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嵌入式系统工程师考试笔记
嵌入式系统设计师考试笔记之嵌入式系统基本知识
欧浩源()0818
一、引言
自《嵌入式系统设计师考试复习笔记之存储管理篇》在嵌入式在线博客浮现后,意外得到诸多朋友关注和评论,收到不少朋友邮件,问某些关于考试问题,但愿得到我复习笔记其她某些。
我非常感谢她们,她们热切关注,使我有了继续往下写无限动力,使我萌生了将我此前复习笔记、考试经验结合大纲教程并重新按《教程》章节顺序整顿一份适合考生复习笔记手册,笔记背面再分析历年真题,按章节考点找出有关考题进行分析,但愿能和有兴趣人们一起讨论讨论。
嵌入式系统设计师一天考试分为上午和下午某些,两某些考试方式、试题难度、考点分布和复习办法都是不同。
这次咱们讨论是嵌入式系统基本知识,我本人觉得,这某些出下午大题也许性不大,重要是分布在上午75道选取题之中。
从历年真题和考试大纲来看,上午选取题重要考查某些基本概念,重要原理理解,某些核心技术和某些重要原理引申出来简朴计算。
依照这些考试特点,复习时候可以采用恰当方略,固然每个人办法都是不同样,适合自己办法才是最佳办法。
办法人们可以自己慢慢去体会,我也不多说了,通过笔记和真题分析就可以体现解决。
对于诸多核心知识点和基本概念,除了记住之外还要彻底理解,否则出题时候会进行某些变换,或者引申某些计算,那么就算你懂得考那个考点,也许你也做不好。
在复习过程中,你要记住:
你不是要考一种很高分数,而是要考一种通过度数,在复习过程中可以放弃某些内容,只要保证在大某些基本概念,核心技术,重要原理和历年考点上都把握住,可以拿到需要分数就可以了。
二、复习笔记
1、嵌入式系统定义
(1)定义:
以应用为中心,以计算机技术为基本,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格规定专用计算机系统。
(2)嵌入式系统发展4个阶段:
无操作系统阶段、简朴操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。
(3)知识产权核(IP核):
具备知识产权、功能详细、接口规范、可在各种集成电路设计中重复使用功能模块,是实现系统芯片(SOC)基本构件。
(4)IP核模块有行为、构造和物理3级不同限度设计,相应描述功能行为不同可以分为三类:
软核、固核、硬核。
2、嵌入式系统构成:
硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层
(1)硬件层:
嵌入式微解决器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
嵌入式核心模块=微解决器+电源电路+时钟电路+存储器
Cache:
位于主存和嵌入式微解决器内核之间,存储是近来一段时间微解决器使用最多程序代码和数据。
它重要目的是减小存储器给微解决器内核导致存储器访问瓶颈,使解决速度更快。
(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP):
它将系统上层软件和底层硬件分离开来,使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件详细状况,依照BSP层提供接口开发即可。
BSP有两个特点:
硬件有关性和操作系统有关性。
设计一种完整BSP需要完毕两某些工作:
A、嵌入式系统硬件初始化和BSP功能。
片级初始化:
纯硬件初始化过程,把嵌入式微解决器从上电默认状态逐渐设立成系统所规定工作状态。
板级初始化:
包括软硬件两某些在内初始化过程,为随后系统初始化和应用程序建立硬件和软件运营环境。
系统级初始化:
以软件为主初始化过程,进行操作系统初始化。
