嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用復(fù)習(xí)知識點總結(jié)

第一章1、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍：軍事國防、消費電子、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制。2、嵌入式系統(tǒng)定義：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件與硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。（嵌入式的三要素：嵌入型、專用性與計算機(jī)系統(tǒng)）。3、嵌入式系統(tǒng)的特點：1)專用性強(qiáng)；2）實時約束；3）RTOS；4）高可靠性；5）低功耗；6）專用的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境；7）系統(tǒng)精簡；4、嵌入式系統(tǒng)的組成：（1）處理器：MCU、MPU、DSP、SOC；（2）外圍接口及設(shè)備：存儲器、通信接口、I/O接口、輸入輸出設(shè)備、電源等；（3）嵌入式操作系統(tǒng)：windowsCE、UCLinux、Vxworks、UC/OS;（4）應(yīng)用軟件：Bootloader5、嵌入式系統(tǒng)的硬件：嵌入式微處理器（MCU、MPU、DSP、SOC），外圍電路，外部設(shè)備；嵌入式系統(tǒng)的軟件：無操作系統(tǒng)（NOSES），小型操作系統(tǒng)軟件（SOSES），大型操作系統(tǒng)軟件（LOSES）注：ARM處理器三大部件：ALU、控制器、寄存器。6、嵌入式處理器特點：（1）實時多任務(wù)；（2）結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展；（3）很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能；（4）低功耗；7、DSP處理器兩種工作方式：（1）經(jīng)過單片機(jī)的DSP可單獨構(gòu)成處理器；（2）作為協(xié)處理器，具有單片機(jī)功能和數(shù)字處理功能；第二章1、IP核分類：軟核、固核、硬核；2、ARM處理器系列：（1）ARM7系列（三級流水，thumb指令集，ARM7TDMI）;(2)ARM9系列（DSP處理能力，ARM920T）（3）ARM/OE（增強(qiáng)DSP）（4）SecurCone系列（提供解密安全方案）；（5）StrongARM系列（Zntle產(chǎn)權(quán)）；（6）XScale系列（Intel產(chǎn)權(quán)）；（7）Cortex系列（A：性能密集型；R：要求實時性；M：要求低成本）3、ARM系列的變量后綴：（1）T：thumb指令集；（2）D：JTAG調(diào)試器；（3）快速乘法器；（4）E：增強(qiáng)DSP指令；（5）J：Jave加速器4、ARM{X}{Y}{Z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{S}:x—系列號，y—內(nèi)部存儲管理和保護(hù)單元，Z—含有高速緩存。5、CISC（x86）：（1）具有大量的指令和尋址方式（300~500條）；（2）8/2原則：80%的程序只用20%的指令；（3）大多說程序只使用少量指令就能運行；6、處理器核的性能指標(biāo)：（1）馮諾依曼vs哈佛；（2）CISCvsRISC（3）流水線結(jié)構(gòu)；（4）超標(biāo)量執(zhí)行；（5）高速緩存；7、流水線（所有的ARM處理器）：每個時鐘脈沖都接收下一條處理數(shù)據(jù)的指令，只是不同部分做不同的事情，提高系統(tǒng)處理速度和效率；ARM7—3級流水線，PC=LR-4；ARM9—5級流水線PC=LR-4*3；ARM10—6級；ARM—8級；Cortex—8級；8、4種異常：中斷、陷阱、故障、終止；9、ARM處理器的7種工作模式：（1）用戶態(tài)USR；（2）快中斷FIQ；（3）中斷IRQ；（4）管理態(tài)SVC;（5）終止態(tài)ABT；（6）未定義UND；（7）系統(tǒng)SYS；10.ARM的兩種工作狀態(tài)：（1）ARM狀態(tài)---32位ARM指令集，字對齊取指（2）Thumb狀態(tài)---16位Thumb指令集，半字對齊取指。