北航嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)筆記

1、1.嵌入式系統(tǒng)目前被大多數(shù)人接受的一般性定義是什么？舉例闡明嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)是“以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)為技術(shù)基本，軟硬件可裁剪，合用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴(yán)格規(guī)定的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。2.嵌入式系統(tǒng)三要素？嵌入性：嵌入到對(duì)象體系中，對(duì)對(duì)象環(huán)境有規(guī)定專用性：軟、硬件按對(duì)象規(guī)定裁剪計(jì)算機(jī)：實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化功能3.嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)的區(qū)別？單片機(jī)屬于嵌入式系統(tǒng)，但只有嵌入式系統(tǒng)的部分構(gòu)造和部分功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)數(shù)據(jù)解決能力有限、解決速度有限，不可以用于所有的嵌入式系統(tǒng)。目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以32位嵌入式微解決器為核心的硬件設(shè)計(jì)和基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的軟件

2、設(shè)計(jì)。單片機(jī)系統(tǒng)多為4位、8位、16位機(jī)，不適合運(yùn)營(yíng)操作系統(tǒng)，難以進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算及解決功能。嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，單片機(jī)大多采用軟硬件流水設(shè)計(jì)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是軟件設(shè)計(jì)（占70%左右的工作量），單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)所占比例基本相似。單片機(jī)無(wú)網(wǎng)絡(luò)功能。4.嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)的區(qū)別？嵌入式系統(tǒng)一般專用于特定任務(wù)，而PC是通用計(jì)算機(jī)。嵌入式系統(tǒng)使用多種類型的解決器，系統(tǒng)硬件資源比PC機(jī)少的多，但種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)。嵌入式系統(tǒng)常有實(shí)時(shí)約束，常使用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，此外尚有有功耗、成本約束，且常在極端環(huán)境下運(yùn)營(yíng)，故障導(dǎo)致的后果比PC系統(tǒng)更嚴(yán)重。嵌入式系統(tǒng)得到多種微解決器體

3、系的支持嵌入式系統(tǒng)需要專用工具和措施進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)5嵌入式解決器分為哪幾類，闡明定義及特點(diǎn)？（1）、嵌入式微解決器（MPU）嵌入式微解決器就是和通用計(jì)算機(jī)的解決器相應(yīng)的CPU，可以覺得是“增強(qiáng)型”通用微解決器。特點(diǎn)：功能和微解決器基本同樣，但為了縮小體積、減少功耗，只保存和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能。在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了多種增強(qiáng)。（2）、嵌入式微控制器（MCU）嵌入式微控制器就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要硬件集成到一塊芯片中，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定期/計(jì)數(shù)器、Watchdog、I/O、串行口、A/D等多種必要功能和外設(shè)。特點(diǎn)：一種系列的微控制器

4、具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的解決器內(nèi)核都是同樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配備及封裝，這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，從而減少功耗和成本。單片化、體積大大減小、功耗和成本減少、可靠性提高（3）、嵌入式DSP嵌入式DSP是專門用于信號(hào)解決方面的解決器。特點(diǎn)：其在系統(tǒng)構(gòu)造和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，具有很高的編譯效率和指令執(zhí)行速度。（4）、嵌入式SOC嵌入式SOC是追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件。絕大多數(shù)系統(tǒng)構(gòu)件都在一種系統(tǒng)芯片內(nèi)部。特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)潔體積小、功耗低可靠性高設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率高（5）、嵌入式SOPC嵌入式SOPC是用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上。它是片上系統(tǒng)（SOC

5、），即由單個(gè)芯片完畢整個(gè)系統(tǒng)的重要邏輯功能；它是可編程系統(tǒng)，系統(tǒng)功能可裁減、易擴(kuò)大、可重構(gòu)，結(jié)合了SOC和CPLD、FPGA的長(zhǎng)處。特點(diǎn)：采用超深亞微米工藝技術(shù)使用一種或以上的嵌入式解決器設(shè)計(jì)方式靈活可裁減、可擴(kuò)大、可升級(jí)具有軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。6嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和分類？定義：可以對(duì)外部事件做出及時(shí)響應(yīng)的系統(tǒng)。響應(yīng)時(shí)間要有保證。特點(diǎn)：多任務(wù)有線程優(yōu)先級(jí)（與否為進(jìn)程）多種中斷級(jí)別分類：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)：對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格的規(guī)定，如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足，就會(huì)引起系統(tǒng)崩潰或致命的錯(cuò)誤。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)：對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有規(guī)定，但是如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足，它并不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)浮現(xiàn)致命的錯(cuò)誤或崩