B、设计硬件有关设备驱动。
(3)系统软件层:
由RTOS、文献系统、GUI、网络系统及通用组件模块构成。
RTOS是嵌入式应用软件基本和开发平台。
(4)应用软件:
由基于实时系统开发应用程序构成。
3、实时系统
(1)定义:
能在指定或拟定期间内完毕系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应系统。
(2)区别:
通用系统普通追求是系统平均响应时间和顾客使用以便;而实时系统重要考虑是在最坏状况下系统行为。
(3)特点:
时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境交互性。
(4)硬实时(强实时):
指应用时间需求应可以得到完全满足,否则就导致重大安全事故,甚至导致重大生命财产损失和生态破坏,如:
航天、军事。
(5)软实时(弱实时):
指某些应用虽然提出了时间规定,但实时任务偶尔违背这种需求对系统运营及环境不会导致严重影响,如:
监控系统、实时信息采集系统。
(6)任务约束涉及:
时间约束、资源约束、执行顺序约束和性能约束。
4、实时系统调度
(1)调度:
给定一组实时任务和系统资源,拟定每个任务何时何地执行整个过程。
(2)抢占式调度:
普通是优先级驱动调度,如uCOS。
长处是实时性好、反映快,调度算法相对简朴,可以保证高优先级任务时间约束;缺陷是上下文切换多。
(3)非抢占式调度:
普通是准时间片分派调度,不容许任务在执行期间被中断,任务一旦占用解决器就必要执行完毕或自愿放弃,如WinCE。
长处是上下文切换少;缺陷是解决器有效资源运用率低,可调度性不好。
(4)静态表驱动方略:
系统在运营前依照各任务时间约束及关联关系,采用某种搜索方略生成一张运营时刻表,指明各任务起始运营时刻及运营时间。
(5)优先级驱动方略:
按照任务优先级高低拟定任务执行顺序。
(6)实时任务分类:
周期任务、偶发任务、非周期任务。
(7)实时系统通用构造模型:
数据采集任务实现传感器数据采集,数据解决任务解决采集数据、并将加工后数据送到执行机构管理任务控制机构执行。
5、嵌入式微解决器体系构造
(1)冯诺依曼构造:
程序和数据共用一种存储空间,程序指令存储地址和数据存储地址指向同一种存储器不同物理位置,采用单一地址及数据总线,程序和数据宽度相似。
例如:
8086、ARM7、MIPS…
(2)哈佛构造:
程序和数据是两个互相独立存储器,每个存储器独立编址、独立访问,是一种将程序存储和数据存储分开存储器构造。
例如:
AVR、ARM9、ARM10…
(3)CISC与RISC特点比较(参照教程22页)。
计算机执行程序所需要时间P可以用下面公式计算:
P=I×CPI×T
I:
高档语言程序编译后在机器上运营指令数。
CPI:
为执行每条指令所需要平均周期数。
T:
每个机器周期时间。
(4)流水线思想:
在CPU中把一条指令串行执行过程变为若干指令子过程在CPU中重叠执行。
(5)流水线指标:
吞吐率:
单位时间里流水线解决机流出成果数。
如果流水线子过程所用时间不同样长,则吞吐率应为最长子过程倒数。
建立时间:
流水线开始工作到达最大吞吐率时间。
若m个子过程所用时间同样,均为t,则建立时间T=mt。
(6)信息存储字节顺序
A、存储器单位:
字节(8位)
B、字长决定了微解决器寻址能力,即虚拟地址空间大小。
C、32位微解决器虚拟地址空间位232,即4GB。
D、小端字节顺序:
低字节在内存低地址处,高字节在内存高地址处。
E、大端字节顺序:
高字节在内存低地址处,低字节在内存高地址处。
F、网络设备存储顺序问题取决于OSI模型底层中数据链路层。
6、逻辑电路基本
(1)依照电路与否具备存储功能,将逻辑电路划分为:
组合逻辑电路和时序逻辑电路。
(2)组合逻辑电路:
