嵌入式系统设计师考试笔记

### 嵌入式系统设计师考试笔记精要 #### 一、引言 本文档源自一位热心分享者intq的作品，旨在为准备参加嵌入式系统设计师考试的读者提供宝贵的复习资料。根据作者的介绍，《嵌入式系统设计师考试复习笔记之存储管理篇》获得了广泛关注与好评，因此激发了作者继续编写更多关于考试复习笔记的热情。本文档重点讨论嵌入式系统基础知识，这部分内容通常出现在考试的上午选择题部分，考察学生对基础概念和技术的理解。 #### 二、复习笔记 ##### 1、嵌入式系统的定义 - **定义**：嵌入式系统是一种专用计算机系统，其设计围绕特定的应用需求，基于计算机技术，并具备软硬件裁剪能力，以满足应用系统在功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求。 - **发展阶段**：嵌入式系统的发展经历了四个阶段： - **无操作系统阶段**：早期嵌入式系统简单，无需操作系统支持。 - **简单操作系统阶段**：随着系统复杂性的增加，开始使用简单的操作系统。 - **实时操作系统阶段**：实时性成为关键需求，实时操作系统被广泛采用。 - **面向Internet阶段**：互联网技术的普及促使嵌入式系统向网络化方向发展。 - **知识产权核（IP核）**：IP核是指具有知识产权的、功能明确、接口规范且可多次复用于不同集成电路设计中的功能模块。根据设计的复杂程度，IP核可以分为软核、固核和硬核三种类型。 - **软核**：以软件的形式存在，易于修改但集成成本较高。 - **固核**：提供了一种介于软核和硬核之间的解决方案，既有一定的灵活性又保持了较好的性能。 - **硬核**：以物理形式存在于硅片上，性能最佳但灵活性较差。 ##### 2、嵌入式系统的组成 - **硬件层**：包括嵌入式微处理器、存储器（如ROM、RAM）、通用设备接口和I/O接口等。核心模块通常由微处理器、电源电路、时钟电路和存储器组成。其中，Cache作为一种高速缓冲存储器，用于减少主存访问延迟，提高处理速度。 - **中间层（HAL/BSP）**：硬件抽象层或板级支持包，它隔离了上层软件与底层硬件，使得上层软件开发可以独立于具体的硬件平台。BSP主要包括两个方面的工作：硬件初始化（片级初始化、板级初始化、系统级初始化）以及硬件相关的设备驱动程序设计。 - **系统软件层**：该层由实时操作系统(RTOS)、文件系统、图形用户界面(GUI)、网络系统和通用组件等组成。RTOS作为核心组成部分，为上层应用软件提供必要的服务和支持。 - **应用软件层**：由各种基于RTOS开发的应用程序构成，如控制系统、数据采集系统等。 ##### 3、实时系统 - **定义**：实时系统是指那些能够在预定时间内完成系统功能并对内外部事件做出及时响应的系统。 - **特性**： - **时间约束性**：必须在规定的时间内完成任务。 - **可预测性**：系统的行为是可以预测的。 - **可靠性**：确保系统在任何情况下都能稳定运行。 - **与外部环境的交互性**：能够有效处理外部输入和输出。 - **分类**： - **硬实时**：对时间要求极其严格，一旦超时可能会导致严重后果，例如航空航天领域。 - **软实时**：时间要求相对宽松，偶尔超时不会对系统造成严重影响，如监控系统。 ##### 4、实时系统的调度 - **定义**：调度是在给定的资源条件下决定任务何时何地执行的过程。 - **抢占式调度**：这是一种优先级驱动的调度机制，通常应用于RTOS中。当更高优先级的任务到达时，当前正在执行的任务会被中断，让出CPU给高优先级任务。这种方式的优点在于能够快速响应高优先级任务，提高系统的实时性。 以上内容总结了嵌入式系统基础知识的核心要点，希望能够帮助备考者更好地理解嵌入式系统的基本概念和技术，为后续的学习打下坚实的基础。