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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。