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嵌入式系统开发 习题1
1.什么是嵌入式系统?有何特点?
答:嵌入式系统的概念有很多种,在嵌入式系统领域中比较认同的嵌入式系统的概念是:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统的特点:
⑴ 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
⑵ 系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置中,系统资源相对有限,所以内核较之传统的操作系统要小得多。
⑶ 专用性强。 ⑷ 系统精简。
⑸ 系统软件(OS)要求具有高实时性。
⑹ 嵌入式软件开发要走向标准化,需要使用多任务的操作系统。 ⑺ 嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。 2.嵌入式系统可以分为几层?每一层各完成哪些功能? 答:嵌入式系统由硬件层、中间层、软件层和功能层组成。
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硬件层:以嵌入式微处理器为核心,存储器用以存储数据和执行代码,相关的设备接口和I/O接口,这些组成了一个嵌入式系统的基础,实现逻辑运算,算术运算等。
中间层:将系统上层软件和底层硬件进行分离,封装成标准的接口,在上层软件开发人员无需知道底层硬件的具体情况,完成的任务是底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作、硬件的配置等功能。
软件层:主要由RTOS、文件系统、图形用户接口、网络系统和通用的组件模块组成,是软件开发的基础。
功能层:用来完成被控对象的控制功能。 3.嵌入式系统中硬件抽象层有什么特点?
答:硬件抽象层是介于硬件层与软件层之间的中间层,它将系统上层软件与底层硬件分离开来,具有以下两个特点:
⑴ 硬件相关性:因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性,而作为上层软件与硬件平台之间的接口,硬件抽象层需要为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法。
⑵ 操作系统相关性:不同的操作系统具有各自的软件层次结构,因此,不同的操作系统具有特定的硬件接口形式。
4.简述嵌入式处理器的硬件组成?
答:随着集成电路集成度的不断提高,嵌入式系统板级的硬件电路模块也越来越多的集成到芯片内部,目前处理器芯片内部的电路模块组成如下:
⑴ 处理器内核,以CPU为核心,有的还包含MMU(存储器管理单元)、Cache(高速缓存)、ICE(在线仿真)等电路模块。
⑵ DSP/协处理器,对于多媒体处理的处理器,内部一般有DSP(数字信号处理)、浮点运算、图像加速等协处理器。
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⑶ RAM/ROM,在单片机处理器中,处理器芯片内部一般集成了ROM(只读存储器)和RAM(可读可写存储器)。
⑷ 处理器内部控制电路,如PLL(锁相环)、复位、DMA(直接存储器存取)、中断控制器、低功耗控制、看门狗等电路。
⑸ 芯片内部接口电路,如GPIO(通用输入、输出)接口、I2C(双向两线制的串行总线)接口、IIS(音频总线)接口、SPI(串行外设接口)、USB(通用串行总线)接口、LCD(液晶显示)接口、ADC/DAC(模数/数模转换)、UART(通用异步收发器)、IrDA(红外接口)、CAN(控制器局域网络)总线接口、以太网接口、Timer/RTC(定时器/计数器)接口等电路模块。
5.嵌入式处理器分那几类?它们有何特点?
答:⑴嵌入式微处理器。特点:处理能力强,具有较高的性能,价格也相应较高。 ⑵ 嵌入式微控制器。特点:主要用于嵌入式体统工业的主流,跟嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降,可靠性提高。并且价格低廉,功能优良,拥有的品种和数量最多。
⑶ 嵌入式DSP处理器。特点:DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器,在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,具有很高的编译效率和指令的执行速度。
⑷ SoC片上系统。特点:①实现了软硬件无缝结合,直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块
②具有极高的综合性,在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言,实现一个复杂
的系统
③绝大部分系统构件在系统内部,系统简洁,减少了系统的体积和功耗,提高了系
统的可靠性跟设计生产效率。
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6.分析目前市场上常用的几种嵌入式处理器,说明不同嵌入式处理器的各自特点? 答:目前市场上常用的嵌入式处理器有MCS51单片机,ARM处理器,MIPS处理器,PowerPC处理器,MC68000处理器,X86处理器等。
MCS51的特点是,8位CPU,片内振荡器,4KB ROM
,128KB RAM,21个特殊功
能寄存器,32根I/O总线,片外可寻找范围分别为64KB的外部程序和数据,两个16位的定时/计数器,一个全双工串口接口,中断结构分为两级优先级,5个中断源,适于按位逻辑运算的处理器。
ARM处理器的特点是,体积小,功耗低,成本低,高性能,支持16/32位双指令集,在全球有众多合作伙伴。
MIPS处理器的特点是,高性能,高档次的处理器,有32位和64位的处理器,简化硬件设计,强调软硬件协同提高性能。
PowerPC处理器特点,具有优异的性能,低能量消耗,低散热量。
MC68000处理器,是一个16/32位的CISC处理器,采用32位总线和寄存器,这个结构对之后的32为产品保持兼容。
X86处理器的特点,可变指令长度的CISC处理器,允许不对齐访问存储器。 7.举例说明嵌入式处理器的性能指标?并分析对嵌入式系统的影响?
答:性能指标主要有主频,处理器字长,数据通路速度,运算速度,高速缓存和处理器的系统架构。主频,执行每条指令的时钟周期数一定,主频越高单位时间内执行的指令越多。处理器字长,处理器内部数据运算的基本位数,反映的是计算精度,以及单次处理数据的总长度;数据通路速度,读取指令数据传输计算数据的速度越高,处理器性能越好。运算速度,用MIPS(每秒执行多少百万条指令)表示,MIPS越大,说明运算速度越快;高速缓存,突破主存访问速度的瓶颈,提高处理器的综合性能。
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8.简述你对嵌入式操作系统的认识,分析嵌入式操作系统有哪些特点?
答:嵌入式操作系统EOS是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统(包括软硬件系统)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、标准化浏览器等。
EOS是相对于一般操作系统而言的,它除具备了一般操作系统最基本的功能,如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等之外,还有以下特点:
⑴ 可装卸性,开放性、可伸缩性的体系结构。
⑵ 强实时性,EOS实时性一般较强,可用于各种控制系统中。 ⑶ 统一的接口,提供各种设备驱动接口。
⑷ 操作方便、简单,提供友好的图形GUI,追求易学易用。
⑸ 提供强大的网络功能,支持TCP/IP协议及其他协议,提供TCP/UDP/IP/PPP协议支持及统一的MAC访问层接口,为各种移动计算设备预留接口。
⑹ 强稳定性,弱交互性。 ⑺ 固化代码。
⑻ 更好地硬件适应性,也就是良好的移植性。
9.试分析实时操作系统中可抢占型和不可抢占型有何区别?并举例说明。
答:实时操作系统可分为可抢占型和不可抢占型两类。对于基于优先级的系统而言,可抢占型的实时操作系统是指内核可以抢占正在运行任务的CPU使用权并将使用权交给进入就绪态的优先级更高的任务,是内核抢了CPU让别的任务运行。不可抢占型实时操作系统使用某种算法以决定让某个任务运行后,就把CPU的控制权完全交给该任务,直到它主动将CPU控制权还回来。
比如嵌入式操作系统uC/OS,可以根据优先级进行抢占使用CPU,优先级高的任务可
西安邮电大学嵌入式课后答案解析
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