嵌入式软件基础复习提纲整理版.docx
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嵌入式软件基础复习提纲整理版
1什么是嵌入式系统？
答：
P1
嵌入式系统也叫嵌入式计算机，它指那些以应用为中心，以计算机技术为基础，为适应应用对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求，可对系统的软件和硬件进行配置的专用计算机系统。
2嵌入式系统有哪些特点？
答：
P2
1.系统专用性强
2.系统实时性高
3.硬件与软件的互相依赖性强
4.采用专用的嵌入式CPU
5.多种技术间结合更加紧密
6.系统对用户透明
7.系统资源有限
3嵌入式系统的技术发展方向与通用计算机有哪些不同之处？
答：
P3
通用计算机系统和嵌入式系统是现代计算机技术发展的两个分支，这两个分支有着不同的技术要求与技术发展方向：
1通用计算机系统的技术要求是高速的计算能力、海量的存储能力；技术发展方向是计算速度的提升，存储容量的扩大。
2嵌入式系统的技术要求则是对嵌入对象进行控制的能力；技术发展方向是提高与嵌入对象密切相关的性能指标与可靠性指标。
4按照嵌入式系统得嵌入方式，可将嵌入式系统分为哪几类？
答：
P4
根据嵌入式系统的嵌入方式，可以将嵌入式系统分为：
整机式嵌入的嵌入式系统、
部件式嵌入的嵌入式系统、
芯片式嵌入的嵌入式系统等3类。
5按照嵌入式系统得嵌入程度，可将嵌入式系统分为哪几类？
答：
P4
根据嵌入式系统的嵌入程度，可以将嵌入式系统分为：
深度嵌入的嵌入式系统、
中度嵌入的嵌入式系统、
浅度嵌入的嵌入式系统等3类。
6按照嵌入式系统得实时性能，可将嵌入式系统分为哪几类？
答：
P4
根据嵌入式系统是否为实时系统，可以将嵌入式系统分为：
实时嵌入式系统，
非实时嵌入式系统两类。
7按照嵌入式系统得复杂程度，可将嵌入式系统分为哪几类？
答：
P５
根据嵌入式系统的复杂程度，可以将嵌入式系统分为：
单微处理器嵌入式系统、
组件式嵌入式系统、
分布式嵌入式系统等3类。
8嵌入式系统所采用的处理器可分为哪几类？
答：
P５
根据目前的现状，可将使用在嵌入式系统上的处理器分成：
嵌入式微处理器、
微控制器、
嵌入式DSP处理器、
片上系统等4类。
9什么是嵌入式软件？
答：
P７
嵌入式软件指运行于嵌入式计算机系统之上的软件。
10嵌入式软件有哪些特点？
答：
P７
这些特点主要包括：
１ 系统精简、
２ 标准化程度相对较低、
３ 开发工作难度大、
４ 实时性强、
５ 软件开发与硬件开发往往同步进行、
６ 要求固化存储、
７ 可靠性要求更高等。
11按照层次关系嵌入式软件可以分为哪几部分？
答：
P９
嵌入式软件自底向上可分为：
、
操作系统、
支撑软件、
应用软件3个部分。
12嵌入式软件发展过程可以概括为哪几个阶段？
答：
P１０
3个阶段：
基于应用程序阶段、
基于操作系统阶段、
基于支撑环境阶段。
13嵌入式软件有哪些主要应用领域？
答：
P１３
1.自动控制领域
2.家电领域
3.商业和金融领域
4.交通运输领域
5.通讯领域
6.建筑领域
7.环境监测领域
8.医疗领域
1什么条件下需要在嵌入式系统上使用操作系统？
答：
P14
1.系统需要运行多个任务
2.系统需要有直观的用户界面
3.系统需要有网络功能
4.系统需要用到数据库管理系统
5.系统需要不断地进行二次开发
2什么是实时系统？
什么是硬实时系统？
什么是软实时系统？
答：
P15
一个实时系统是能满足以下的要求的系统：
当外部事件到来时，计算机能立即进行处理，使得在指定的时间内能完成对事件的处理。
而且外部事件到来的时间完全是随机的，没有周期性的规律。
根据对系统的响应时间是否有严格的要求，可将实时系统分为硬实时系统和软实时系统两类：
