嵌入式应用系统设计复习点分解

1、嵌入式应用系统设计复习要点1.计算机应用系统的应用模式 通用计算（PC机）应用系统:绝大部分是用于非控制类应用。 利用通用计算机（PC机）作为核心构成特定用途的系统。常用于科学工程计算、 办公自动化、管理信息系统、计算机辅助教学、计算机辅助设计、虚拟仪器等。 嵌入式系统应用:绝大部分是用于控制类应用。 嵌入式系统应用往往都是根据实际需求量身定做硬件和软件的专用 （广义） 计算系 统，并对功能、可靠性、成本、体积、功耗速度、工作温度范围、电磁兼容性、抗干扰能 力等某几方面有不同程度的特定的要求。2.嵌入式系统应用有以下两类典型的开发模式 简单中低端嵌入式应用系统的低端应用系统的开发模式单片机+监

2、控程序（循环程序+中断）。开发使用的工具是仿真器（或软件模拟器）+编程器。 这种开发的特点是投入相对小，容易上马。 但是开发周期长，可靠性取决于开发人员 素质，无法得到保证。 复杂中高端嵌入式应用系统的高端应用系统的开发模式嵌入式处理器+嵌入式实时操作系统（RTOS）。开发使用的工具是RTOS+仿真器（或软 件模拟器）/JTAG接口+编程器。这种开发的特点是开发周期相对较短，实时性有保证，可靠 性有一定保证；但是投入大，RTOS价格昂贵，一般几千至几万美元，还需要高额使用费， 开发风险大。3.嵌入式系统的结构组成 核心计算器件1嵌入式微处理器/2微控制器3数字信号处理器（DSP）4片上系统（S

3、oC） 嵌入式实时操作系统（RTOS）实时操作系统（RTOS-Real Time Operating System） 是指 具有实时性能、支持时间管 理的操作系统。它除了要满足应用的功能需求以外， 更重要的是还要满足应用提出的实时性要求。 而组 成一个应用的众多实时任务对于实时性的要求是各不相同的，此外实时任务之间可能还会有 一些复杂的关联和同步关系，如执行顺序限制、 共享资源的互斥访问要求等， 这就为系统实 时性的保证带来了很大的困难。因此实时操作系统所遵循的最重要的设计原则是：采用各种算法和策略，始终保证系 统行为的可预测性（predictability）。可预测性是指在系统运行的任何时刻

4、， 在任何情况下， 实时操作系统的资源调配策略都能为争夺资源(包括CPU、内存、网络带宽等)的多个实时任务的合理地分配资源， 使每个实时任务的实时性要求都能得到满足。 与通用操作系统不同， 实 时操作系统注重的不是系统的平均表现， 而是要求每个实时任务在最坏情况下都要满足其实 时性要求， 也就是说， 实时操作系统注重的是个体表现， 更准确地讲是个体最坏情况的表现。 商业化和非营利性RTOS的区别1商业化RTOS：一般具有完整的工具链，并可提供技术支持，但大多都价格昂贵。2非营利性RTOS：一般都是某大学或研究所出于学术研究目的而开发，但一般相对简陋，不能提供完整的开发工具链和技术支持。4.嵌入

5、式系统开发涉及到的技术请列举出嵌入式系统开发涉及到的技术 涵盖了电子技术中几乎所有的内容、 计算机技术中大部分的内容和网络通信技术中的很 多内容。电子技术 包括 数字电子技术 和 模拟电子技术 。 数字电子技术 包括组合逻辑和时序逻辑 电路、FPGA/CPLD等；模拟电子技术 包括模拟放大电路、滤波器、信号调理电路、采样保 持电路、变换电路(A/D、D/A、V/F、F/V、RMS-DC)、基准电压源和电流源、电源电路等， 以及 传感器、伺服机构、半导体器件、显示器件、语音器件、电磁兼容(EMC)、印制板计算机辅助设计技术、各种工艺技术 等。计算机技术 包括 硬件技术 和 软件技术 。计算机硬件