6、潰，只是減少系統(tǒng)的吞吐量。7嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)？嵌入式系統(tǒng)是面向具體應(yīng)用的產(chǎn)品。嵌入式軟件特性：實(shí)時(shí)性、高質(zhì)量、高可靠、程序固化。需要軟、硬件開發(fā)工具和系統(tǒng)軟件。需要應(yīng)用專家參與開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)分散而不可壟斷。8舉5個(gè)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的例子辦公設(shè)備：打印機(jī)、掃描儀消費(fèi)電子產(chǎn)品：手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備：路由器、互換機(jī)工業(yè)：數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人航空航天：航電設(shè)備，星載計(jì)算機(jī)9按體現(xiàn)形式和實(shí)時(shí)性嵌入式系統(tǒng)的分類？按體現(xiàn)形式（硬件范疇）芯片級(jí)嵌入(含程序和算法的解決器、單片機(jī))模塊級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊）系統(tǒng)級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的電路板）按實(shí)時(shí)性規(guī)定（軟件范疇）非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（PDA）軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品）

7、硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)和軍工系統(tǒng)）10軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的目的？其波及的內(nèi)容有哪些？目的：為軟件和硬件的協(xié)同描述、驗(yàn)證和綜合提供一種集成環(huán)境。內(nèi)容：設(shè)計(jì)描述、設(shè)計(jì)建模、設(shè)計(jì)空間的研究和劃分、合成與優(yōu)化、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。11用框圖簡(jiǎn)述嵌入式開發(fā)的流程？12馮諾依曼構(gòu)造與哈佛構(gòu)造的區(qū)別？馮諾依曼構(gòu)造其特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)共用一種存儲(chǔ)空間。統(tǒng)一編址依托指令計(jì)數(shù)器提供的地址來(lái)辨別是指令數(shù)據(jù)還是地址。由于對(duì)數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行分時(shí)讀寫，執(zhí)行速度慢，數(shù)據(jù)吞吐量低，不適合于進(jìn)行具有高度實(shí)時(shí)規(guī)定場(chǎng)合。哈佛構(gòu)造是一種并行體系構(gòu)造，特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問(wèn)。與之相應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)立的兩條總

8、線（程序總線和數(shù)據(jù)總線），使數(shù)據(jù)吞吐量大大提高。13嵌入式硬件系統(tǒng)涉及那些部分，與一般的計(jì)算機(jī)解決系統(tǒng)有什么區(qū)別？涉及：嵌入式解決器、存儲(chǔ)器、總線、通信接口、輸入輸出設(shè)備、電源及輔助設(shè)備。區(qū)別：相比一般的計(jì)算機(jī)解決系統(tǒng)，集成度高、非原則化、接口非常復(fù)雜。14總線的定義及重要參數(shù)，舉至少三個(gè)總線例子。定義：總線是把解決器與存儲(chǔ)器、I/O 設(shè)備相連接的信息通道，是數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路，總線并不僅僅指的是一束信號(hào)線，而應(yīng)涉及相應(yīng)的通信合同。重要參數(shù)：帶寬、位寬、工作時(shí)鐘頻率?？偩€例子：系統(tǒng)總線：PCI-express；外部總線：I2C；現(xiàn)場(chǎng)總線：CAN；嵌入式系統(tǒng)總線：AMBA、Avalo

9、n、CoreConnect等。15按編程工藝分FPGA分為哪幾類，簡(jiǎn)要闡明其各自特點(diǎn)？熔絲或反熔絲編程器件體積小，集成度高，速度高，易加密，抗干擾，耐高溫只能一次編程，在設(shè)計(jì)初期階段不靈活SRAM 可反復(fù)編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)重構(gòu)每次上電需重新下載，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需外掛EEPROM用于保存程序EEPROM 可反復(fù)編程不用每次上電重新下載，但相對(duì)速度慢，功耗較大16IP資源復(fù)用的定義，IP Core的分類定義： IP資源復(fù)用(IP Reuse)是指在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)繼承、共享或購(gòu)買所需的部分或所有智力產(chǎn)權(quán)內(nèi)核(IP Core)，進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和驗(yàn)證，從而加速流片設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)措施 IP C

10、ore是一種商品，是可編程邏輯器件設(shè)計(jì)工程師價(jià)值體現(xiàn)的重要途徑分類：按形式分為：軟核、固核、硬核按用途分為： 微解決器IP Core 解決器外設(shè)IP Core DSP算法IP Core 通信控制器IP Core 圖像解決IP Core17常用的通信接口有哪些？她們的重要特點(diǎn)是什么？至少舉3個(gè)接口為例進(jìn)行描述。串口常用于嵌入式系統(tǒng)使用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試，及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制。 RS-232 傳播速率低、傳播距離近、抗共模干擾能力差 RC232C 的最高傳播速率為20 kb/s, 最大傳播線長(zhǎng)為30 米 RS-485 高抗共模干擾驅(qū)動(dòng)能力，并且提供多點(diǎn)應(yīng)用，同一線上最多可接32 個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接受