1硬实时系统对响应时间有一个刚性的、不可改变的限制，它不允许出现任何超出时限的错误。
超时错误会导致系统失败，或系统不能实现它的预期目标。
2软实时系统对响应时间的要求是柔性的，它可以容忍偶然的超时错误出现。
超时错误造成的后果并不严重，仅仅是降低了系统的吞吐量。
3什么是嵌入式操作系统？
什么是实时操作系统？
什么是实时嵌入式操作系统？
答：
P14
嵌入式操作系统是一种用于支持嵌入式应用程序的操作系统。
它是一个介于应用程序和嵌入式计算机系统的硬件之间的程序集合，其任务是控制和管理嵌入式系统中的硬件和软件资源，以方便嵌入式系统的使用者。
P15
实时操作系统是具有实时性，能支持实时系统工作的操作系统。
它必须能保证实时任务在预定的时间内完成。
其首要任务是调度一切可以利用的资源完成实时任务。
其次才着眼于提高整个计算机系统的使用效率。
P16
大部分嵌入式操作系统都是实时操作系统。
大部分实时操作系统也都是嵌入式操作系统。
它们二者间有很大的交集，但确有不适合用在嵌入式系统上使用的实时操作系统和不支持实时应用的嵌入式操作系统。
我们称属于交集部分的操作系统为实时嵌入式操作系统。
4相对于通用操作系统，实时嵌入式操作系统的资源分配策略有哪些特点？
答：
P16
实时嵌入式操作系统分配和使用CPU时间等系统资源策略和通用操作系统有很多的不同之处。
这些不同之处主要体现在以下几个方面：
（1）对于通用操作系统来说，保障总体的效率是主要的目标，必要时宁可牺牲个别任务的响应速度来达到提高总体效率的目的。
而实时嵌入式操作系统却正好相反，必要时宁可牺牲总体效率也要保证个别任务的响应速度。
（2）对于通用操作系统来说公正性更为重要，在需要的时候会从占有资源较多的任务那里拿走一些给占有资源较少的任务。
而对于实时嵌入式操作系统来说高优先级任务的运行更为重要，必要时宁可从本来占有资源就比较少的任务那里拿走一些资源，也要保证高优先级任务的需要。
相应地，通用操作系统性能的分析是统计分析、平均值分析。
而实时嵌入式操作系统性能的分析则是“最坏情况”分析。
（3）通用操作系统要充分利用CPU的处理能力。
而实时嵌入式操作系统需要有意让CPU的处理能力供过于求，使CPU运行于轻负荷状态，以确保系统的响应速度。
5用于评价嵌入式操作系统得时间性能指标主要有哪些？
答：
P16
中断延迟时间，最大关中断时间，中断响应时间，中断恢复时间，中断处理时间，任务上下文切换时间，任务响应时间，系统调用执行时间。
6用于评价嵌入式操作系统的存储开销指标主要有哪些？
答：
P22
嵌入式操作系统主要有代码存储开销和数据存储开销两种存储开销指标。
7非抢占式调度的操作系统处理中断的过程主要有哪些步骤？
P16
在非抢占式调度的操作系统中，中断服务程序运行完后，一定是继续运行被中断了的任务。
（1）发生中断请求：
中断来到，但还不能被CPU响应，这也许是因为CPU还没执行完当前的指令，也许是因为中断已被操作系统或用户程序关闭。
（2）响应中断：
CPU执行完当前指令并且中断打开，使中断被响应。
（3）保存关键寄存器的内容，获取中断向量，并根据中断向量给出的地址转到中断服务程序：
这些工作全部由硬件完成。
（4）保存任务上下文：
中断服务程序保存任务上下文，主要是各寄存器的内容。
（5）执行中断服务程序入口函数：
中断服务程序调用操作系统的中断服务程序入口函数，通知操作系统系统已进入中断处理中，该入口函数会把中断嵌套层数计数器的值加1，记录下当前的中断嵌套层数。
（6）执行用户中断服务程序：
执行用户中断服务程序将实际开始对中断信号进行处理。
用户中断服务程序所作的工作完全取决于实际的需要，操作系统不会加以限制，但要注意，在用户中断服务中做的事要尽可能地少，而把大部分的工作留给协同工作的任务去完成。
用户中断服务程序通知某任务去做事情的方法是调用操作系统提供的任务同步或任务通信系统调用，这可能导致接收通知的任务转换到就绪状态。