11.ARM寄存器：37個寄存器，其中31個通用寄存器，6個狀態(tài)寄存器，寄存器位32位寄存器。影子寄存器：是為處理器的不同工作模式配備的專用物理寄存器，在異常模式下，它們將代替用戶或者系統(tǒng)模式下使用的部分寄存器。（1）SP—堆棧指針R13（2）LR—鏈接寄存器R14（3）PC—程序計數(shù)器R15（當(dāng)前取指指令地址）狀態(tài)寄存器：（1）保存ALU當(dāng)前操作信息（2）控制允許和禁指中止（3）設(shè)置處理器操作模式。標(biāo)志位：（1）N—結(jié)果為負(fù)數(shù)，N=1（2）Z—結(jié)果為0，Z=1（3）C—加法進(jìn)位C=1，減法置錯位C=0（4）V—帶符號溢出，V=1（5）I—I=1禁止IRQ中斷（6）F—F=1禁止FIQ中斷（7）T=0—ARM執(zhí)行；T=1，Thumb執(zhí)行。12.ARM存儲器數(shù)據(jù)類型：8位字節(jié)（Java加速器）；16位字節(jié)（Thumb處理器）；32位字節(jié)（ARM處理器）；換為主機(jī)內(nèi)部的并行數(shù)據(jù)（3）把機(jī)內(nèi)并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出串行數(shù)據(jù)（4）設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷剑?）對輸入輸出的串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗處理，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，緩沖處理等。6．C語言程序?qū)PIO的讀寫規(guī)范：（1）在頭文件中對控制GPIO的寄存器進(jìn)行宏定義（2）使用限定符Valatile7.USB接口的主要特點（1）串行外設(shè)連接（2）支持即插即用（3）連接容易，使用方便（4）獨立供電，降低外設(shè)成本（5）速度快8.為嵌入式系統(tǒng)配備以太網(wǎng)接口有以下兩種方法（1）嵌入式處理器+以太網(wǎng)芯片對處理器沒有特殊要求，只要求正確把以太網(wǎng)接口芯片接到嵌入式總線上，編寫該接口芯片的驅(qū)動程序。優(yōu)點是通用性強(qiáng)，適合各種處理器，缺點是速度慢，可靠性不高（2）內(nèi)部集成了以太網(wǎng)控制器的嵌入式控制器特點：要求嵌入式處理器有通用的網(wǎng)絡(luò)接口，處理器是面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計的，處理器和網(wǎng)絡(luò)通過內(nèi)部總線交換數(shù)據(jù)，速度快且可靠性高。9.以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采用曼徹斯特編碼方案，TEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)10.非編碼式鍵盤識別按鍵的方法有兩種：（1）行掃描法讓一個行線引腳發(fā)出低電平信號，使該引腳對應(yīng)的鍵盤上某一行線為低電平，而其余行線為高電平，然后讀行線值，如果行值中有某位為低電平，則表明行列交點處的鍵被按下；否則掃描下一行，直到掃描完全部行線為止。換言之，如果該航線所連接的鍵沒有按下，則列線所接的端口得到的是全“1”信號；如果有鍵按下，則得到非全“1”信號。