电路在任一时刻输出,仅取决于该时刻输入信号,而与输入信号作用前电路状态无关。
惯用逻辑电路有译码器和多路选取器等。
(3)时序逻辑电路:
电路任一时刻输出不但与该时刻输入关于,并且还与该时刻电路状态关于。
因而,时序电路中必要包括记忆元件。
触发器是构成时序逻辑电路基本。
惯用时序逻辑电路有寄存器和计数器等。
(4)真值表、布尔代数、摩根定律、门电路概念。
(教程28、29页)
(5)NOR(或非)和NAND(与非)门电路称为全能门电路,可以实现任何一种逻辑函数。
(6)译码器:
多输入多输出组合逻辑网络。
每输入一种n位二进制代码,在m个输出端中最多有一种有效。
当m=2n是,为全译码;当m<2n时,为某些译码。
(7)由于集成电路高电平输出电流小,而低电平输出电流相对比较大,采用集成门电路直接驱动LED时,较多采用低电平驱动方式。
液晶七段字符显示屏LCD运用液晶有外加电场和无外加电场时不同光学特性来显示字符。
(8)时钟信号是时序逻辑基本,它用于决定逻辑单元中状态适当更新。
同步是时钟控制系统中重要制约条件。
(9)在选用触发器时候,触发方式是必要考虑因素。
触发方式有两种:
电平触发方式:
具备构造简朴有点,惯用来构成暂存器。
边沿触发方式:
具备很强抗数据端干扰能力,惯用来构成寄存器、计数器等。
7、总线电路及信号驱动
(1)总线是各种信号线集合,是嵌入式系统中各部件之间传送数据、地址和控制信息公共通路。
在同一时刻,每条通路线路上可以传播一位二进制信号。
按照总线所传送信息类型,可以分为:
数据总线(DB)、地址总线(AB)和控制总线(CB)。
(2)总线重要参数:
总线带宽:
一定期间内总线上可以传送数据量,普通用MByte/s表达。
总线宽度:
总线能同步传送数据位数(bit),即人们常说32位、64位等总线宽度概念,也叫总线位宽。
总线位宽越宽,总线每秒数据传播率越大,也就是总线带宽越宽。
总线频率:
工作时钟频率以MHz为单位,工作频率越高,则总线工作速度越快,也即总线带宽越宽。
总线带宽=总线位宽×总线频率/8,单位是MBps。
惯用总线:
ISA总线、PCI总线、IIC总线、SPI总线、PC104总线和CAN总线等。
(3)只有具备三态输出设备才可以连接到数据总线上,惯用三态门为输出缓冲器。
(4)当总线上所接负载超过总线负载能力时,必要在总线和负载之间加接缓冲器或驱动器,最惯用是三态缓冲器,其作用是驱动和隔离。
(5)采用总线复用技术可以实现数据总线和地址总线共用。
但会带来两个问题:
A、需要增长外部电路对总线信号进行复用解耦,例如:
地址锁存器。
B、总线速度相对非复用总线系统低。
(6)两类总线通信合同:
同步方式、异步方式。
(7)对总线仲裁问题解决是以优先级(优先权)概念为基本。
8、电平转换电路
(1)数字集成电路可以分为两大类:
双极型集成电路(TTL)、金属氧化物半导体(MOS)。
(2)CMOS电路由于其静态功耗极低,工作速度较高,抗干扰能力较强,被广泛使用。
(3)解决TTL与CMOS电路接口困难办法是在TTL电路输出端与电源之间接一上拉电阻R,上拉电阻R取值由TTL高电平输出漏电流IOH来决定,不同系列TTL应选用不同R值。
9、可编程逻辑器件基本(详细参见教程51到61页)
这方面内容,从总体上有个概念性结识应当就可以了。
10、嵌入式系统中信息表达与运算基本
(1)进位计数制与转换:
这样比较简朴,也应当掌握怎么样进行换算,有出题也许。
(2)计算机中数表达:
源码、反码与补码。
正数反码与源码相似,负数反码为该数源码除符号位外按位取反。
正数补码与源码相似,负数补码为该数反码加一。
例如-98源码:
11100010B
反码:
10011101B
补码:
10011110B
(3)定点表达法:
数小数点位置人为商定固定不变。
浮点表达法:
数小数点位置是浮动,它由尾数某些和阶数某些构成。
