考试题型
四类题目：选择、十五个填空、六个简答、两个程序解答
内容主要来自：PPT、课后习题
第一章嵌入式系统
1.1嵌入式系统概述
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IEEE（国际电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义是：
“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置” -
国内普遍认同定义：
嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体。
即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 。 -
嵌入式系统特点：
专用性：嵌入式系统通常是面向特定应用的
小体积、低功耗、低成本、高集成度：如指纹锁要求半年换一次电池
实时性
技术密集：嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。
生命周期长
不可垄断性：相对与PC机intel和windows 而言，嵌入式系统是以应用为中心，应用场景多样化决定了难以垄断
1.2嵌入式系统体系
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嵌入式系统基本构成：一般可分为硬件和软件两部分。
硬件：嵌入式处理器、外围硬件设备、电源、I/O接口电路等；
软件：嵌入式操作系统（可选）、应用程序和驱动程序。 -
硬件架构：
嵌入式系统的硬件架构以嵌入式处理器为核心，由存储器、外围设备、通信模块、电源及复位等必要的辅助接口组成。 -
软件层次：
嵌入式系统软件结构一般包含3个层面：设备驱动层、OS层、应用层（包括硬件抽象层、应用程序）。设备驱动层：
由板级支持包（Board Support Package，BSP）和驱动程序组成;
作用:为上层程序提供外围设备的操作接口，并实现设备的驱动程序。板级支持包：
作用：
系统上电的硬件初始化；
为嵌入式操作系统访问硬件驱动程序提供支持；
集成硬件相关和硬件无关的嵌入式操作系统所需的软件模块。
1.3嵌入式硬件系统
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嵌入式系统硬件系统是以嵌入式处理器为核心，配备必要的外围设备、传感及执行等构成一个典型应用系统。
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选型设计原则：在满足应用要求的前提下，一般选择集成度高的嵌入式处理器SoC/SOPC芯片，以尽可能少的硬件构件进行设计。
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嵌入式微控制器MCU
嵌入式微控制器的典型代表是单片机，嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性 通用系列包括8051、AVR、PIC、ARM Cortex-M 等。 -
数字信号处理器DSP
主要专门用于信号处理方面，其在系统结构方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱分析等密集数学运算领域有大规模的应用，一般用在算法快速执行，做控制比较困难。-嵌入式SoC：
用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统。 -
ARM处理器是英国ARM（Advanced RISC Machines）有限公司（以下简称“ARM公司”）设计的RISC处理器
ARM处理器分为经典处理器和Cortex处理器两大类。 -
存储系统：
存储器主要功能:存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。随机存取存储器 RAM：
随机存取是指存储单元的内容可按需随意取出或存入，读写速度很快，且速度与存储单元的位置无关。RAM在断电时将丢失其存储内容，RAM主要用于存储短时间使用的程序。是属于易失性存储器只读存储器 ROM：
只读存储器中的数据可以在掉电后不丢失，ROM主要用于存储程序和一些数据（常量、系数等），存储在其中的数据只能读不能改，需要使用特定的方法擦除和烧录数据。是属于 非易失性存储器。 -
嵌入式系统中的1/O接口是指用于将各种集成电路与其他外围设备交互连接的通信通路或总线，负责处理器和外围设备之间的信息交换。目前嵌入式系统中常用的通用设备接口有 GPIO 接口（通用可编程接口）、UART 接口（通用串行通信接口）、Ethernet接口（以太网接口）、USB接口（通用串行总线接口）、I2C接口（现场总线接口）、I2S接口、SPI接口（串行外围设备接口）、CAN总线接口、Bluetooth接口（蓝牙接口）、Camera Link接口、SD卡接口等。
1.4 嵌入式操作系统
嵌入式操作系统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。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软件、硬件资源的分配、任务 调度，控制、协调并发活动。
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嵌入式操作系统的发展：
第一阶段：嵌入式系统的出现阶段
第二阶段：以嵌入式CPU为基础
第三阶段：通用的嵌入式实时操作系统阶段：代表就是Linux、VxWorks等。 -
按照对任务响应的 实时性 来分类，嵌入式操作系统分为嵌入式非实时操作系统和嵌入式实时操作系统（RTOS）
嵌入式非实时操作系统：嵌入式非实时操作系统主要 面向消费类产品 应用领域。大部分都支持多用户和多进程，负责管理众多的进程并为它们分配系统资源，属于 不可抢占式操作系统。
典型的非实时操作系统是Linux、iOS等。嵌入式实时操作系统：嵌入式实时操作系统主要 面向控制、通信等 领域。实时操作系统除了要满足应用的功能需求，还要满足应用提出的实时性要求，属于抢占式操作系统。
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嵌入式实时操作系统的功能
任务管理：任务管理通常包含 优先级 设置、多任务调度机制和时间确定性等部分。
任务同步与通信机制：如消息邮箱、消息队列、管道和共享内存。
内存管理
中断处理：中断处理 是整个运行系统中优先级最高的代码，它可以抢占任何任务级代码运行。 -
常用的嵌入式操作系统——Linux
第一章课后习题
1. 嵌入式系统定义是什么?它由哪几部分组成?