（7）执行中断服务程序出口函数：
用户的中断服务代码运行完后，调用操作系统的中断服务程序出口函数，通知操作系统系统退出此次中断处理，中断服务程序出口函数会把中断嵌套层数计数器的值减1。
当嵌套层数计数器减为0时，所有中断就都已经处理完。
（8）恢复任务上下文：
恢复在进入中断处理时保存的寄存器值。
（9）中断返回：
执行中断返回指令。
8抢占式调度的操作系统处理中断的过程主要有哪些？
答：
P17
在抢占式调度的操作系统中，用户中断服务程序执行完之后，将调用操作系统的中断服务程序出口函数，通知操作系统系统退出此次中断处理，中断服务程序出口函数会把中断嵌套层数计数器的值减1。
当嵌套层数计数器的值为0时，表示所有中断都已处理完毕。
此时系统如果没有禁止调度，操作系统的中断服务程序出口函数将执行调度程序。
调度程序在执行的过程中需要判断是否应当进行任务切换。
如果原先被中断的任务在所有处于就绪状态的任务中仍然是优先级最高的任务，那么不需要进行任务切换，系统将返回到被中断的任务继续执行，如果原先被中断的任务在所有处于就绪状态的任务中已经不是优先级最高的任务，那么就需要进行任务切换，系统将执行另外一个任务。
这样在中断返回时将出现A和B两种不同的情况。
一种是继续运行原先被中断的任务，另一种是运行新被调度程序选中的任务。
出现情况B的原因有多种，有可能是中断服务程序或其他任何一个嵌套的中断服务程序使得另一个优先级更高的任务进入了就绪态，也有可能是原先被中断任务的状态已经被中断服务程序改变，比如已经进入阻塞状态。
在出现情况B时由于要进行任务切换，操作系统中断服务程序出口函数的执行时间要长一些。
9什么是中断延迟时间？
中断延迟时间受哪些因素影响？
答：
P18
中断延迟时间指从中断请求发生到CPU响应该中断请求，并且开始执行中断服务程序所经历的延迟时间。
中断延迟时间受到以下3种时间因素的影响：
1.处理高优先级中断的时间。
2.硬件开始处理中断请求到开始执行中断服务程序第一条指令之间的时间。
3.最大关中断时间。
10什么是最大关中断时间?
最大关中断时间受哪些因素影响？
P19
操作系统在进入临界区代码之前要关中断，执行完临界区代码之后再打开中断。
最大关中断时间的长短取决于操作系统关中断的时间和应用程序关中断的时间两方面的因素。
11什么是中断响应时间？
中断响应时间受哪些因素影响？
答：
P19
中断响应时间指从发生中断请求到开始执行用户中断服务程序的第一条指令之间的时间。
所以中断响应时间将受到以下5种时间因素的影响：
（1）处理高优先级中断的时间
（2）硬件开始处理中断请求到开始执行中断服务程序第一条指令之间的时间
（3）最大关中断时间
（4）保存任务上下文的时间
（5）执行中断服务程序入口函数的时间
12什么是中断恢复时间？
中断恢复时间受哪些因素影响？
中断恢复时间是从用户中断服务程序执行完毕到继续执行原先被中断的任务或开始执行新被调度程序选中的任务之间的时间。
中断恢复时间受到以下3种时间因素的影响：
（1）执行中断服务程序出口函数的时间
（2）恢复任务上下文的时间
（3）执行中断返回指令的时间
13什么是中断处理时间？
中断处理时间受哪些因素影响？
答：
P20
中断处理时间即执行用户中断服务程序所花费的时间。
这一时间的长短与用户中断服务程序所要完成的工作量有密切的关系。
14什么是任务上下文切换时间？
任务上下文切换时间受哪些因素的影响？
答：
P21
在多任务操作系统中，任务上下文切换指CPU的控制权由当前运行的任务转移到另外一个就绪任务这一过程。
这3个阶段所花费的时间中，保存退出运行的任务的上下文所花费的时间与恢复将投入运行的任务的上下文所花费的时间主要取决于处理器的速度和任务上下文的数量。
处理器的速度高，任务上下文少，保存和恢复上下文所花费的时间就短，反之保存和恢复上下文所花费的时间就长。