11、器 最大傳播速率10Mb/s (12m)，最大傳播距離為1200m（10kb/s）USB（2.0） 480 Mb/s高速串行總線 即插即用 最多可支持127個(gè)外部設(shè)備 主機(jī)供電 小功率設(shè)備主機(jī)可以直接供電 大功率設(shè)備仍然需要外部供電IEEE-1394b（FireWire）多用于MPU與多媒體設(shè)備連接接口 800M bps，高速串行總線 傳播距離可達(dá) 100米 支持63個(gè)設(shè)備 熱插拔，即插即用18為什么在FPGA中嵌入解決器？ FPGA合用于邏輯控制、接口控制、規(guī)則數(shù)據(jù)解決，設(shè)計(jì)具有復(fù)雜算法和邏輯控制系統(tǒng)時(shí)，需要結(jié)合使用嵌入式解決器 對(duì)系統(tǒng)集成度規(guī)定較高，將解決器嵌入FPGA能最大限度地提高系統(tǒng)

12、集成度，減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度，加快上市時(shí)間。 對(duì)需求變化提供較大的靈活性，在FPGA中嵌入解決器較為合適。FPGA與芯片解決器的結(jié)合的長(zhǎng)處是不必重做一塊新PCB或采用新的解決器就可以對(duì)軟、硬件進(jìn)行調(diào)試，對(duì)變更進(jìn)行測(cè)試。19FPGA與CPLD的長(zhǎng)處 隨著VLSI工藝的不斷提高，單一芯片內(nèi)部可以容納上百萬(wàn)個(gè)晶體管， FPGACPLD芯片的規(guī)模也越來(lái)越大，其單片邏輯門數(shù)已達(dá)到上百萬(wàn)門，可以替代多至幾千塊通用IC芯片,它所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越強(qiáng)，同步也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。 FPGACPLD芯片在出廠之前都做過(guò)百分之百的測(cè)試，不需要設(shè)計(jì)人員承當(dāng)投片風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用，設(shè)計(jì)人員只需在自己的實(shí)驗(yàn)室里就可以通過(guò)有關(guān)的軟硬

13、件環(huán)境來(lái)完畢芯片的最后功能設(shè)計(jì)。因此， FPGACPLD的資金投入小，節(jié)省了許多潛在的耗費(fèi)。 顧客可以反復(fù)地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動(dòng)的狀況下用不同軟件就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。因此，用FPGACPLD 試制樣片，能以最快的速度占領(lǐng)市場(chǎng)。 具有完善先進(jìn)的開發(fā)工具 提供語(yǔ)言、圖形等設(shè)計(jì)措施，十分靈活 通過(guò)仿真工具來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的對(duì)的性 靈活地定義管腳功能，減輕設(shè)計(jì)工作量，縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間 保密性好Verilog硬件描述語(yǔ)言的語(yǔ)法和使用措施PPT都需掌握，題型編程（特別關(guān)注PPT上的例子）。FPGA設(shè)計(jì)的一般流程？每一步的功能？FPGA配備的三種方式分別是什么？配備的三個(gè)階段是什么？方式：1.FPG

14、A積極串行(AS)方式 2. JTAG方式 3. FPGA被動(dòng)(Passive)方式階段：復(fù)位、配備、初始化Quartus環(huán)境下生成的用于直接配備FPGA和配備芯片（EPCS）的文獻(xiàn)分別是什么？直接配備FPGA：.sof配備PROM：.pof構(gòu)成SOPC的三種方案是什么？基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系統(tǒng)基于FPGA嵌入IP軟核的SOPC系統(tǒng)基于HardCopy技術(shù)的SOPC系統(tǒng)Nios II 解決器系列涉及哪三種內(nèi)核？各自特點(diǎn)？Nios II/f (迅速)：性能最高，但占用的邏輯資源最多。Nios II/e (經(jīng)濟(jì))：占用的邏輯資源至少，但性能最低。Nios II/s (原則)：平衡的性能和尺寸。Nios II解決器涉及哪些寄存器？各自的功能？有哪三種運(yùn)營(yíng)模式？有32個(gè)通用寄存器和6個(gè)控制寄存器。運(yùn)營(yíng)模式：顧客模式(User Mode)；超級(jí)顧客模式(Supervisor Mode) ；調(diào)試模式(Debug Mode) 。NiosII解決器涉及哪些異常？異常鑒別優(yōu)先級(jí)是什么？硬件中斷軟件異常： 軟件陷阱異常 未定義指令異常 其她異常NiosII解決器采用的總線是什么？Avalon互換式總線列舉至少三個(gè)Nios II解決器常用的外圍設(shè)備(Peripherals)內(nèi)核。System IDPIO中斷控制