北方民族大学嵌入式重点

?嵌入式系统的定义 ?“以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可配置，对功 能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的专用系统，所用的 计算机为嵌入式计算机”。 ? 系统一般由4部分组成：嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌 入式操作系统、应用程序； ?功能：用于实现对其他设备的控制、监视、管理等。 对“实时系统”概念的理解 ?它是对外来事件在限定时间内能做出反应的系统 ?包括实时控制系统和实时信息处理系统 ? 实时系统的三个指标：响应时间、吞吐量、生存时间 嵌入式系统的特征：技术密集、专用紧凑、安全可靠、多种多样、及时响应、成本敏感、开发困难、不可垄断、确定性 嵌入式系统基本结构： ?硬件：处理器核、外围电路、外设与扩展  软件： 板级支持包(BSP)、嵌入式RTOS、应用程序编程接口(API)、嵌入式应用系统 设计时重点考虑的因素：1、功能实用、便于升级；2、并发处理、及时响应；3、造型自然、结构紧凑；4、结构尽量精简、紧凑；5、接口方便、操作容易；6、稳定可靠、维护简便；7、功耗管理、降低成本 嵌入式系统开发过程：?1、产品定义 2、系统总体设计 3、软硬件设计 4、软硬件集成与测试 5、产品发布 6、产品维 嵌入式编程：?汇编语言：必须与硬件结合、较简单、实时性要求特别高的嵌入式程序开发。 ?c/c++：常用于开发大型系统软件，c是目前嵌入式系统开发的最佳选择。 ? Java：常用于开发嵌入式Web应用，特别是跨平台使用的嵌入式软件，如嵌入 式浏览器等 两种体系结构：冯·诺依曼 (VonNeumann)结构 ?哈佛(Harvard)结构 两类指令系统：复杂指令系统?精简指令系统 AMBA总线结构： ?AMBA包括ASB/AHB、APB和APB桥 ?支持多个CPU、存储器和外围设备集成在片上系统中 ?ASB/AHB：直接连接到CPU，为高速 传输而设计 ?支持流水线技术、突发传 输、分离事务和多总线控制 器等特性 ?用于连接高速片上外设 ? APB：要求外设工作在主从方式 ?不执行流水线操作 ?用于连接低速外 指令系统： 1、ADD R0,R0,#1 ;R0←R0+1 2、ADD R0,R0,#0x3f ;R0←R0+0x3f  3、ADD R0,R1,[R2] ;R0←R1＋[R2] 4、LDR R0,[R1] ;R0←[R1] 5、STR R0,[R1] ;[R1]←R0 ?堆栈是一种数据结构，按“先进后出 根据堆栈指针指向的数据位置不同分： 满堆栈(FullStack)：堆栈指针指向最后压入堆栈的数据； 空堆栈(EmptyStack)：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置 ?为什么要进行芯片选型？ ?1、嵌入式微处理器种类繁多、功能配置千差万别 ? 2、产品的需求不同，决定了系统硬件设计的差 ?芯片选型 原则 组织架构调整原则组织架构设计原则组织架构设置原则财政预算编制原则问卷调查设计原则 ： 1、 微处理器内核的选 2、系统的工作频率 3、芯片存储器容量 4、片内外围电路的选择 软件体系结构的核心内容必须考虑①软件系统的结构，②涵 盖构件、构件之间的交互关系、限制，③构件和连接件构成的拓扑结构、设计原 则与指导方针等基本实体。 软件体系结构的作用：①它是一个系统的设计 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ；②它是帮助管理复杂系统的抽象框架 “整体结构”的说明：实质就是“无体系结构”：① 不区分软件类别；②函数之间任意调用 整体结构下开发嵌入式软件的特点： ?①函数间调用不受限制；②所有函数相互可见，不存在任何的信息隐藏；③函数调用可以有简单的分类，用以简化编程，也可以不严格划分；④系统有唯一的主程序入口 ?“层次结构”的说明： ①层次结构，软件分层次组织 ，每层为上次提供服务，并作为下层软件的 客户。②这些层次可被看成是抽象层。 ?层次结构的特点：①可在现有抽象层基础上增加新的抽象层， 便于简化复杂问题的设计实现； ?②每层功能、接口的改变仅影响相邻层；③每层接口都是抽象的，内部实现不受限制 ，很容易支持软件的重用；④实际软件设计很难完全按照层次系统的定义进行实现，经常是软件系统中的一部分采用层次结构。 ?轮询系统基本思想： ①对于单微处理器的系统，其功能由多个函数(子程序)完成，每个函 数负责系统的软件或硬件的一部分； ②系统中的函数按照一定的执行顺序 构成轮询环，依次占用CPU； ③每个函数执行完后，才将CPU移交 给下一个函数 轮询系统的程序框架：? ①首先，进行系统初始化； ②之后，系统进入无限循环状态； ③主程序对轮询环中的函数进行判断：函数符合执行条件将被执行，否则将被跳过，执行之后的函数，此过程 称为轮询。 ?前后台系统基本思想： ①在系统软件结构中，将运行的任务分成前台和后台两类； ②在后台，一组任务按照轮询方式访问CPU； ③在前台，当有实时任务到达时首先提出中断请求，之后将该任务交 给后台(插入到轮询环中的某个位置)，按照后台的运行模式工作。 ? 前后台系统的特点：①前台处理的是中断级别的事务，后台处理的是实时任务；②前台中断的产生与后台任务的运行是并行的；③前台中断的外部事件是随机产生的，且绝大部分是不可预知的；④需要解决前台与后台资源共享的问题 刻画中断的指标：中断延迟时间(InterruptLatencyTime)、响应时间 (ResponseTime)和恢复时间(RecoveryTime)。 