6、技术包括系统总线技术、设备总线 技术、存储器技术、中断技术及其控制电路、各种通用并行接口电路、串行通信接口电路、 定时器/计数器电路、DMA控制器电路等。软件技术涉及到数据结构、操作系统、实时操作 系统、集成开发环境、编译技术、链接技术、调试技术、测试技术等。另外还需要各种开发 工具，例如仿真器、模拟器、逻辑分析仪、混合信号示波器等技术。网络技术 主要涉及到各种 网络控制器 和网络协议 ，包括Can、Lonwork、TCP/IP、801.11x、Bluetooth等协议。5.单片机应用系统开发的过程请简述单片机应用系统开发的过程(1)确定任务和应用系统应达到的目标(2)提出设计方案，确定数学模

7、型，并进行认证(3)系统总体协同设计T软件设计与硬件设计(4)模拟、仿真调试(包括硬件调试和软件调试)；(5)现场调试和参数整定(6)固化应用程序，脱机运行。 编写系统说明书、技术资料、维护维修手册等文档 正式运行一段时间后，总结、评价、鉴定和维护6.人机系统机能合理分配目标： 追求人机系统效率最大化 计算机应用系统是人机系统，机器并不能完全代替人的作用。机器只能承担那些 需要重复、快速计算、含有大量信息数据的非创造性工作 。目前的计算机还不具有归纳推 理能力，特别是对图像、物体的识别还处于极其初级的阶段。计算机还无法代替人的形 象思维等创造性工作。而人的弱点是不能长时间地承受单调重复的工作，

8、 否则容易疲劳出错。 人的动作反 应和力量远不及机器，人不能定量检测，还容易受生理心理状态、情绪的影响。所以对 组成一个系统必须根据人和机各自的特点和局限性对机能予以合理的分配。 使人和机都 能各自扬长避短，让整个系统效率最高。在我国人多、劳动力廉价、而且总体素质差的国情现实情况下，应该先选择那些即 使人多也不能解决问题、实时性要求高、人不能长时间承受、可提高产品合格率，能产 生经济效益、有利于节能、有利于人生安全、有时效性的的项目。应该追求提高效率而 不是节省劳动力。一般分配原则 ：机器应承担需要重复、快速计算、含有大量信息数据的非“创造性”工 作；尽量让人承担需要归纳推理、形象思维等目前非

9、人不可的“创造性”工作。7.硬件与软件功能合理分配在计算机中， 硬件与软件在逻辑上是等价的， 各种功能既可以用硬件实现， 也可用软件 实现， 但是有的功能适宜用硬件来实现， 而另一些功能则适宜用软件来实现。 这就需要对要 完成的任务进行分析，并根据任务的特点、结合性能要求、成本要求、进度要求、开发人员 的情况以及产品批量要求等进行权衡，对硬件和软件各自需要完成的任务进行合理分配。一般而言， 多采用硬件，特别是大规模集成电路，往往可以简化设计工作，并使系统性能，特别是速度得到显著提高，但硬件成本也相应提高；其缺点是缺乏灵活性。反过来 用软件代替硬件是实现功能， 可以降低硬件成本， 增加灵活性；

10、但一般相应速度会降低，有时还可能需要增加存储器容量，并要增加软件开发成本。8.成熟技术与新技术的取舍成熟技术已获得实践证明，有一定的保证，可加快上市时间，但可能不是最好的技术。 新技术一般都有旧技术没有的特点， 可能更先进， 但往往还未受到时间考验， 所以有一 定的风险。9.嵌入式系统开发最大的特点嵌入式系统是 从底层硬件到上层应用都需要进行开发，最终实现一个完整的系统。10.嵌入式系统开发为何要有开发工具？单片机价格低廉、功能强、使用方便，可以用来组成千变万化的应用系统， 因而单片机 应用广泛。 但在单片机开发者设计、 制作了硬件电路并编制了相应的应用程序后， 如何把用 汇编语言或高级语言编

11、写的应用源程序汇编成为机器码？写得对不对?运行结果是否符合 设计要求?如果不符合又怎样找到错误进行修改?怎么修改?是程序的错误还是电路的错误?这些机器码又怎样固化到单片机的程序存储器中？因为单片机自身无调试开发能力， 单片机自身无法解决这些问题，可以提供帮助的硬件和软件工具就称开发工具。11.开发工具的主要功能？设计和调试模拟电子电路的常用工具有万用表和示波器，设计和测量数字电子电路常需要用到万用表、示波器、逻辑笔和逻辑分析仪等。而单片机是可编程计算器件，除 需要像对常规电路一样进行静态电气参数测量外，还需要能在程序运行时有动态监测能力的软件开发调试工具。因为单片机应用系统除要对硬件电路（包括

