嵌入式系统原理及应用复习知识点总结

第一章1、嵌入式系统的应用范围：军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制。2、嵌入式系统定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件与硬件可裁剪，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。（嵌入式的三要素：嵌入型、专用性与计算机系统）。3、嵌入式系统的特点：1)专用性强；2）实时约束；3）RTOS；4）高可靠性；5）低功耗；6）专用的开发工具和开发环境；7）系统精简；4、嵌入式系统的组成：（1）处理器：MCU、MPU、DSP、SOC；（2）外围接口及设备：存储器、通信接口、I/O接口、输入输出设备、电源等；（3）嵌入式操作系统：windowsCE、UCLinux、Vxworks、UC/OS;（4）应用软件：Bootloader5、嵌入式系统的硬件：嵌入式微处理器（MCU、MPU、DSP、SOC），外围电路，外部设备；嵌入式系统的软件：无操作系统（NOSES），小型操作系统软件（SOSES），大型操作系统软件（LOSES）注：ARM处理器三大部件：ALU、控制器、寄存器。6、嵌入式处理器特点：（1）实时多任务；（2）结构可扩展；（3）很强的存储区保护功能；（4）低功耗；7、DSP处理器两种工作方式：（1）经过单片机的DSP可单独构成处理器；（2）作为协处理器，具有单片机功能和数字处理功能；第二章1、IP核分类：软核、固核、硬核；2、ARM处理器系列：（1）ARM7系列（三级流水，thumb指令集，ARM7TDMI）;(2)ARM9系列（DSP处理能力，ARM920T）（3）ARM/OE（增强DSP）（4）SecurCone系列（提供解密安全方案）；（5）StrongARM系列（Zntle产权）；（6）XScale系列（Intel产权）；（7）Cortex系列（A：性能密集型；R：要求实时性；M：要求低成本）3、ARM系列的变量后缀：（1）T：thumb指令集；（2）D：JTAG调试器；（3）快速乘法器；（4）E：增强DSP指令；（5）J：Jave加速器4、ARM{X}{Y}{Z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{S}:x—系列号，y—内部存储管理和保护单元，Z—含有高速缓存。5、CISC（x86）：（1）具有大量的指令和寻址方式（300~500条）；（2）8/2原则：80%的程序只用20%的指令；（3）大多说程序只使用少量指令就能运行；6、处理器核的性能指标：（1）冯诺依曼vs哈佛；（2）CISCvsRISC（3）流水线结构；（4）超标量执行；（5）高速缓存；7、流水线（所有的ARM处理器）：每个时钟脉冲都接收下一条处理数据的指令，只是不同部分做不同的事情，提高系统处理速度和效率；ARM7—3级流水线，PC=LR-4；ARM9—5级流水线PC=LR-4*3；ARM10—6级；ARM—8级；Cortex—8级；8、4种异常：中断、陷阱、故障、终止；9、ARM处理器的7种工作模式：（1）用户态USR；（2）快中断FIQ；（3）中断IRQ；（4）管理态SVC;（5）终止态ABT；（6）未定义UND；（7）系统SYS；10.ARM的两种工作状态：（1）ARM状态---32位ARM指令集，字对齐取指（2）Thumb状态---16位Thumb指令集，半字对齐取指。11.ARM寄存器：37个寄存器，其中31个通用寄存器，6个状态寄存器，寄存器位32位寄存器。影子寄存器：是为处理器的不同工作模式配备的专用物理寄存器，在异常模式下，它们将代替用户或者系统模式下使用的部分寄存器。（1）SP—堆栈指针R13（2）LR—链接寄存器R14（3）PC—程序计数器R15（当前取指指令地址）状态寄存器：（1）保存ALU当前操作信息（2）控制允许和禁指中止（3）设置处理器操作模式。标志位：（1）N—结果为负数，N=1（2）Z—结果为0，Z=1（3）C—加法进位C=1，减法置错位C=0（4）V—带符号溢出，V=1（5）I—I=1禁止IRQ中断（6）F—F=1禁止FIQ中断（7）T=0—ARM执行；T=1，Thumb执行。12.ARM存储器数据类型：8位字节（Java加速器）；16位字节（Thumb处理器）；32位字节（ARM处理器）；换为主机内部的并行数据（3）把机内并行数据转换为输出串行数据（4）设定数据传输的帧格式（5）对输入输出的串行数据流进行奇偶校验处理，以及进行数据收发，缓冲处理等。6．C语言程序对GPIO的读写规范：（1）在头文件中对控制GPIO的寄存器进行宏定义（2）使用限定符Valatile7.USB接口的主要特点（1）串行外设连接（2）支持即插即用（3）连接容易，使用方便（4）独立供电，降低外设成本（5）速度快8.为嵌入式系统配备以太网接口有以下两种方法（1）嵌入式处理器+以太网芯片对处理器没有特殊要求，只要求正确把以太网接口芯片接到嵌入式总线上，编写该接口芯片的驱动程序。优点是通用性强，适合各种处理器，缺点是速度慢，可靠性不高（2）内部集成了以太网控制器的嵌入式控制器特点：要求嵌入式处理器有通用的网络接口，处理器是面向网络应用设计的，处理器和网络通过内部总线交换数据，速度快且可靠性高。9.以太网数据采用曼彻斯特编码方案，TEEE802.3标准10.非编码式键盘识别按键的方法有两种：（1）行扫描法让一个行线引脚发出低电平信号，使该引脚对应的键盘上某一行线为低电平，而其余行线为高电平，然后读行线值，如果行值中有某位为低电平，则表明行列交点处的键被按下；否则扫描下一行，直到扫描完全部行线为止。