也是搞嵌入式系統的基礎中的基礎，參考教程38頁或相關的數電書籍。4位的計數器，其計數范圍是2416，0000開始經過16個時鐘脈沖之后又回到了開始的狀態0000。25169，所以說經過25個時鐘之后，其計數器的數值應該是91001。13、2006年25題穩壓二極管構成的穩壓電路的接法是（25）（25） A.穩壓管與負載電阻串聯。B.穩壓管與限流電阻并聯。C.限流電阻與穩壓管串聯后，在與負載電阻串聯。D.限流電阻與

29、穩壓管串聯后，在與負載電阻并聯。：D考查模擬電路的最基本知識點，實在太簡單，不知道從那里開始分析了。14、2006年26題 以下敘述中，不符合RISC指令系統特點的是（26）（26） A.指令長度固定，指令種類少。B.尋址方式種類豐富，指令功能盡量增強。C.設置大量通用寄存器，訪問存儲器指令簡單。D.選取使用頻率較高的一些簡單指令。：B考查RISC與CICS的區別，考生應該清楚他們的區別，參加教程22頁。15、2006年27題 通常所說的32位微處理器是指（27） （27） A.地址總線的寬度為32位 B.處理器數據長度只能為32位 C.CPU字長為32位 D.通用寄存器數目為32位：C考查字

30、長的概念和總線寬度的理解，參加教程25頁。16、2006年28題在32位總線系統中，若時鐘頻率為500MHz，傳送一個32位字需要5個時鐘周期，則該總線系統的數據傳送速率為（28）MB/s。（28） A.200 B.400 C.600 D.800：B考查總線和數據傳輸方面的知識點。5個時鐘周期可以傳送4個Byte。每秒中可以傳送：4（500/5）400MB/s。17、2006年30題評價一個計算機系統時，通常主要使用（30）來衡量系統的可靠性。（30） A.評價響應時間B.平均無故障時間（MTBF）C.平均修復時間D.數據處理速率：B考查嵌入式系統性能評價中重要知識點。看過了就會做，每什么分析的，參見教程77頁。 小結 就我個人的意見，從內容來看，嵌入式系統基礎知識的范圍很