北航17系嵌入式系統(tǒng)大綱2023（答案）

本文格式為Word版，下載可任意編輯——北航17系嵌入式系統(tǒng)大綱2023（答案）1.嵌入式系統(tǒng)目前被大多數(shù)人接受的一般性定義是什么？舉例說(shuō)明嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。

嵌入式系統(tǒng)是“以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)為技術(shù)基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。應(yīng)用：應(yīng)用極其廣泛，例如數(shù)字電視、電視盒子、可穿戴設(shè)備、智能家電

2.嵌入式系統(tǒng)三要素？

嵌入性（嵌入到對(duì)象體系中，有環(huán)境要求）、專用性、計(jì)算機(jī)（實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化功能）

3.嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)的區(qū)別？

單片機(jī)屬于嵌入式系統(tǒng)，但只有嵌入式系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)和部分功能。（1）單片機(jī)數(shù)據(jù)處理能力有限、處理速度有限；

（2）單片機(jī)不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，難以進(jìn)行繁雜的運(yùn)算及處理功能；

（3）嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，單片機(jī)多采用軟硬件流水設(shè)計(jì)；（4）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心是軟件設(shè)計(jì)（70%工作量），單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)所占比例基

本一致。

（5）單片機(jī)無(wú)網(wǎng)絡(luò)功能。

4.嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)的區(qū)別？

（1）嵌入式系統(tǒng)一般專用于特定任務(wù)，PC是通用計(jì)算機(jī)；

（2）嵌入式系統(tǒng)使用多種類型的處理器，系統(tǒng)硬件資源比PC機(jī)少的多，但種類遠(yuǎn)超PC；（3）嵌入式系統(tǒng)常有實(shí)時(shí)約束，也有功耗、成本約束，且常在極端環(huán)境下運(yùn)行，故障造

成的后果比PC更嚴(yán)重；

（4）嵌入式系統(tǒng)得到多種微處理器體系的支持；（5）嵌入式系統(tǒng)需要專用工具和方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)5．嵌入式處理器分為哪幾類，說(shuō)明定義及特點(diǎn)？

（1）嵌入式微處理器（MPU），就是和通用計(jì)算機(jī)的處理器對(duì)應(yīng)的CPU，“加強(qiáng)型〞通

用微處理器。特點(diǎn)：體積小，功耗低，只保存和嵌入式應(yīng)用相關(guān)的功能，在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面功能加強(qiáng)

（2）嵌入式微控制器（MCU），就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要硬件集成到一塊芯片中，

具有各種必要功能和外設(shè)。特點(diǎn)：一個(gè)系列的MCU具有一致的處理器內(nèi)核，只不過(guò)存儲(chǔ)器與外設(shè)的配置及封裝不同，可以最大限度地和應(yīng)用需求匹配。

（3）嵌入式DSP，專門用于信號(hào)處理方面的處理器。特點(diǎn)：很高的編譯效率和指令執(zhí)

行速度，主要用于數(shù)字濾波、頻譜分析、FFT等方面。

（4）嵌入式SOC，就是追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大寬容的集成器件。絕大多數(shù)系統(tǒng)構(gòu)件都在一

個(gè)系統(tǒng)芯片內(nèi)部。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、可靠性高、設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率高（5）嵌入式SOPC，是用可編程規(guī)律技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上。（片上可編程系

統(tǒng)）特點(diǎn)：采用超深亞微米工藝技術(shù)，使用一個(gè)或以上的嵌入式處理器，設(shè)計(jì)方式靈活，可裁減、可擴(kuò)展、可升級(jí)，具有軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。

6．嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和分類？

定義：能夠?qū)ν獠渴录龀黾皶r(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)。響應(yīng)時(shí)間要有保證特點(diǎn)：多任務(wù)、有線程優(yōu)先級(jí)（是否為進(jìn)程）、多種中斷級(jí)別分類：硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)7．嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)？