12、设计、制板、元器件安装焊接等）的正确性检查和调试进行外，还有一个重要的工作就是软件设计和调试， 这就需要有一个支持软件设计和调试的环境和工具，首先要有源程序编辑、汇编/编译、链接定位 和加载目标程序代码 等功能的工具软件。此外，把目标码放入程序存储器中运行时，一般都会出现一些硬件、软件上的错误或漏洞（Bug），这就需要通过调试来发现错误并加以修改，为了能 调试程序，检查硬件、软件运行状态。 就必须借助某种调试工具，实现在程序运行中随时停止或随时观察运行中间过程而不改变运行中原有的数据性 能和结果。12.如何选择单片机应用系统的开发工具？单片机开发系统选择总原则 是 使用简单、操作方便、调试手段

13、合理、开发放率高、经济实惠 。 一般可以从以下几个方面来评价一个开发系统：（1）编制装卸程序的手段主要有 编辑方式、存储介质、编译手段 和装卸能力 等方面。作为开发系统终端的计 算机所带软件的 编辑功能 已越来越强， 存储介质 也多样化，因此开发条统的这两项功能 已无关紧要。而着重看开发系统对已编好程序的编译手段和装卸能力。编译手段 有的只有交叉汇编功能， 有的增加了链接功能并带有子程序库， 允许用户将程序分块编写，调用子程序库的程序，最后汇编链接成目标码。还有的可以对中级语 言(像C语言)和高级语言(像BASIC语言)编写的程序编译成目标码。装卸能力 是指开发系统如何加载安装已编译好的目标码

14、及固化方法。(2)调试环境及手段调试环境 包括仿真存储器的容量、 与用户系统的联机方式以及为调试所配备的辅助 软件和操作等。调试手段 包括控制程序执行能力，如 单步执行、连续执行、断点执行及断点执行中有无跟踪和循环能力 等。检查暂停现场的方式，如显示修改单片机片内寄存器和片外存 储器的手段等。 是否占用用户资源 是否支持高级语言和RTOS 是否集成开发环境(IDE) 断点的功能断点功能对程序调试至关重要， 断点形式有 地址断点、 数据断点和外部信号断点 三种形 式。根据断点设置的目标存储器区域不同，又有 硬断点和软断点 之分。 是否有实时跟踪功能 仿真器的人机界面 开发系统的扩充能力 仿真频率

15、的高低(11)仿真RAM的容量(12)性能价格比13.什么叫硬断点和软断点功能？硬断点 是指可以在程序存储器空间中设置的断点 ，而把 仅能在仿真数据存储器RAM空 间中设置的断点 称作软断点 。好的仿真器都应该具有硬断点设置功能。 只有支持硬断点的仿 真器才能很好地支持高级语言的调试。14.嵌入式系统开发工具的种类？开发工具 包括 编辑器、编译器/汇编器、链接器和定址器、调试器、集成开发环境(IDE)和实时操作系统(RTOS)、编程器(烧录器)、逻辑分析仪和模拟数字混合信号示波器 。 调试工具 其作用是可以将用户程序生成的目标码装入用户系统的存储器或装入开发工具中 的仿真存储器，并可实现修改内

16、存、设置寄存器、设置断点、块移动、块填充、块比较、 单步运行、断点运行、连续运行等功能。目前常用的调试工具有以下4种：1指令集模拟器 (Simulator)这是一个完全基于主机的程序， 部分集成开发环境提供了指令集模拟器， 可方便用户在PC机上完成一部分简单的调试工作。它模拟目标处理器的功能和指令集，在项目的早期， 特别是还没有任何实际的硬件可以用来试验程序的时候是相当有用的。模拟器最大的缺点是 它仅能模拟处理器， 而无法真正模拟嵌入式设备中I/O接口和设备以及中断控制。2驻留监控软件(ROM-Monitor) 例如ARM公司的Angel驻留监控软件(Resident Monitors)是 一