选择将投入运行的任务所花费的时间则主要取决于操作系统的调度程序所采用的任务选择算法。
15什么事任务响应时间？
任务响应时间受哪些因素影响？
答：
Ｐ２１－２２
任务响应时间指从与一个任务相对应的中断发生到该任务开始运行之间所经历的时间。
任务响应时间受到以下因素的影响：
（1）操作系统的调度算法；
（2）系统禁止调度的时间；
（3）中断延迟时间；
（4）任务上下文切换时间；
（5）中断处理时间。
16嵌入式操作系统可以分为哪几类？
答：
P23
嵌入式操作系统的结构可分为单块结构、层次结构和微内核结构3类。
17什么是单块结构的嵌入式操作系统？
答：
p23
单块结构的嵌入式操作系统由许多模块组成，这些模块通常在核心态下运行。
模块之间没有层次关系，可以根据需要随意地相互调用。
18什么是层次结构操作系统？
答:
P23
层次结构的嵌入式操作系统按层次关系进行组织。
整个系统由多个层次所组成，并且只允许上层调用下层，而下层不能反过来调用上层，从而使操作系统的结构比较清晰，也提高了系统的安全性。
19什么事微内核结构的嵌入式操作系统？
答：
p24
微内核结构的嵌入式操作系统只有一个很小的内核，其中只包含一些必须由内核实现的功能。
而把许多不是必须由内核实现的功能都放在了内核之外，运行于用户态。
20为什么嵌入式操作系统适合采用微内核结构？
答:
p24-25
（1）使用特征方面的原因
通用计算机面对的是开放的用户群，一些用户不需要的功能另一些用户可能需要。
一个功能放在内核中，总会有用处。
而且，内核的复杂与否也不是用户所关心的问题。
然而，嵌入式系统的情况则不同。
嵌入式系统的用户群以及用户对功能的要求是相对封闭的。
对于特定的嵌入式系统，需要哪一些功能、不需要哪一些功能基本上是固定的。
对于一个具体的嵌入式系统而言，操作系统中的某些多余功能会永远没有用途。
（2）内存资源方面的原因
相对于通用计算机而言，内存在嵌入式系统中是很有限的资源。
所以操作系统内核所占的内存数量对于嵌入式系统是个很敏感的问题，减少操作系统内核所占用的内存数量有很大的意义。
（3）商业方面的原因
如果嵌入式操作系统的功能大而全，因此导致价格较高，显然即不符合用户的利益也不符合供应商的利益。
在销售嵌入式操作系统的时候应当能够根据用户的需要按模块进行销售。
嵌入式操作系统采用微内核结构比采用一体化结构更易于按模块进行拆分和组合。
21当嵌入式操作系统采用微内核结构时，内核中通常包括那些功能模块？
答：
P25
最小的微内核中可以只包括任务管理、内存管理、任务通信和中断管理4个主要成分。
21当嵌入式操作系统采用微内核结构时，未放到内核中的功能模块通常什么形式存在？
答：
P25
当嵌入式操作系统采用微内核结构时，放到内核之外的功能有两种存在形式：
其一是作为服务任务存在，其二是以库函数的形式存在。
选择题：
1、什么是离线调度？
什么是在线调度？
P33
根据获得调度信息的时机，可将调度方式分为离线调度和在线调度两类。
采用离线调度的前提是：
进行调度所用的信息（如任务的运行截止时间、运行时间、运行过程中到达的时间等各种时间约束特性，任务的优先级等）在系统运行前就能够完全确定。
离线调度具有时间确定性，但缺乏灵活性，适用于那些程序的运行特性能够预先确定，且不容易发生变化，同时有很强实时性要求的情况。
在线调度所用的调度信息在系统运行过程中动态获得。
在线调度有较强的灵活性，适用范围也比离线调度广。
2、什么是静态调度？
什么是动态调度？
P33
采用基于优先级的调度策略时，根据任务优先级的确定时机，可将调度方式分为静态优先级调度和动态优先级调度两类。
采用静态优先级调度时，任务的优先级在建立任务时确定，且在运行过程中不会发生变化。
这种调度方式适用于能够基本把握系统中所有任务的时间约束特性的情况。