任意一种二进制N总可以写成:
N=2P×S。
S为尾数,P为阶数。
(4)中文表达法(教程67、68页),弄清晰GB2318-80中华人民共和国标码和机内码变换。
(5)语音编码中波形量化参数(也许会出简朴计算题目哦)
采样频率:
一秒内采样次数,反映了采样点之间间隔大小。
人耳听觉上限是20kHz,因而40kHz以上采样频率足以使人满意。
CD唱片采用采样频率是44.1kHz。
测量精度:
样本量化级别,当前原则采样量级有8位和16位两种。
声道数:
单声道和立体声双道。
立体声需要两倍存储空间。
11、差错控制编码
(1)依照码组功能,可以分为检错码和纠错码两类。
检错码是指能自动发现差错码,例如奇偶检查码;纠错码是指不但能发现差错并且能自动纠正差错码,例如循环冗余校验码。
(2)奇偶检查码、海明码、循环冗余校验码(CRC)。
(教程70到77页)
12、嵌入式系统度量项目
(1)性能指标:
分为部件性能指标和综合性能指标,重要涉及:
吞吐率、实时性和各种运用率。
(2)可靠性与安全性
可靠性是嵌入式系统最重要、最突出基本规定,是一种嵌入式系统能正常工作保证,普通用平均故障间隔时间MTBF来度量。
(3)可维护性:
普通用平均修复时间MTTR表达。
(4)可用性
(5)功耗
(6)环境适应性
(7)通用性
(8)安全性
(9)保密性
(10)可扩展性
性价比中价格,除了直接购买嵌入式系统价格外,还应包括安装费用、若干年运营维修费用和软件租用费。
13、嵌入式系统评价办法:
测量法和模型法
(1)测量法是最直接最基本办法,需要解决两个问题:
A、依照研究目,拟定要测量系统参数。
B、选取测量工具和方式。
(2)测量方式有两种:
采样方式和事件跟踪方式。
(3)模型法分为分析模型法和模仿模型法。
分析模型法是用某些数学方程去刻画系统模型,而模仿模型法是用模仿程序运营去动态表达嵌入式系统状态,而进行系统记录分析,得出性能指标。
(4)分析模型法中使用最多是排队模型,它涉及三个某些:
输入流、排队规则和服务机构。
(5)使用模型对系统进行评价需要解决3个问题:
设计模型、解模型、校准和证明模型。
三、真题解析
1、4、5题
若每一条指令都可以分解为取指、分析和执行三步。
已知取指时间t取指=4△t,分析时间t分析=3△t,执行时间t执行=5△t。
如果按串行方式执行完100条指令需要(4)△t。
如果按照流水线方式执行,执行完100条指令需要(5)△t。
(4)A.1190B.1195C.1200D.1205
(5)A.504B.507C.508D.510
<答案>:
C、B
考查流水线技术知识点。
按照串行方式,执行完一条指令才干执行下一条指令,那么执行完100条指令时间为:
(4+3+5)×100=1200
按照流水线方式,可以同步执行多条指令。
在第一条指令进行分析时候,第二条指令已经开始取指;当第一条指令进行执行时候,第二条指令进行分析,第三条指令取指;当第二条指令进行执行完时候,第三条指令已经分析完毕。
依此类推,当第一条指令完毕之后,每一种执行周期就可以完毕一条指令。
需要注意是,如果流水线子过程所用时间不同样长,则吞吐率应以最长子过程来计算。
因而,咱们可以计算得100条指令执行时间为:
(4+3+5)+(100-1)×5=507。
2、24题
某总线有104根信号线,其中数据总线(DB)32根,若总线工作频率为33MHz,则其理论最大传播率为(24)。
(注:
本题答案中B表达Byte)
(24)A.33MB/sB.64MB/sC.132MB/sD.164MB/s
<答案>:
C
考查总线这个知识点。
依照上面笔记,总线带宽=总线位宽×总线频率/8=32×33/8=132MB/s。
3、26题
某存储器数据总线宽度为32bit,存取周期为250ns,则该存储器带宽为(26)。