17、段运行在目标板上的程序 ，集成开发环境中的 调试软件通过以太网口、 并行口或串行口等通讯端口与驻留监控软件进行交互， 由调试软件 发布命令通知驻留监控软件控制程序的执行、读写存储器、读写寄存器、设置断点等。驻留监控软件是一种比较低廉有效的调试方式，不需要任何其他的硬件调试和仿真设备。ARM公司的An gel就是该类软件，大部分嵌入式实时操作系统也是采用该类软件进行调试，不同的是在嵌入式实时操作系统中，驻留监控软件是作为操作系统的一个任务存在的 驻留监控软件的缺点在于它对硬件设备的要求比较高，一般在硬件稳定之后才能进行 应用软件的开发， 同时它占用目标板上的一部分资源， 而且不能对程序的全速运行

18、进行完全通常必须 采用极其复杂的设计和工艺 ，因而其 价格比较昂贵ROM仿真器， 用来仿真一个只读存储器。 与ICE一样， 它也是一个独立的嵌入式系统， 并和主机与目标板相连。不过，它是通过ROM芯片插座来和目标板相连的。对于嵌入式处 理器，它就像一个只读存储器芯片，而对于远程调试器，它又像一个调试监控器。 调试器(Debugger)a.远程调试器(remote debugger)可以通过主机和目标机之间的串行网络连接来下载、 执行和调试嵌入式软件。在嵌入式系统的情况下，调试器和被调试的软件分别运行在两个不同的计算机系统上 。b.自由软件调试器15.基于操作系统的编程和基于裸机的编程有什么不同

19、？基于操作系统的编程： 以“实时多任务操作系统”内核为基础只需完成相关任务的编 程。其实时性和可靠性有保障。适用于功能较复杂的应用系统。基于裸机的编程： 以空白的单片机芯片为基础完成全部软件设计。其实时性和可靠性 与设计人员的水平密切相关。适用于功能较简单的中小型应用系统。这是电子工程师应该 掌握的基本编程技术。16.可以划分的程序模块自检模块 初始化模块 时钟模块 通信模块 信息采集模块 数据处理模块 控制决策模块仿真，所以对一些要求严格的情况不是很适合。3在线仿真器 (In-Circuit Emulator) 在线仿真器使用仿真头完全取代目标板上的 供更加深入的调试功能。但这类仿真器为了能

20、够例如Multi-ICECPU，可以完全仿真ARM芯片的行为，提 全速仿真时钟速度高于100MHz的处理器，信号输出模块 显示模块 监控模块17.低功耗系统设计的基本思路 硬件设计的基本原则在设计超低功耗系统时， 要对电源电压、 时钟频率以及静态功耗进行控制。这就形成了电源宜低不宜高、时钟宜慢不宜快、系统（器件）宜静不宜动 的三原则。尽量选用CMOS数字集成电路和低功耗微处理器采用低电压供电尽量选用高速低频工作方式选用低功耗的外围器件,少用高耗能器件选用低功耗高效率电路采用低功耗工作方式合理地选择系统的各项技术指标局部的节电实用技巧电源管理硬件设计采用低功耗的软件设计技术在一个嵌入式系统中，

21、通过硬件电路设计可以降低系统的功耗，同样也可通过有效的软件设计技术来降低系统的功耗。系统低功耗的运行管理善加利用处理器内部自带的动态调节开发者自行实现的动态调节器件之间的闭环调节操作系统级的节电技术18.液晶显示器的特点及显示形式21液晶显示工作电压低，仅36V;功耗又极小（每cm仅1880卩W），同样的显示 面积，其功耗比LED数码管显示器小几百倍。所以它特别适宜与CMOS电路连接相配，用 于各种数字及图形显示，尤其是适用于便携式智能仪器。2液晶显示器可在明亮的环境下正常使用，其显示清晰度不会随环境光的增强而减弱 在太阳光下它也能正常显示。3液晶显示器体积小、外形薄，为平板式显示，使用很方便

