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。
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。
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。
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。
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，优先级高的任务可以比优先级低的任务优先使用CPU。
10.简述嵌入式系统的开发过程？
答：嵌入式系统的开发过程可以分为需求分析、建立开发环境、体系结构设计、软件/硬件设计、系统集成和系统优化与测试6个阶段。如果设计的流程是从需求分析开始，然后是建立开发环境，依次进行，最后是系统优化与测试，那么就叫做自上而下的设计流程；反之就叫做自下而上的设计流程。所有的嵌入式系统设计不可避免的设计这六个阶段，更重要的是找到一个好的设计方法，目前一种比较好的设计方法是采用计算机辅助设计工具。
11. 简述在线仿真器ICE和在线调试器ICD有何区别？
答：在线仿真器ICE是一种模拟CPU的设备，能执行CPU的全部动作。采用该方式调试时，利用仿真头代替目标板上的CPU，可以完全仿真CPU的行为。
在线调试器ICD是将CPU的调试功能的引脚引出来，让外部的硬件直接连接到这些引脚上去监控整个CPU的动作。
12. 试分析嵌入式系统测试中的纯软件测试过程，举例说明实现方法。
答：纯软件测试过程是指用工具采用软件打点技术，在被测试代码中加入一些函数，这些函数用来完成数据的生成，并将数据送往目标机系统的共享内存中，同时，在目标机系统中运行一个与处理任务，用于完成这些数据的预处理，然后将处理过的数据通过目标机的串口，网口或者USB口送往宿主机测试平台。举例，可以在程序中间插入函数，读出当前所有寄存器内容，发送至目标机系统，测试者可以根据这些数据了解系统执行情况。
嵌入式系统开发 李宥谋 答案