（2）線反轉(zhuǎn)法先將行線作為輸出線，列線作為輸入線，行線輸出全“0”信號，讀出列線的值，然后將行線列線輸入輸出關(guān)系互換，并且將剛才獨到的列線所接的端口輸出，再讀出行線的輸入值，那么在閉合鍵所在的行線上的值必為0。這樣，當(dāng)一個鍵被按下時，必定可讀到一對唯一的行列值。11．液晶顯示器（LCD）采用一種數(shù)字顯示技術(shù)，通過液晶和彩色過濾器過濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖像。12.LCD有兩種類型，一種是帶有驅(qū)動電路的LCD顯示模塊，這種LCD可以與各種低檔單片機(jī)進(jìn)行接口，如8051系列單片機(jī)；另一種是LCD顯示屏，它需要配接驅(qū)動電路才能使用。連接方式：第一種嵌入式處理器可通過數(shù)據(jù)總線，寄存器選擇，使能信號與LCD模塊連接；第二種有LCD控制器的潛入式處理器可通過LCD控制信號線與LCD顯示屏連接。13.觸摸屏方式：電阻式，電容式，表面聲波式，紅外線掃描，近場成像式觸摸屏組成部分：（1）觸摸檢測裝置:安裝在顯示屏幕前面，檢測觸摸位置，接收后送到觸摸屏控制器（2）觸摸屏控制器：接收觸摸信息，轉(zhuǎn)換為觸點坐標(biāo)送給處理器第五章1.調(diào)試方法：（1）直接測試法（2）BDM/JTAG調(diào)試（3）軟件調(diào)試（4）模擬調(diào)試（5）全仿真調(diào)試2.直接測試法：（1）在主機(jī)上編寫源程序.C（2）編譯.O文件（3）下載/掛載（4）在目標(biāo)機(jī)上運行程序（5）重復(fù)（2）測試時間長，效率低3．BDM/JTAG調(diào)試：特點：JTAG是一種在線調(diào)試接口，需要一個JTAG接口與ARM通信，完全非插入式調(diào)試，該方式有一個硬件調(diào)試體（ICD調(diào)試器）。該硬件調(diào)試體與目標(biāo)板通過JTAG調(diào)試接口相連，與主機(jī)通過串口/網(wǎng)口/USB口/并口相連。待調(diào)試軟件通過JTAG調(diào)試器下載到目標(biāo)板上運行。功能：（1）讀出/寫入CPU的寄存器，訪問控制ARM處理器內(nèi)核，（2）讀出/寫入內(nèi)存，訪問系統(tǒng)中的存儲器。（3）訪問ASIC系統(tǒng)；（4）訪問I/O系統(tǒng)；（5）控制程序單步執(zhí)行和實時執(zhí)行。4.軟件調(diào)試：特點：宿主機(jī)上有調(diào)試器，目標(biāo)機(jī)上有監(jiān)控器，monito預(yù)先被固化到目標(biāo)機(jī)ROM中，目標(biāo)機(jī)復(fù)位后被首先執(zhí)行，等待宿主機(jī)命令，主機(jī)和目標(biāo)板通過串口、網(wǎng)口、并口連接，主機(jī)上提供調(diào)試界面，待調(diào)試軟件下載到目標(biāo)板上運行。功能：實現(xiàn)嵌入式軟件調(diào)試，單步執(zhí)行目標(biāo)程序。5.模擬調(diào)試：特點：模擬器是運行在宿主機(jī)上的一個純軟件系統(tǒng)工具，它通過模擬目標(biāo)機(jī)的指令系統(tǒng)或目標(biāo)機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用達(dá)到在宿主機(jī)上運行和調(diào)試嵌入式程序的目的。調(diào)試工具和待調(diào)試的嵌入式軟件都在宿主機(jī)上運行，由主機(jī)提供一個模板的目標(biāo)運行環(huán)境。功能：主要是用作用戶程序的模擬運行，用來檢查語法和程序的結(jié)構(gòu)等簡單錯誤。6.全仿真調(diào)試：特點：ICE是一種用于替代目標(biāo)板上的CPU的設(shè)備，ICE仿真器通過仿真頭連接到目標(biāo)板，通過串口、網(wǎng)口或USB口與主機(jī)連接。7.