22、。4液晶显示器显示面积和字形的大小以及字符的多少在一定范围内不受限制。5液晶显示器响应时间和余辉时间较长，为ms级，因而响应速度较慢。6液晶显示器出于本身不会发光，因而在无辅助光的黑暗环境下不能显示。7液晶显示器的工作温度范围较窄，通常为-10+60C。8液晶显示器高可靠、长寿命、价廉。液晶显示器显示形式 ：分成 字段型（笔段型） 、点阵字符型 和点阵图形型 几种。19.串行控制芯片的特点及常用的串行接口的器件由于串行总线 占用资源少，结构简单，有利于扩展 ，可以大大 简化系统的硬件设计 ，在需要改变外围接口配置时， 仅需要直接更换芯片型号或增减芯片的数量;有时即使改变使用不同串行接口时， 都

23、不需要改变电路， 只要根据不同的接口协议更新相应软件即可。有利于 减小功耗、 成本、 印制板占用空间和增加通信传输距离 。唯一需考虑的是相对较慢的传输速度 能否满足要求以及 接口的成本 。高速串行接口总线的发展， 正不断吸引工程技术人 员越来越多地采用串行接口总线进行设计。 目前有越来越多的器件采用串行接口， 最常用 的 有各种 存储器E2PROM、Flash、FRAM，A/D和D/A转换器，实时钟，温度传感器等。20.用于芯片间通信的串行接口总线：2I2C总线、SPI总线、SCI总线和Microwire总线等。I2C(Inter IC)总线是Philips公司推出的高性能串行接口总线，用于芯

24、片之间的通 信。这是一种二线制双向串行总线：采用时钟(SCL)和数据(SDA)两根线进行数据传输。具有多主机系统所需的仲裁和高低速设备同步等功能， 可以实现多个主设备或一主多从设备的 多机通信，并自动进行冲突检测和仲裁，确保通信数据正确。标准数据传输率为100 kbps，快速方式的数据传输为400 kbps。总线上所接的芯片数量没有限制，但是有最大总线电容负载不大于400 pF的限制。 目前以单片机为基础的嵌入式系统中， 汽车类、办公自动化类和通信类的电子信息产品中，经常采用器件型号为24XXXX和85XXXXSPI/SCI总线型这两种都是美国摩托罗拉公司开发的串行接口。串行外围接口In te

25、rface)是一种同步串行接口。串行通信接口SCI (Serial Commu nicatio n In terface)则是一种 异步通信接口。 其公司的68HC系列的MCU都带有串行接口， 有的型号带有SPI，有的带 有SCI。还有的既带有SPI又带有SCI。2Microchip公司的25XX系列串行E2PROM采用简单的SPI兼容串行总线结构，用时钟(SCK)、数据输入(SI)、数据输出(SO)三根线进行数据传输，片选信号(CS)控制器件的选通。Microwire总线型这是美国国家半导体(NS)公司制定的一种三线同步串行接口总线。Microchip公司的93XXX系列串行E2PROM21

26、.不带I2C接口的单片机可以使用I2C器件吗？起始位和停止位如何实现？可以通过用软件模拟I2C时序使用I2C器件。例如用指令把SCL置为高电平，设置数 据线(SDA)为高电平，再设置成低电平，形成一个下跳沿，模仿起始位(START)产生的条件；同样把SCL设置为高电平时，用指令在数据( (SDA)引脚上产生一个上跳沿，就可模仿 停止位(STOP)产生的条件。22.掉电数据保护的方法 掉电数据转移保护RAM区加上备用电源 直接采用非易失性存储器另外也特别是在各种有关消费类、I2C总线。SPI(Serial Peripheral24.微处理器监控电路MAX703MAX709/813L是一类廉价微处

27、理器监控电路，提供下述 五种功能：1上电、掉电或电压降低时，产生一个脉宽为200 ms复位信号；2MAX705/706/813L具有独立监视跟踪定时器（看门狗）输出。在1.6 s内监视跟踪 定时器，输入端不被触发，监视跟踪定时器输出低电平信号；31.25 V门限检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测或+5 V以外的电源监控；4低电平有效的人工复位输入；5MAX703/704具有为低功耗逻辑器件提供备份电源切换功能。25.监视跟踪定时器 看门狗电路的作用监视跟踪定时器看门狗电路监控微处理器的工作。如果在1.6 s内微处理器不触发看门狗输入（WDI）,且WDI不处于浮空状态，其输出端/WDO将变