静态优先级调度实现简单，运行代价比较低，但缺乏灵活性。
采用动态优先级调度时，任务的优先级在运行中确定，并可能不断发生变化。
动态优先级调度灵活性强，但这种调度方式需要消耗更多的资源。
3、什么是抢占式的调度？
什么是非抢占式的调度？
P33
根据任务运行过程中，其运行权能否被其他任务抢占，可将调度方式分为抢占式调度和非抢占式调度两类。
抢占式调度通常是基于优先级的调度。
采用抢占式调度时，正在运行的低优先级任务的运行权可以被其他高优先级任务抢占。
只要是在临界区代码段之外，高优先级任务一旦准备就绪，就可以抢占低优先级任务的运行权。
采用非抢占式调度方法时，一旦一个任务开始运行，该任务只有在运行完毕，而主动放弃ＣＰＵ时，或是因为等待其他资源被阻塞时，才会停止运行。
4、实时嵌入式操作系统经常采用哪些调度算法？
P35
抢占式最高优先级优先算法（HPF）、单调速率（ＲＭＳ）算法、最早截止期优先（ＥＤＦ）算法、最短空闲时间优先（ＬＬＦ）算法。
5、什么是优先级反转？
解决优先级反转的方法有哪些？
各有什么特点？
P36\37\38
优先级反转是一种因高优先级任务需要使用被低优先级任务占用的资源，形成高优先级任务等待低优先级任务的反常情况。
解决方法：
优先级继承、优先级封顶。
优先级继承只在占有资源的低优先级任务阻碍了高优先级任务运行时，才更改低优先级任务的优先级。
所以这种方法比较精细，不会对任务的优先级做无用的改变，对任务的运行流程影响较小，但通常会发生较多次的任务切换。
优先级封顶方法则不管一个任务是否阻碍了高优先级任务的运行，只要任务使用一个共享资源，其优先级都会被提升到需要使用该共享资源任务的最高优先级。
所以这种方法对任务优先级所做的改变有可能是不必要的，对任务的运行过程的影响较大，但通常会使任务切换的次数有所减少。
6、嵌入式操作系统提供的任务通信机制主要有哪些？
P38
嵌入式操作系统提供的任务通信机制通常有信号量、事件、信号、消息队列、共享内存、管道等若干种。
7、嵌入式操作系统采用的内存管理技术有哪些特点？
P41-42
（1）很多嵌入式操作系统不支持程序动态装载
（2）大多数嵌入式操作系统不支持虚拟存储
（3）高端嵌入式操作系统和低端嵌入式操作系统支持的内在管理功能相差很大
8、什么是静态内存管理技术？
什么是动态内存管理技术？
P42
采用静态内存管理技术时必须在系统运行前为所有的任务分配它们所需要的内存，任务在运行过程中不能再请求分配新的内存。
采用动态内存管理技术时，在系统运行的过程中操作系统可以根据需要为任务分配新的内存。
9、静态内存管理技术有哪些特点？
P43
实现简单、实时性能高、易于在没有ＭＭＵ的处理器上实现、编程灵活性差
10、嵌入式操作系统经常采用的动态存储区管理技术有哪几种？
P44
单一区、堆、分区
11、单一区是怎样的一种动态存储区管理技术？
P44
采用单一区方式管理动态存储区时整个动态存储区被当作一个整体，并用一定的数据结构对其进行管理，比较常见是用链表。
12、堆是怎样的一种动态存储区管理技术？
P44
堆是一块连续、大小可配置的内存空间。
在这个空间中可以按可变的尺寸向用户分配内存。
13、分区时怎样的一种动态管理技术？
P44
分区是一块连续的内存空间，它由若干大小相同的内存块组成。
14、嵌入式操作系统怎样进行从逻辑地址到屋里地址的转换？
P45
（1）采用静态重定位的方法，在应用程序执行之前进行从逻辑地址到物理地址的转换
（2）采用动态重定位的方法，在应用程序执行的过程中进行从逻辑地址到物理地址的转换
15、适用于嵌入式系统的文件系统主要有哪些？
P47
JFFS/JFFS2文件系统、YAFFS文件系统、CRAMFS文件系统、ROMFS文件系统、RawFS文件系统、RAMFS文件系统、TmpFS文件系统、TSFS文件系统、DOSFS文件系统。
16、以闪存作为存储介质的文件系统需要解决哪些问题？