簡述嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境：選擇主要芯片，確定編程語言，選擇開發(fā)環(huán)境，RTOS的使用，測試工具與其他輔助設(shè)備選擇主要芯片，確定編程語言，選擇開發(fā)環(huán)境，RTOS的使用，測試工具與其他輔助設(shè)備選擇開發(fā)方案設(shè)計與調(diào)試測試產(chǎn)品8.ADS集成開發(fā)環(huán)境特點：（1）可在Windows以及Solarts，RedHatlinus上運行；（2）支持所有的ARM系列處理器。組成部分：（1）代碼生成工具；（2）IDE集成開發(fā)環(huán)境；（3）調(diào)試器；（4）指令集模擬器；（5）ARM開發(fā)包；（6）ARM應(yīng)用庫。第六章嵌入式操作系統(tǒng)的特點：①非通用性；②實時性；③功耗、成本、可靠性嚴(yán)格要求；④有限存儲空間實行；⑤可裁剪。搶占性內(nèi)核：優(yōu)先級最高的任務(wù)能夠立即執(zhí)行，從而能夠保證系統(tǒng)具有高度實時性能。含義：當(dāng)任務(wù)位于內(nèi)核空間時，有更高優(yōu)先級的任務(wù)出現(xiàn)時，如果當(dāng)前內(nèi)核允許搶占，則可以將當(dāng)前任務(wù)掛起，執(zhí)行優(yōu)先級更高的任務(wù)。不可搶占式內(nèi)核：要求每個任務(wù)在程序代碼執(zhí)行完畢后自行放棄CPU的所有權(quán)。含義：高優(yōu)先級的進(jìn)程不能終止正在內(nèi)核中運行的低優(yōu)先級的任務(wù)而搶占CPU運行，除非任務(wù)自愿放棄CPU，否則該任務(wù)將一直運行下去，直至完成或退出內(nèi)核。嵌入式操作系統(tǒng)按內(nèi)核結(jié)構(gòu)分為：單內(nèi)核型和微內(nèi)核型。單內(nèi)核型：①整個系統(tǒng)只有一個可執(zhí)行文件包含所有的操作系統(tǒng)組件；②系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就是無結(jié)構(gòu)，由一組函數(shù)組相互之間可以隨意的調(diào)用；③剪裁，修改后重新編譯；④通信開銷小。典型代表——嵌入式Linux微內(nèi)核型：①操作系統(tǒng)內(nèi)核只包含最小的功能，②其他的操作系統(tǒng)組件以中間件的形式存在于內(nèi)核之外；③設(shè)備驅(qū)動程序完全從內(nèi)核中剝離，獨立成為一層；④方便增加新功能組件；易于擴(kuò)展和調(diào)試，運行速度慢。典型代表：Vxworks，QNX等許多嵌入式操作系統(tǒng)。實時系統(tǒng)的定義：對外來事件能在限定的響應(yīng)時間內(nèi)做出預(yù)定質(zhì)量處理的計算機(jī)系統(tǒng)。（及時、準(zhǔn)確）基本屬性：可預(yù)測性、可靠性實時操作系統(tǒng)的響應(yīng)時間：計算機(jī)從識別一個外部事件到做出反應(yīng)的時間。實時系統(tǒng)根據(jù)響應(yīng)時間分為：強(qiáng)實時系統(tǒng)、普通實時系統(tǒng)、弱實時系統(tǒng) 根據(jù)時限響應(yīng)性能分為：硬實時系統(tǒng)、軟實時系統(tǒng)。強(qiáng)實時操作系統(tǒng)常用的調(diào)度算法：①基于優(yōu)先級的調(diào)度算法：②基于CPU使用比例的共享式調(diào)度算法；③基于時間的進(jìn)程調(diào)度算法。優(yōu)先級反轉(zhuǎn)：由于多進(jìn)程共享資源，具有最高優(yōu)先級的進(jìn)程被低優(yōu)先級進(jìn)程阻塞，反而使具有中優(yōu)先級的進(jìn)程先于高優(yōu)先級的進(jìn)程執(zhí)行，從而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。 解決之道：優(yōu)先級繼承，優(yōu)先級封頂協(xié)議。Linux調(diào)度機(jī)制的特點：①多任務(wù)用戶操作系統(tǒng)；②優(yōu)先級動態(tài)變化；③分為實時和普通兩種；