28、为低电平。 通常/WDO接到微处理器的NMI端，以控制不可屏蔽中断的发生。监视定时器（Watch-Dog Timer即WDT）的主要用途是，当程序执行失常后，自动使系统复位从头执行程序监视跟踪定时器经过其输入端（WDI）监视微处理器的工作。当WDI端保持高电平或低电平，而且在1.6 s的溢出时间内不被触发，则输出信号变为有效。在/RESET有效或WDI开路时，监视跟踪定时器处于清零不计数状态。一旦复位信号 无效且WDI被驱动至高电平或低电平，监视跟踪定时器开始计数。26.微处理器监控电路1.25 V门限制检测器的工作原理电源故障输入端PFI的电压与内部基准电压进行比较。如果PFI低于1.25

29、V,电源故障输出/PFO就变为低电平。把PFI接至电源分压器，并把/PFO接到微处理器中断输入端，就可以对微处理器的电源故障进行告警。电源故障比较器它是一个1.25 V的门限检测器，可 用于电源故障检测或欠压报警 等。在/PFO与PFI之 间增加正反馈电阻（其值约比分压电阻网络之和大一个数量级）可为比较器附加迟滞门限。 把/PFO连至MR，当PFI降至1.25 V以下时，可产生复位脉冲/RESET。图为同时监视+5V和+12V的电路图。同时监视+5 V和+ 12 V27.采样数据软件抗干扰的方法：用数字滤波来抑制噪声什么叫数字滤波？举例说明。参见43所谓 数字滤波器是用软件实现某种数学运算，对

30、数据进行处理，以达到滤波的效果。 算术平均值法2超值滤波法 ：去除大偏差值3中值法 ：取中间值4比较舍取法:三中取二5竞赛评分法 ：去头去尾求平均28.失控软件抗干扰的方法单片机应用系统控制失灵的发生， 可能有两个方面的原因： 其一是由于片内或扩展RAM受到干扰，而使得RAM内的一些数据发生变化，改变了工作条件，引起控制失灵；其二是 后向通道，即控制输出口自身受到干扰，而使输出口的状态发生变化，引起控制失灵。针对这两种原因发生的控制失灵，分别有RAM数据冗余 和 软件冗余 两种抗干扰的方 法。RAM数据冗余算法1奇偶校验法2校验和法： 对所要保护的数据块进行求和运算， 并把和数作为标志存放在指

31、定单元。3比较法：每次读数据都把原始数据与备份数据进行比较，相符才作为正确数据使用。 软件冗余 软件冗余是单片机应用系统的后向通道输出口的抗干扰手段。 不断地循环查询输出状态寄存器中的状态信息，一旦出错可以及时纠正29.程 序运行失常软件抗干扰方法单片机应用系统在大多数干扰源的影响下，最终结果是“死机”。其原因是CPU执行 指令时受到干扰使操作码或地址码发生了改变，导致程序计数器PC的位改变。PC值指向操作数，把操作数当作指令码执行，或者 机数据当作指令码执行，致使程序盲目运行 要使进入死循环的失常程序自动恢复， 硬件结合的方法，重新启动执行程序。具体的方法是设置 软件陷阱，设置监视定时器(W

32、DT )，以及设置与软件有关的硬件复 位电路 等。30.软件陷阱所谓软件陷阱， 就是对“跑飞 ”的程序实施俘获 。软件陷阱程序只要安排一条跳转指令， 强行将捕获的程序转向一个指定的地址， 在那里安排专门对程序出错进行处理的程序。 如果 把这段程序的入口标号称为ERR的话，软件陷阱即为一条LJMP ERR的指令，为加强其 捕捉效果，一般在它前面加两条NOP指令，即NOPNOPLJMP ERR31.为何利用NOP指令可以抗干扰？ 利用NOP的抗干扰的方法在单片机应用PC值超出应用程序区，把非程序区的数据或随(即跑飞)。最终进入死循环。重新正确工作， 主要是采用软件的方法， 或者软系统的运行速度允许

33、的情况下，利用NOP的抗干扰是有选择地在程序某 些地方插入一个或二个NOP指令使PC值得到调整。让程序受到干扰后仍可回到正常的 顺序。因为空操作指令NOP除了占用存储单元和执行时间外，对CPU的工作状态并无任何影响。一般地，在下列指令之前插入NOP指令，可以在一定程序上实现抗干扰：对外围端口的操作指令多字节指令转移指令堆栈操作指令32.容错设计技术所谓 容错 是指 尽管硬件有故障、 程序有错误或者操作有违规， 系统仍然具有正确执 行特定算法的能力， 以致保证结果的正确性。 容错技术 包括 硬件和软件容错技术 两方面。 实现容错的的一个 基本手段 就是 利用冗余技术 。冗余就是“多余”的意思。在