吞吐量定义：给定时间内系统处理中断级别事务的总数 前后台交互的两种方式：①同步信号(SynchronizationSemaphore) ?②数据交互(DataInteraction) 任务定义：在软件设计时抽象出来的具有相互作用的程序集合或软件实体 实时任务：带有实时性约束的任务称为实时任务(Real-TimeTask) 实时多任务系统层次结构构架：①每一层对其上层而言好像是一个虚拟机(VirtualMachine)；②下层为上次提供服务，上层利用下层提供的服务；③层与层之间定义有良好的接口，之间通过接口进行交换与通信；④每层划分为一个或多个模块(或称组件) ?多处理器系统并行与并发的区别：①“并行”是指无论从微观还是宏观，二者都是一起执行的；②“并发”在微观上不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快 速交替的执行，从宏观外来看，好像是这些进程都在执行；③从本质上不难看出，“并发”执行，在多个进程存在资源冲突时，并没有从 根本上提高执行效率。 多处理器系统按各处理器之间关系的不同进行分类：①紧耦合(TightCoupling)的多处理器系统?② 松耦合(LooseCoupling)的多处理器系统 ③协处理器系统(CoprocessorCoupling) RTOS的特点：及时性 可确定性 并发性 高可信性 安全性 可嵌入型 可剪裁性 可扩展性 时间片轮转调度(Round-Robin)基本思想：①针对2个或以上具有相同优先级的任务；②当该组任务 的优先级成为就绪任务中的高时，任务调度程序按照一定次序对该组 任务进行调度；③每个任务按照设定的时间按次序交替循环运行 时间片轮转调度(Round-Robin)算法运用的难点：如何确定任务的时间片大小，其合理性将直接影响 系统的性能和效率。 a)时间片太大：任务可能一次就可以执行完成，而其他任务等待时 间太长； b)时间片太小：任务切换过于频繁，微处理器开销大，真正用于运 行应用程序的时间将会减小。 c)时间片大小可以不同：不同实时内核对算法的实现可能有一些差 异，各个任务的时间片可以相同(大多数内核的做法)，也可以不一致 内存管理(Memory)特点：①嵌入式系统的内存管理相对比较简单；②不同任务对内存的需求不同，且在任务运行时内存需求是不断变化的；③RTOS将内存视为一种资源，且在竞争任务之间分配这种资源。④内存分配的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ： 固定尺寸静态分配；变尺寸的动态分配；数据段分块管理；用静、动态结合内存分配的方法 嵌入式网络系统：?嵌入式TCP/IP 嵌入式无线网络 工业现场总线 ? 感器网络 BSP的定义：①它是嵌入式系统的基础部分，是实现系统可移植性的关键； ②它负责上电后的硬件初始化、启动RTOS或应用程序模块、提供底层硬 件驱动； ③针对具体的硬件平台而设计，其结构和功能因目标板的不同差异较大； ④在嵌入式系统移植时，必须提供相应的BSP BSP和BIOS的区别 ?相同点：的BIOS开始部分所做的工作与BSP类似，主要负责在电脑 开始时 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 、初始化系统设备(设置栈指针，分配中断，初始化内存等)、装入OS。区别：成不同：BIOS不包含设备驱动程序，而BSP包含。 BIOS的代码是在芯片生产过程中固化的，一般来说用户无法修改，而 BSP是可以根据需要进行修改的 需要BootLoader的引导模式 ?两种情形 ?①RAM空间有限：特点是启动有可能快、运行慢  ②RAM空间足够：特点是启动慢、运行 无BootLoader的引导模式 ?①对于时间效率要求较高的系统，具有快速启动的要求。②采用无需BootLoader的引导方式： 系统启动时，直接在NORFlash或ROM系列可以做主存的非易失性存 储介质中运行。③特点：可以达到较快的启动速度，但是不能满足运行速度 嵌入式软件的特点: ?实时性 ? ?异步事件的并发处理 ? ?应用/操作系统一体化 ? 应用可固化  ?实用性 ? ?适用性 ? 鲁棒性 ? ?够用即可 ? ?安全性 嵌入式软件开发步骤: ①嵌入式软件的需求； ②选择微处理器和相关硬件设备； ③选择操作系统； ④确定软件体系结构； ⑤选择开发台； ⑥嵌入式软件设计； ⑦编码调试； ⑧软件测试? 嵌入式软件设计的一些基本原则: ?嵌入式软件编程的特点:? ①嵌入式微处理器种类繁多  ②对嵌入式软件编程的从业人员提出了很高的要求 ③目前，常用的嵌入式编程语言有汇编、C/C++以及Java 嵌入式软件特性其开发特点： ?需要协调管理特殊的硬件资源； ?软件具有可配置/裁剪特性； ?需要交叉编译环境； 需要交叉调试环境； ?需要交叉测试环境； ?需要软件固化工具。 ?交叉开发的模式： ①开发系统是建立在软硬件资源均比较丰富的PC机或工作站(一般称为宿 主机或Host)上，嵌入式软件的编辑、编译、连接等过程在宿主机上完成； ②嵌入式软件的终运行平台是嵌入式设备(一般称为目标机或Target)， 与宿主机有很大差别的； ③宿主机与目标机通过串口、并口、网口或其他通信端口相连，嵌入式软 件的调试和测试是由宿主机和目标机之间的协作来共同完成。 常见的交叉开发方法： CrashandBurn方式；  ROMMonitor方式； ROMEmulator方式； ICE方式； OCD方式