（1）是面向具體應(yīng)用的產(chǎn)品?？梢悦嫦蚰骋粋€(gè)領(lǐng)域、某一行業(yè)、某一用戶的具體產(chǎn)品，

不具有通用性，不能獨(dú)立發(fā)展；對(duì)功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力等有嚴(yán)格要求

（2）嵌入式軟件特征。具有實(shí)時(shí)性、高質(zhì)量、高可靠，程序固化；內(nèi)核小，無(wú)系統(tǒng)軟件

和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分（3）需要軟硬件開(kāi)發(fā)工具和系統(tǒng)軟件

（4）需要應(yīng)用專家參與開(kāi)發(fā)。一般不是一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用產(chǎn)品，是某個(gè)產(chǎn)品的一部分，需

要相應(yīng)方面的應(yīng)用專家參與（5）分散而不壟斷（市場(chǎng)）

8．按表現(xiàn)形式和實(shí)時(shí)性嵌入式系統(tǒng)的分類？

按表現(xiàn)形式：芯片級(jí)嵌入、模塊級(jí)嵌入、系統(tǒng)級(jí)嵌入按實(shí)時(shí)性要求：非實(shí)時(shí)系統(tǒng)、軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)、硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)9．軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的目的？其涉及的內(nèi)容有哪些？

目的：縮短開(kāi)發(fā)周期；取得更好的設(shè)計(jì)效果；滿足苛刻的設(shè)計(jì)限制；（太長(zhǎng)了，這一點(diǎn)不答了）不僅包含芯片本身，還必需包含完整的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和典型應(yīng)用實(shí)例而供應(yīng)商提供的服務(wù)和技術(shù)支持也當(dāng)然成為產(chǎn)品不可分割的一部分。

涉及的內(nèi)容：系統(tǒng)任務(wù)描述；軟硬件劃分；軟硬件協(xié)同綜合；軟硬件協(xié)同仿真；與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的低壓低功耗設(shè)計(jì)，可測(cè)性設(shè)計(jì)

？？？10．用框圖簡(jiǎn)述嵌入式開(kāi)發(fā)的流程？（第一節(jié)）

11．馮·諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)的區(qū)別？

馮。諾依曼結(jié)構(gòu)：將指令和數(shù)據(jù)存放在同一片存儲(chǔ)空間，統(tǒng)一編址，指令和數(shù)據(jù)通過(guò)同一總線訪問(wèn)；

哈佛結(jié)構(gòu)：是一種并行體系結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)存放在不同的存儲(chǔ)空間，獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)，與之對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置的兩條總線（程序總線和數(shù)據(jù)總線），使數(shù)據(jù)吞吐量大大提高。

12．嵌入式硬件系統(tǒng)包括那些部分，與一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)有什么區(qū)別？

包含的部分：以嵌入式處理器為核心，主要由嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、總線、通信接口和I/O設(shè)備

區(qū)別：嵌入式硬件系統(tǒng)資源比一般的PC系統(tǒng)少的多，單種類遠(yuǎn)超PC，并且可以靈活地配置

13．總線的定義及主要參數(shù)，舉至少三個(gè)總線例子。

定義：把處理器與存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備相連接的信息通道；是數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路；并不僅僅指的是一束信號(hào)線，而應(yīng)包含相應(yīng)的通信協(xié)議。

主要參數(shù)：帶寬（最大穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸率MB/S）、位寬(總線能同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù))、工作時(shí)鐘頻率（MHz）總線帶寬=工作時(shí)鐘頻率*位寬例子：PCI、I2C、CAN、SPI

14．按編程工藝分FPGA分為哪幾類，簡(jiǎn)要說(shuō)明其各自特點(diǎn)？

（1）熔絲或反熔絲編程器件——ActelFPGA器件。特點(diǎn)：體積小，集成度高，速度高，易加密，抗干擾，耐高溫；只能一次編程，設(shè)計(jì)初期階段不靈活