34、硬件上增 加一些设备或部件，从实现系统功能的角度看，增加的部分都是多余的，其目的仅是为 了提高系统的可靠性。这就称为硬件冗余。同样软件冗余是通过给系统增添程序来提高 软件工作的可靠性。软件冗余设计方法通常有重复初始化、数据传输冗余、重复执行、 标志冗余法及指令冗余等。 硬件容错设计1硬件冗余： 系统级冗余、双机系统和部件级冗余 等几种。系统冗余：最常用的方法有三中取二系统，并行运行，经过表决输出结果；也可以采 用双机系统，一套投入正常运行，另一套处于热身备用状态。 运行中的一套出故障，备用系 统立即投入正常运行，同时可以对故障系统进行检修。部件冗余：也可采用部件冗余方案，为关键部件准备备份。2

35、故障测试系统 系统自检的设计1单片机CPU自检指令系统的自检片内RAM自检定时器的自检中断功能的自检2程序存储器的自检3片外RAM的自检4A/D通道的自检5D/A通道的自检6数字I/O通道自检数字显示功能自检打印机自检音响报警装置自检发光指示装置自检键盘的自检7硬件自检模块 软件容错设计1输入界面的容错设计输入提示功能设计数据输入的容错设计命令输入的容错设计输入界面的安全性设计2输出界面的容错设计3软件公用资源的容错设计4软件算法的容错设计逻辑运算的容错设计数值运算的容错设计5软件标志的使用33.加密技术1.硬件加密技术通过对单片机的地址、 数据总线中的某些线交叉换位、 改变逻辑关系等方法来实

36、现。 一是硬件产品的自身保密， 即在设计硬件功能的同时增加一些冗余设计或采取一些工艺 手段，使解密者很难在较短的时间中将其破译出来；二是软件产品的硬件加密， 即利用硬件手段来改变软件运行的硬件环境， 使得软件离开 这种硬件环境就不能正常运行；三是软件加密算法的硬件实现， 即通过硬件来实现某种算法， 以达到提高加密强度和速 度的目的。2软件加密技术(1)在程序模块之间插入一些加密字节。加密字节一般位于下一模块之前的一个或 两个字节。采用这种方法后，一般反汇编程序无法汇编出系统的实际运行程序。(2)使程序中的某些字节为两个模块共同使用。(3)在程序存储器和数据存储器共用的系统中，可以用立即寻址方式

37、将一段加密程 序送入RAM中去执行。(4)用返回指令取代条件跳转指令。使用这种加密方法，将使某些可跟踪PC的反汇编程序无能为力。3.采用某些单片机特有的指令对软件进行加密4.软件加密硬件解密34.系统监控程序的任务系统监控程序 是控制单片机应用系统按照预定操作方式运转的程序。它是单片机应用系统程序的框架，它主要完成人机对话和远程控制等功能。当用户操作键盘、按钮等输入设备时，监控程序必须对键盘操作进行响应和解释， 然后通过调用相应功能模块完成预定的任务，并通过显示或打印方式给出结果，或者直 接输出相应控制信号。如果系统带有遥控通信接口， 监控程序还需要对通信接收到的信息进行解释， 尽管 通信接口

38、协议标准不同，所要编写的通信程序各异，但在接到相应命令后，对其解释的编程于以上键盘管理程序相似。35.频率和周期测量原理频率测量原理： 用某一标准时基信号控制一个闸门， 让被测信号通过， 用计数器对被测 信号进行计数，如时基信号为1秒，所测得的计数值就是频率值。周期测量原理： 用被测信号周期控制一个闸门， 让标准脉冲信号通过， 用计数器对标准 脉冲信号进行计数，如标准脉冲信号为1微秒，所测得的计数值就是周期值。36.如何用MCS-51单片机控制实现频率测量和周期测量？无论是频率测量还是周期测量， 其基本思想都是通过门控技术将输入的未知量与已知的 基准量进行比较后，量化计数再处理显示。测量频率是