国内普遍认同定义：
嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体。
嵌入式系统基本构成：
一般可分为硬件和软件两部分。
硬件：嵌入式处理器、外围硬件设备、电源、I/O接口电路等；
软件：嵌入式操作系统（可选）、应用程序和驱动程序。
2. 试说明冯·诺依曼计算机与现代计算机的结构组成。
冯·诺依曼计算机结构由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。现代计算机在此基础上进行了扩展和优化，增加了多级缓存、并行处理、多核处理器等技术，以提高计算效率和处理能力。此外，现代计算机还引入了图形处理单元（GPU）、专用集成电路（ASIC）等专用硬件来处理特定任务。
3. 什么是地址码、操作数?
地址码是指在指令中用于指定操作数存储位置的部分，它告诉计算机从哪里获取或存储数据。操作数是指令中实际进行运算或操作的数据，可以是立即数、寄存器中的数据或存储器中的数据
4. 什么是CISC、RISC指令系统?二者有什么区别?
CISC（复杂指令集计算机）指令系统具有复杂的指令集，每条指令可以执行多个低级操作，旨在减少程序的指令数量，提高编程效率；RISC（精简指令集计算机）指令系统具有精简的指令集，每条指令执行一个简单的操作，通常在一个时钟周期内完成，旨在简化硬件设计，提高指令执行速度。CISC和RISC的主要区别在于指令集复杂度、指令执行速度、硬件设计和编程效率。
5. 嵌入式系统处理器有哪几种?如何选择?
嵌入式微处理器 MPU
嵌入式微控制器 MCU
嵌入式数字信号处理器 EDSP
嵌入式片上系统 SoC
选型设计原则：在满足应用要求的前提下，一般选择集成度高的嵌入式处理器SoC/SOPC芯片，以尽可能少的硬件构件进行设计。
6. 嵌入式系统存储器从功能上分为哪两类?一般采用何种类型存储器件?
嵌入式系统存储器从功能上分为两类：程序存储器和数据存储器。程序存储器通常采用闪存（Flash）或只读存储器（ROM），用于存储固件和程序代码；数据存储器通常采用随机存取存储器（RAM），用于存储运行时的数据和变量。
7. IO与CPU信息传送控制方式是什么?
IO与CPU信息传送控制方式主要有三种：程序控制方式、中断控制方式和DMA（直接存储器访问）控制方式。程序控制方式由CPU通过执行程序指令直接控制IO设备；中断控制方式通过IO设备向CPU发送中断请求，CPU响应中断后进行数据传输；DMA控制方式由DMA控制器直接在内存和IO设备之间传输数据，减少CPU的参与，提高传输效率。
8. 嵌入式实时操作系统定义是什么?典型的嵌入式实时操作系统有哪几种?
嵌入式实时操作系统（RTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，能够在严格的时间限制内处理任务，确保系统的实时性和可靠性。典型的嵌入式实时操作系统有FreeRTOS、VxWorks、RTEMS、μC/OS-II和QNX等。
9. 试说明嵌入式系统调试过程，并说明嵌入式系统有哪几种调试技术。
嵌入式系统调试过程通常包括以下步骤：代码编写、编译、下载到目标硬件、运行和测试、发现问题、调试和修复。调试过程中需要反复进行这些步骤，直到系统稳定运行。
串口调试、仿真器调试、JTAG或SWD在线调试等