复习课需要掌握的概念和辨析(课时)

需要掌握的概念和辨析嵌入式系统定义以应用为中心、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。嵌入式系统的三大要素和两大特征三大要素：

嵌入性、专用性、计算机系统

两大特征：

实时性、专用的开发环境嵌入式系统和单片机的区别和联系嵌入式系统单片机系统目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计单片机系统多为4位、8位、16位机，不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同嵌入式设备和嵌入式系统的区别和联系宿主和模块的关系嵌入式处理器和嵌入式系统的区别和联系构成计算机系统，作嵌入式应用交叉编译嵌入式系统采用“宿主机/目标机”方式——交叉编译。USB/RS232/以太网宿主机：通用计算机（PC），开发环境。目标机：嵌入式系统，运行环境。内存小存储空间有限计算能力有限实时性高速≠高实时性不同应用系统，不同的实时要求存储器系统-FlashFLASH：闪存最典型特点：分块操作，整块擦除，整块写入，按字节处理

FLASH内存FLASHFLASH中间层学名：硬件抽象层HAL（HardwareAbstractLayer）工程：板极支持包BSP（BoardSupportingPakeage）作用：它把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。优点：移植开发BSP具有以下两个特点：操作系统相关性硬件相关性功能层软件层中间层硬件层嵌入式系统的架构微处理器(MPU)MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。Intel创新模式：不是简单的删除片上系统——SoC（SystemonChip）。将功能做在一个芯片上，像是ARMRISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，像通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。嵌入式片上系统(SystemOnChip)CISC和RISC1、CISC：复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变。大多数程序只使用少量的指令就能够运行。2、RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetComputer)

只包含最有用的指令，指令长度固定确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单。ARM7系列是冯诺依曼结构，指令系统是RISC。ARM9系列是哈佛结构，指令系统是RISC。TI的DSP系列是哈佛结构，指令系统是CISC。MCS-51是哈佛结构，指令系统是CISC。PIC单片机是哈佛结构，指令系统是RISC。辨析哈佛结构和冯.诺依曼结构主要是指存储器结构，与指令系统没有严格的对应关系。提醒注意：后面考察原理预先取若干条指令每条指令分解为多步，并让各步操作重叠（分成几步称为几级流水）当前指令尚未执行完时，提前启动后续指令1.3流水线技术译码取指执行add译码取指执行sub译码取指执行cmp时间加Add减Sub比较Cmp举例：汽车等工厂/列概念5+3-7>0?4.2总线工作原理设备1控制设备2控制设备3控制设备4控制设备5控制设备6控制高阻联通控制控制系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。时钟晶振：提供标准频率

频率综合器：产生各种频率时钟电路为嵌入式系统产生时序脉冲4.4时钟举例：广播体操/列概念BallGridArray，BGABGA封装引脚数虽然增多，但引脚间距大于QFP传输延迟小，散热性能好(可控塌陷封装法)共面焊接，可靠性提高5.3引脚网格阵列通用文件系统不适用于嵌入式系统。Flash上实现文件系统，了解Flash的特点：

擦除-写入、块操作Flash上文件系统：

（1）数据管理：读取、修改、删除

（2）考虑擦写时间，协调数据吞吐量2.3.2文件系统1.3嵌入式软件都是无限循环嵌入式软件的结构上都是没有出口的，程序不能退出，整个程序的基本结构是无限循环。配合中断构成整体。一、基本特征列概念main(){/*超级循环*/

while(1)

{

action1();/*常规循环操作*/action2();

}}……/*中断1对应的服务程序*/__interruptISR1()

{

/*中断服务工作*/

}后台1.4中断前台中断工作原理当某种内部或外部事件发生时，产生中断信号，嵌入式系统的中断系统将迫使CPU暂停正在执行的无限循环，转而去进行中断事件的处理，中断处理完毕后，又返回被中断的无限循环处，继续执行下去。中断信号中断后要干的事循环的恢复中断机制中断服务程序中断现场入栈1.4中断列概念/举例“中断+无限循环”构成的“前台/后台”软件结构是嵌入式软件的基本结构特征裸机程序就是直接实现的“前台/后台”软件名词解释：前台/后台常规循环任务=后台=无限循环设备中断任务=前台=中断。1.4中断列概念unsignedchar*p;p=(unsignedchar*)0xF000FF00;

*p=11;

/*绝对地址0xF0000+0xFF00写入11*/3.1数据指针任务：写数据到0xF000FFF0地址/*定义一个无参数、无返回类型函数指针类型*/typedefvoid(*lpFunction)();

/*定义一个函数指针，指向要跳转的位置*/lpFunctionlpReset=(lpFunction)0xF000FFF0;/*调用函数=跳转*/

lpReset();3.2函数指针任务：跳转到0xF000FFF0地址执行27操作系统是一段核心程序作为软硬件资源的控制中心，它以尽量合理有效的方法组织多个用户共享计算机的各种资源。作为一台功能强大的虚拟机，给用户一个方便、有效、安全的工作环境和开发环境，提供人机交互接口和API函数。

1.1操作系统操作系统举例：上节课word和excel、打印机打印、UNIX多用户指拥有CPU资源（寄存器、堆栈）的正在执行的简单程序。通用操作系统中的进程和线程。实时系统中的大部分任务是周期的，编程上每个任务是一个典型的无限循环。只有任务能够申请CPU资源。任务的状态：就绪、运行、挂起。2.1任务两大特点：第一是程序，第二有资源举例：打扫卫生（地面、玻璃、桌椅，劳动工具（资源）/各自独立工作/有矛盾时还要协调）

2.2调度

内核的主要职责之一。什么是调度？决定任务运行的次序。调度的基本方式有可抢占式和非抢占式。多数实时内核是基于优先级调度的多种方法的复合。

2.2调度

先来先服务（FCFS）最短周期优先（SBF）优先级法(Priority)轮转法(Round-Robin)多级队列法(multi-levelqueues)多级反馈队列(multi-levelfeedbackqueues)基本的调度算法2.3优先级任务的轻重缓急指示每个任务按其重要性被赋予一定的优先级。静态优先级与动态优先级。（固定和可变）基于优先级的系统会出现优先级倒置的问题，一个好的实时内核应该提供解决倒置的方法。已开发出多种算法用于实时任务的优先级分配。提问：被谁赋予？

2.4代码临界区

指一段不可分割的代码，一旦执行，不能被中断。实现代码临界区的方法有：一是屏蔽中断，通常在代码执行前关闭中断，执行后打开中断，只能用于单处理机的情形；二是通过信号量机制。UC/OS里内核里得到充分体现提问：屏蔽中断会有何后果举例：前面程序中的a2.5

信号量多任务环境下使用的一种设施,它负责协调各个任务,以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。用以前查询信号量信号量符合要求，使用；否则，等待。使用完要释放信号量。完成代码临界区功能举例：停车场管理员提问：为什么代码临界区可以使用信号量2.10

抢占当起执行的任务可以被打断而由另外一个任务执行。提高了相应外部中断的能力。多数操作系统是抢占式调度。DSP处理器的特点在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据（Harvard结构）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。独立的硬件乘法器独立的DMA总线和控制器专用的数据地址发生器与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些（例如外设支持等）DSP的硬件特点一、哈佛体系结构二、流水线作业技术三、独立的硬件乘法器四、独立的DMA总线和控制器五、专用的数据地址发生器六、特殊指令支持37什么是FPGA门数介于低端的分离元件和高端的ASIC之间可编程修改的集成电路芯片FieldProgrammableGateArray现场可编程逻辑器件Part1综合（Synthesis）

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