（2）SRAM——大多數(shù)FPGA。特點(diǎn)：可反復(fù)編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)重構(gòu)；每次上電需重新下載，實(shí)際應(yīng)用需外掛EEPROM來(lái)保存程序

（3）EEPROM——大多數(shù)CPLD。特點(diǎn)：可反復(fù)編程；不用每次上電重新下載，但相對(duì)速度慢，功耗較大

15．IP資源復(fù)用的定義，IPCore的分類

IP資源復(fù)用：在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)繼承、共享或購(gòu)買所需的部分或全部智力產(chǎn)權(quán)內(nèi)核（IPCore），進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和驗(yàn)證，從而加速流片設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)方法。IPCore分類：微處理器?、處理器外設(shè)?、DSP算法?、通信控制器?、圖像處理?16．常見(jiàn)的通信接口有哪些？他們的主要特點(diǎn)是什么？至少舉3個(gè)接口為例進(jìn)行描述。

并口：并行傳送，速度快，但傳送線路長(zhǎng)度受限（打印機(jī)接口）

串口：RS232C：傳輸速率低、傳輸距離近，抗共模干擾能力差。USB：即插即用，小功率設(shè)備可由主機(jī)直接供電

Bluetooth：功耗低、世界范圍內(nèi)可用、成本低，但與IEEE802.11b產(chǎn)品相互干擾17．為什么在FPGA中嵌入處理器？

（1）FPGA適用于規(guī)律控制、接口控制、規(guī)則數(shù)據(jù)處理，設(shè)計(jì)具有繁雜算法和規(guī)律控制系統(tǒng)時(shí)，需要結(jié)合使用嵌入式處理器。

（2）將處理器嵌入FPGA能最大限度地提高系統(tǒng)集成度，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁雜度，加快上市時(shí)間。

（3）對(duì)需求變化提供較大的靈活性，無(wú)需重做一塊新PCB或采用新的處理器就能夠?qū)?、硬件進(jìn)行調(diào)試，對(duì)變更進(jìn)行測(cè)試。

18．FPGA與CPLD的優(yōu)點(diǎn)

（1）隨VLSI工藝的不斷提高，F(xiàn)PGA/CPLD芯片規(guī)模越來(lái)越大，其單片規(guī)律門數(shù)可達(dá)到上百萬(wàn)門，所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越強(qiáng)，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成；（2）FPGA/CPLD的資金投入小，節(jié)省了大量潛在的花費(fèi)；

（3）用戶可以反復(fù)地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動(dòng)的狀況下用不同軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能，試制的樣片以最快的速度占領(lǐng)市場(chǎng)；（4）具有完善先進(jìn)的開(kāi)發(fā)工具；

（5）靈活地定義管腳功能，減輕設(shè)計(jì)工作量，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間；（6）保密性好

Verilog硬件描述語(yǔ)言的語(yǔ)法和使用方法PPT都需把握，題型編程。

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1、FPGA設(shè)計(jì)的一般流程？每一步的功能？

器件編程器件測(cè)試設(shè)計(jì)輸入?原理圖?硬件描述語(yǔ)言?波形圖/狀態(tài)圖功能仿真設(shè)計(jì)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)?優(yōu)化、綜合?適配、分割?布局、布線時(shí)序仿真2、FPGA配置的三種方式分別是什么？配置的三個(gè)階段是什么？

配置方式：FPGA主動(dòng)串行(AS)方式；JTAG方式；FPGA被動(dòng)(Passive)方式三個(gè)階段：復(fù)位、配置和初始化

3、Quartus環(huán)境下生成的用于直接配置FPGA和配置芯片（EPCS）的文件分別是什么？

直接配置FPGA：.sof文件配置芯片(EPCS)：.pof文件4、構(gòu)成SOPC的三種方案是什么？

（1）基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系統(tǒng)；（2）基于FPGA嵌入IP軟核的SOPC系統(tǒng)；（3）基于HardCopy技術(shù)的SOPC系統(tǒng)