(注:
本题答案中B表达Byte)
(26)A.8×106B/sB.16×106B/sC.16×108B/sD.32×106B/s
<答案>:
B
考查总线这个知识点。
存储器带宽即总线带宽,总线频率为:
1/250ns=4×106
存储器带宽为:
32×4×106/8=16×106B/s
4、27题
解决机重要由解决器、存储器和总线构成,总线涉及(27)。
(27)A.数据总线、串行总线、逻辑总线、物理总线
B.并行总线、地址总线、逻辑总线、物理总线
C.并行总线、串行总线、全双工总线
D.数据总线、地址总线、控制总线
<答案>:
D
考查总线这个知识点,基本概念考查。
5、35题
三极管是可控开关器件,其饱和与截止状态分别相应开关接通和断开状态。
UBE为基极输入电压,VTH为基极域值电压,如果UBE (35)A.接通B.三态C.断开D.高阻 <答案>: C 考查电路中最基本基本知识点,我觉得做不对主线不能算嵌入式系统开发入门。 6、36题 如下图所示,若低位地址(A0-A11)接在内存芯片地址引脚上,高位地址(A12-A19)进行片选译码(其中,A14和A16没有参加译码),且片选信号低电平有效,则对下图所示译码器,不属于此译码空间地址为(36)。 (36)A.AB000H~ABFFFHB.BB000H~BBFFFH C.EF000H~EFFFFHD.FE000H~FEFFFH <答案>: D 考查数字电路中译码知识和存储系统中统一编址问题,相对来说,这个题目有点难度,但是对于学习过和亲身做过单片机兄弟来说,最基本但是了。 7、46题 (46)完全把系统软件和硬件某些隔离开来,从而大大提高了系统可移植性。 (46)A.硬件抽象层B.驱动映射层C.硬件交互层D.中间层 <答案>: A 考查嵌入式系统构成中概念。 8、3题 设指令由取指、分析、执行3个子部件完毕,每个子部件工作周期为△t,采用常规标量单流水线解决机。 若持续执行10条指令,则共需要时间(3)△t。 (3)A.8B.10C.12D.14 <答案>: C 考查流水线技术知识点。 3+(10-1)×1=12 9、4、5题 某计算机时钟频率为400MHz,测试计算机程序使用4种类型指令。 每种指令数量及所需要指令时钟数(CPI)如下表所示,则该计算机指令平均时钟数为(4);该计算机运算速度为(5)MIPS。 指令类型指令数目(条)每条指令需要时钟数 11600001 2300002 3240004 4160008 (4)A.1.85B.1.93C.2.36D.3.75 (5)A.106.7B.169.5C.207.3D.216.2 <答案>: B、C 考查指令运营方面简朴计算。 平均时钟数=(160000+2×30000+4×24000+8×16000)/(160000+30000+24000+16000)=1.93 MIPS是指每秒种执行多少百万条指令,即106。 计算机运营数度为: 400/1.93=207.25=207.3MIPS 9、12题 计算机要对声音信号进行解决时,必要将它转换为数字声音信号。 最基本声音信号数字化办法时取样-量化法。 若量化后每个声音样本用2个字节表达,则量化辨别率是(12) (12)A.1/2B.1/1024C.1/65536D.1/131072 <答案>: C 考查声音编码种量化计算知识点。 2个字节是16位,其量化辨别率位1/1016=1/65536。 10、13题 某幅图像具备640×460个象素点,若每个象素具备8位颜色深度,则可表达(13)种不同颜色,通过5: 1压缩后,其图像数据需要占用(14)(Byte)存储空间。 (13)A.8B.256C.512D.1024 (14)A.61440B.307200C.384000D.307 <答案>: B、A 考查图像数据存储计算知识点。 8位颜色深度可以表达28=256种颜色深度。 