39、在某单位时间内对被测信号脉冲进行计数； 测量周期是在被测信号周期内对 某一基准时钟脉冲进行计数。两者都要解决门控定时和对脉冲信号的计数问题。MCS-51单片机本身就含有2个16位定时器/计数器，为解决这两个问题提供了基本 条件，可以分别用于定时器和计数器。所需控制信号分频控制信号、 启动信号、 复位信号、 升降量程控制信号等都可通过单片 机控制接口产生。还可通过软件把测量数据结果进行处理，例如单位换算、 重新定标、 误差 修正、 把结果转换成希望显示的形式和格式、 记忆存储、 平均值计算以及自动选择测量方法可编程数据采集系统功能数据采集数据处理标度变换误差修正变换加工 数据记录、显示和对采集过

40、程进行控制可编程数据采集系统组成般 数据采集系统由模入通道、输入接口、主机、输出接口和模出通道组成 。37. 38.39.调理电路的作用用于输入信号的预处理，包括1小信号放大或大信号衰减2信号滤波3阻抗匹配4电平转换：TTL/CMOS5非线性补偿6电流/电压变换40.系统结构配置单通道公用放大、采样保持、A/D转换采集系统多通道大信号单端输入分时切换数据采集系统多通道小信号差动输入分时切换数据采集系统多通道准同步分时转换数据采集系统多通道同步数据采集系统41.浮点数运算为何要规格化?为了保证运算精度，必须尽量增加尾数的有效数值位数。一个数的有效数值位是指从第一个非零数字位开始的全部数值位数。所

41、以我们应该使浮点数中的尾数的第一位数字不为零，能满足这一条件的浮点数就称为规格化数。42 什么叫标度变换？ 一般有几种方法？标度变换就是测量值与工程值的变换。因为被测模拟量经过A/D转换器转换成数字量后，通常都要转换成原参数量纲的真实值。例如温度单位为C,经过A/D转换后的数据一般并不等于该参数的值，而仅表示相对大小，所以必须把该数码转换成原量纲的 数值，才能运算、显示或打印输出。公式法：如果输入数值X与输出工程量Y之间有确定的函数关系，都可以用 公式法来转换。1线性公式变换：适用于所有输出参数值Y与输入数码（采样值）X呈线性关系的转换。2非线性公式变换：适用于所有输出参数值Y与输入数码（采样

42、值）X呈非线性关系的转换。例如差压变送器的差压与流量的平方成正比，所以流量Y与差压测量值X的平方根成正比。3多项式公式变换：适用于输出量Y与输入数码（采样值）X无法用一个简单公 式来表示的转换。例如热电偶测温时。其热电偶的热电势E与温度T的转换。 查表法 ： 适用于有不规则关系或非线性关系的转换。 查表与插值相结合43.什么叫数字滤波？有何特点？常用的算法有哪些？在嵌入式系统中， 通过某种数学模型用计算方法对采样信号进行处理， 减小各种干扰信 号，提高有用信号在输出信号中所占比重的软件方法叫数字滤波。 数字滤波对消除信道干扰 特别有效。这是一种有针对性的滤波方法。它具有以下 特点： 数字滤波

43、用软件程序实现， 不需要增加硬件设备， 有利于降低系统成本、 尺寸 和体积，且稳定性好，可靠性高。 可以克服模拟滤波器的不足，还 可以实现一些模拟滤波器无法实现的效果 。 例如， 模拟滤波器对随机出现的幅值很大的尖脉冲干扰就难以处理， 而用软件滤波 就很容易去除这样的干扰信号数据。模拟滤波器对频率很低的（如0.01Hz）信号进行滤波几乎就无法实现，而用数字滤波就很容易。3可以根据信号的不同采用不同的滤波方法或滤波参数，而且不同回路之间也 不存在阻抗匹配问题，并可供多输入通道“共享” ，所以具有灵活、方便、功能强和效 果好的特点。常用算法有： 程序判断滤波法 限幅滤波 限时滤波 平均值滤波法 算术平均值滤波法 加权平均值滤波法3滑动平均值滤波法4中值滤波法5去极值平均滤波法 一阶滞后低通滤波器 （惯性滤波法）44.通过变换实现滤波的思