换言之，如果该航线所连接的键没有按下，则列线所接的端口得到的是全“1”信号；如果有键按下，则得到非全“1”信号。（2）线反转法先将行线作为输出线，列线作为输入线，行线输出全“0”信号，读出列线的值，然后将行线列线输入输出关系互换，并且将刚才独到的列线所接的端口输出，再读出行线的输入值，那么在闭合键所在的行线上的值必为0。这样，当一个键被按下时，必定可读到一对唯一的行列值。11．液晶显示器（LCD）采用一种数字显示技术，通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图像。12.LCD有两种类型，一种是带有驱动电路的LCD显示模块，这种LCD可以与各种低档单片机进行接口，如8051系列单片机；另一种是LCD显示屏，它需要配接驱动电路才能使用。连接方式：第一种嵌入式处理器可通过数据总线，寄存器选择，使能信号与LCD模块连接；第二种有LCD控制器的潜入式处理器可通过LCD控制信号线与LCD显示屏连接。13.触摸屏方式：电阻式，电容式，表面声波式，红外线扫描，近场成像式触摸屏组成部分：（1）触摸检测装置:安装在显示屏幕前面，检测触摸位置，接收后送到触摸屏控制器（2）触摸屏控制器：接收触摸信息，转换为触点坐标送给处理器第五章1.调试方法：（1）直接测试法（2）BDM/JTAG调试（3）软件调试（4）模拟调试（5）全仿真调试2.直接测试法：（1）在主机上编写源程序.C（2）编译.O文件（3）下载/挂载（4）在目标机上运行程序（5）重复（2）测试时间长，效率低3．BDM/JTAG调试：特点：JTAG是一种在线调试接口，需要一个JTAG接口与ARM通信，完全非插入式调试，该方式有一个硬件调试体（ICD调试器）。该硬件调试体与目标板通过JTAG调试接口相连，与主机通过串口/网口/USB口/并口相连。待调试软件通过JTAG调试器下载到目标板上运行。功能：（1）读出/写入CPU的寄存器，访问控制ARM处理器内核，（2）读出/写入内存，访问系统中的存储器。（3）访问ASIC系统；（4）访问I/O系统；（5）控制程序单步执行和实时执行。4.软件调试：特点：宿主机上有调试器，目标机上有监控器，monito预先被固化到目标机ROM中，目标机复位后被首先执行，等待宿主机命令，主机和目标板通过串口、网口、并口连接，主机上提供调试界面，待调试软件下载到目标板上运行。功能：实现嵌入式软件调试，单步执行目标程序。5.模拟调试：特点：模拟器是运行在宿主机上的一个纯软件系统工具，它通过模拟目标机的指令系统或目标机操作系统的系统调用达到在宿主机上运行和调试嵌入式程序的目的。调试工具和待调试的嵌入式软件都在宿主机上运行，由主机提供一个模板的目标运行环境。功能：主要是用作用户程序的模拟运行，用来检查语法和程序的结构等简单错误。6.全仿真调试：特点：ICE是一种用于替代目标板上的CPU的设备，ICE仿真器通过仿真头连接到目标板，通过串口、网口或USB口与主机连接。7.简述嵌入式系统的开发环境：选择主要芯片，确定编程语言，选择开发环境，RTOS的使用，测试工具与其他辅助设备选择主要芯片，确定编程语言，选择开发环境，RTOS的使用，测试工具与其他辅助设备选择开发方案设计与调试测试产品8.ADS集成开发环境特点：（1）可在Windows以及Solarts，RedHatlinus上运行；（2）支持所有的ARM系列处理器。组成部分：（1）代码生成工具；（2）IDE集成开发环境；（3）调试器；（4）指令集模拟器；（5）ARM开发包；（6）ARM应用库。第六章嵌入式操作系统的特点：①非通用性；②实时性；③功耗、成本、可靠性严格要求；④有限存储空间实行；⑤可裁剪。抢占性内核：优先级最高的任务能够立即执行，从而能够保证系统具有高度实时性能。含义：当任务位于内核空间时，有更高优先级的任务出现时，如果当前内核允许抢占，则可以将当前任务挂起，执行优先级更高的任务。不可抢占式内核：要求每个任务在程序代码执行完毕后自行放弃CPU的所有权。含义：高优先级的进程不能终止正在内核中运行的低优先级的任务而抢占CPU运行，除非任务自愿放弃CPU，否则该任务将一直运行下去，直至完成或退出内核。嵌入式操作系统按内核结构分为：单内核型和微内核型。单内核型：①整个系统只有一个可执行文件包含所有的操作系统组件；②系统的结构就是无结构，由一组函数组相互之间可以随意的调用；③剪裁，修改后重新编译；④通信开销小。典型代表——嵌入式Linux微内核型：①操作系统内核只包含最小的功能，②其他的操作系统组件以中间件的形式存在于内核之外；③设备驱动程序完全从内核中剥离，独立成为一层；④方便增加新功能组件；易于扩展和调试，运行速度慢。典型代表：Vxworks，QNX等许多嵌入式操作系统。实时系统的定义：对外来事件能在限定的响应时间内做出预定质量处理的计算机系统。（及时、准确）基本属性：可预测性、可靠性实时操作系统的响应时间：计算机从识别一个外部事件到做出反应的时间。实时系统根据响应时间分为：强实时系统、普通实时系统、弱实时系统 根据时限响应性能分为：硬实时系统、软实时系统。强实时操作系统常用的调度算法：①基于优先级的调度算法：②基于CPU使用比例的共享式调度算法；③基于时间的进程调度算法。优先级反转：由于多进程共享资源，具有最高优先级的进程被低优先级进程阻塞，反而使具有中优先级的进程先于高优先级的进程执行，从而导致系统崩溃。 解决之道：优先级继承，优先级封顶协议。Linux调度机制的特点：①多任务用户操作系统；②优先级动态变化；③分为实时和普通两种；