通过5: 1压缩后数据大小为: 640×480×8/8/5=61440。 11、23题 若某逻辑门输入A、B和输出F波形如下图所示,则F(A,B)表达式为(23) (23)A.F=ABB.F=A+B C.F=A异或BD.F=A(B非) _____ A_______||____||_______ _______ B_______||___________ ______ F___________||_______ <答案>: C 考查数字电路最基本知识点,我觉得这个都搞不清晰很难通过这个考试。 12、24题 一种4位二进制计数器,由0000状态开始,通过25个时钟脉冲后,该计数器状态为24 (24)A.1100B.1000C.1001D.1010 <答案>: C 考查数字电路最基本知识点,相对上面一题有点难,需要对计数器工作原理有比较清晰理解。 这个也是搞嵌入式系统基本中基本,参照教程38页或有关数电书籍。 4位计数器,其计数范畴是24=16,0000开始通过16个时钟脉冲之后又回到了开始状态0000。 25-16=9,因此说通过25个时钟之后,其计数器数值应当是9=1001。 13、25题 稳压二极管构成稳压电路接法是(25) (25) A.稳压管与负载电阻串联。 B.稳压管与限流电阻并联。 C.限流电阻与稳压管串联后,在与负载电阻串联。 D.限流电阻与稳压管串联后,在与负载电阻并联。 <答案>: D 考查模仿电路最基本知识点,实在太简朴,不懂得从那里开始分析了。 14、26题 如下论述中,不符合RISC指令系统特点是(26) (26) A.指令长度固定,指令种类少。 B.寻址方式种类丰富,指令功能尽量增强。 C.设立大量通用寄存器,访问存储器指令简朴。 D.选用使用频率较高某些简朴指令。 <答案>: B 考查RISC与CICS区别,考生应当清晰她们区别,参加教程22页。 15、27题 普通所说32位微解决器是指(27) (27)A.地址总线宽度为32位B.解决器数据长度只能为32位 C.CPU字长为32位D.通用寄存器数目为32位 <答案>: C 考查字长概念和总线宽度理解,参加教程25页。 16、28题 在32位总线系统中,若时钟频率为500MHz,传送一种32位字需要5个时钟周期,则该总线系统数据传送速率为(28)MB/s。 (28)A.200B.400C.600D.800 <答案>: B 考查总线和数据传播方面知识点。 5个时钟周期可以传送4个Byte。 每秒中可以传送: 4×(500/5)=400MB/s。 17、30题 评价一种计算机系统时,普通重要使用(30)来衡量系统可靠性。 (30) A.评价响应时间 B.平均无端障时间(MTBF) C.平均修复时间 D.数据解决速率 <答案>: B 考查嵌入式系统性能评价中重要知识点。 看过了就会做,每什么分析,参见教程77页。 四、小结 就我个人意见,从内容来看,嵌入式系统基本知识范畴很广,知识点诸多,并且没有很强逻辑性,显得比较凌乱,很难将她们有序组织在一起。 但是也不要胆怯,内容虽然多而乱,但是考试题目都比较简朴,有些题目几乎是所见即所得。 只要你做过嵌入式或者单片机方面工作,你都能做出来。 某些计算题目也是某些基本概念延伸。 通过度析历年真题,一方面可以把握考试出题方式和考试难度,同步可以把握这某些内容出题方向和复习办法。 从两年考试题目数量分布来看,10道,7道,数量有所较少,但是我觉得这不是一种趋势,应当不会少于7道题目。 这某些在嵌入式系统设计里面是相称重要,有一种良好基本才干做好下面事情。 如果复习得好,将这7、8分题目拿到手,那么你离45分左右及格线又迈进了一大步了。 祝准备考试朋友,一路顺风顺水,考试顺顺利利。
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