P48
（1）掉电安全
（2）均衡磨损（3）碎片回收（4）存储空间消耗
17、从广义上讲中断可分为哪几类？
P52
硬中断、自陷、异常
18、嵌入式系统响应和处理终端的整个过程分为哪几个阶段？
P52
中断检测、中断响应、中断处理
19、什么是非嵌套的中断处理方式？
P53
在非嵌套的中断处理方式下，执行中断服务程序的时候将屏蔽其他的中断请求。
20、什么是嵌套的中断处理方式？
P53
按优先级嵌套的中断处理方式为每类中断定义一个优先级，并允许高优先级中断请求中断低优先级中断请求的处理过程。
21、为保证系统的实时性和可靠性，嵌入式操作系统经常采取哪些与中断相关的技术措施？
p55
（1）临界区代码方面的技术措施。
（2）中断嵌套方面的技术措施。
（3）堆栈方面的技术措施
22、主设备号的作用是什么？
次设备号的作用是什么？
P56
主设备号用来选择设备的驱动程序。
次设备号来区别同一类中的不同设备。
23、驱动程序地址表的作用是什么？
P56
驱动程序地址表中包含各种设备驱动程序的入口地址。
24、设备名表的作用是什么？
P56
对应用程序的开发者来说，直接使用设备号很不方便，因此一些嵌入式操作系统提供了按名字使用设备的功能。
设备名表的作用就是为了实现这种功能。
25、文件描述符表的作用是什么？
P57
一些嵌入式操作系统为了方便用户的使用，支持与使用文件相一致的方法使用系统中的设备。
文件描述符表的作用就是实现这种功能。
26、什么是实时时钟？
什么是系统时钟？
P58
实时时钟是一个专门的硬件，靠电池供电，即使系统断电，也可以保持时间不丢失。
它为嵌入式系统提供一个永久的计时。
系统时钟并不是一个永久的时钟，只有在嵌入式操作系统启动之后它才有效，并与实时时钟一起运行。
问答题：
嵌入式软件的开发环境由哪些部分组成？
P77
由宿主机、目标机以及连接宿主机和目标机的装置共同组成。
宿主机上面有比较丰富的软件和硬件资源。
目标机是CPU和操作系统都与最终的嵌入式系统产品相同的开发评估板。
宿主机和目标机之间可以通过穿行端口、并行端口或以太网相连，也可以通过某个很复杂的装置相连（如在线仿真器）。
嵌入式软件的开发过程可分为哪些阶段？
每个阶段各主要完成哪些工作？
哪些阶段所完成的工作于通用软件的开发过程有显著区别？
P78
嵌入式软件的开发过程可分为项目计划、可行性分析、需求分析、概要设计、详细设计、程序建立、程序下载、程序调试、程序固化、程序测试10个阶段。
程序建立阶段的工作是根据详细设计阶段锁编写的文档产生出程序的可执行文件。
源代码编写阶段的工作任务是使用适当的程序设计语言编写的程序的源代码，比如说用c语言，C++语言，汇编语言等。
程序的源代码经交叉编译或会变工具处理后产生出的是程序的目标文件。
什么是交叉开发模式？
开发嵌入式软件为什么要采用交叉开发模式？
P78
在嵌入式软件的开发环境中需要采用交叉开发模式的原因主要有两个：
一是目标机资源有限，仅靠目标机不能进行软件的开发工作；二是宿主机和目标机而这件有显著的差别。
宿主机和目标机之间的差别主要来自两个方面：
一是硬件的差别；二是软件的差别。
嵌入式软件的建立过程可范围哪些阶段？
每个阶段各主要完成哪些工作？
P78-79
根据程序的详细设计文档建立程序的可执行文件的过程一般要经过源代码编写、编辑、连接、定址4个阶段。
源代码便捷阶段的工作任务是使用适当的程序设计语言编写程序的源代码。
编辑阶段要做的工作是用交叉变异成交叉会变工具处理程序的源代码，产生目标文件。
当宿主机和目标及采用同样类重新的处理器时，没有“交叉”的问题。
链接阶段的工作是用链接工具把目标文件组合到一起，使所有未定义的变量和函数在程序库或其他目标文件中找到它的定义。
定址阶段：
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