嵌入式系统原理重点(3)

40． 如何评价嵌入式系统的可靠性指标（了解即可）

评测过程：定性和定量的衡量系统在存在缺陷的环境下的运行情况。

工作负载：在性能评测系统当中，有多种模拟不同应用领域的评测代码，用语代表性的体现系统在实际应用中的运行环境和工作状态。

缺陷负载：评测过程中的缺陷和异常条件集合。用于模拟系统在实际运行中遇到的缺陷，错误等。

工作负载和缺陷负载的选择：

工作负载：对于各种典型的应用，存在成熟的性能评测指标，这些评测指标能够在一定程度上模拟真实的应用程序负载。

缺陷负载：利用独立于评测目标之外的手段模拟系统运行时发生的硬件缺陷，软件缺陷和操作缺陷。常用的技术手段为缺陷注入。

测量包括实验结构测量和时间，空间测量。例如：工作负载的运算结果是否正确，一次任务的执行占用的时间，一次任务执行消耗的资源等。同时需要测量的是没有缺陷负载的运行环境下系统的实验结果，用于实验分析和对比。

三、 图解讨论题

1． 园环套图概念关系：嵌入式处理器/嵌入式操作系统/嵌入式数据库/嵌入式系 统/嵌入式产品相互关系

嵌入式微处理器：指具备强的中断、I/O、内存和能耗管理能力、具有定制多类体系构架的特征，适当计算处理性能的微处理器

关系：嵌入式产品包含了嵌入式系统，但并不是嵌入式系统。嵌入式系统包含嵌入式数据库、嵌入式操作系统、嵌入式处理器，其中嵌入式操作系统是嵌入式系统的核心，嵌入式处理器是硬件基础，嵌入式数据库是嵌入式系统的上层应用。 2． 讨论嵌入式系统五层结构与对象化模型的关系？

1. 看问题的角度不同。五层模型综合了系统的物理与逻辑架构，兼顾了系统宏观与微观的层次要素，体现了系统的思想，是由内到外的。对象化仅仅是逻辑上的，反映了系统的应用角度和内在形态，在逻辑上是完全的，也是系统的。但对于五层结构来说，它反映的是五层结构的逻辑应用的一个侧面，是由外向内的。 2. 层次间关系不同。嵌入式五层模型是一个层次分明、结构严谨的框架，且具有自己的约束条件，各层顺序严格规定，每一层只与相邻的层发生关系，比环形结构更加系统。对象化环是一个相对松散的结构，各个模块间是并列的关系，符合逻辑应用的侧重点。 3. 侧重点、功能不同。五层模型侧重系统整体的设计与分析，对象化环模型则侧重于逻辑应用。

上图从应用角度给出嵌入式微处理器的定义：指具备强中断、I/O、内存和能耗管理能力，

具有定制多类体系架构特征，适当计算处理性能的微处理器。而这些功能、特性由中间的指令系统支持，微处理器与指令系统密不可分。 指令系统从产生到现在的形态主要有五种风格；复杂指令集（CISC），精简指令集（RISC），超长指令字（VLIW），数据信号处理指令集（DSP），专用指令集（ASIP）。 CISC是一种为了便于编程和提高记忆体访问效率的晶片设计体系，常用指令只占20%，效率不高。 RISC是为了提高处理器运行速度而设计的晶片设计体系。关键技术在于流水线（pipelining）操作：在一个时钟周期里完成多条指令。提高了执行速度和可靠性，成本较低，但对编译器要求较高。 VLIW由编译器将多条可同时发送的指令并排在一条超长指令字中，并行执行多个操作，扩展了指令并行度。 DSP面向特殊应用，具有独特的体系结构，其芯片采用改进的哈佛结构，指令系统为流水线操作，数字信号处理可通过软件修改处理参数，灵活性强。具有良好的多机并行运行特性，采用专用硬件乘法器，电压较低。 ASIP的核心思想是，针对特定应用设计专用的指令集，再根据设计好的指令集优化处理器的体系机构，使优化后的体系结构更适合执行专用指令，进一步提高指令执行效率。

4． 以 SA1110 为例分析嵌入式器的工作状态迁移

系统时钟对于功耗大小有非常明显的影响，SA1110具有三种工作模型：运行态，空闲态，睡眠态。后两种模式用来减少在不需要某些功能或电源供给不足时减少处理器的耗电量。 运行态，SA1110的正常操作状态，所有的电源供给处于工作状态，所有的时钟处于运行中，每一种片上资源都可用。 空闲态，允许软件应用在不用CPU时将其停止，此时CPU进入halt。系统时钟切换到低频，以达到最小耗电。同时监视片上和外设的中断服务请求，中断发生时重新激活CPU。

VDD引脚或电池故障引脚有效时进入睡眠态。 睡眠态，提供了最大的电源节省和最少的可用功能。 在从空闲态或运行态到睡眠态转换过程中，SA1110执行了一个有序的片上活动的shutdown指令序列，对处理器触发一个内部RESET，将PWR_EN引脚变为负电平，向外部系统指示应将VDDI变为0电压。此时内部RESET关掉处理器的大部分电源，睡眠状态机等待预编程的唤醒条件发生。如果发生，则将PWR_EN变为高电平，然后执行一个唤醒指令序列，在电源供给和时钟稳定后，电源管理逻辑使SA1110 RESET，RESET控制器状态寄存器的状态位显示软件当前的RESET状态是否源于睡眠态。 当系统处于空闲态时或运行态时发生故障，则进入睡眠态。

5． 锯齿融合图：引导与驱动的缓冲与分割原则解释

1.启动前操作系统仅仅是存储在不挥发介质中的代码，从启动的一刻开始，操作系统将被装载到内存中，成为完整功能的运行系统。这个装载的过程就是引导。引导是系统启动和运转的第一步，是系统从硬件走向系统软件的开始，从这一刻开始，系统将从固化的代码和静态的电路转化为动态运行的程序和具有功能的系统。2.为了保证系统功能可以正常调用，所做的初始化准备就是驱动。3.顺利进行引导与驱动两部分工作就是引导层要做的工作。 融合度是指引导层对于下级的硬件层控制和兼容能力。由于硬件的参差不齐，所以融合度不同，才有了引导与驱动这一层，厚度是指引导层的规模。一般来说，引导层的不稳定性与引导层的规模成正比。平整度是指引导层对上级的中间件层所提供的操作接口的统一性和友好性。 引导层的作用之一就是屏蔽掉底层硬件的差异性，为上层的操作系统和各种程序调用提供统一的接口。如果引导层任务太多，虽然会向上提供一个平整的接口，但效率会明显下降。如果引导层太薄，效率会提高，但设备无关性会降低，应结合具体应用分析。引导层的平整度、厚度和融合度是衡量引导层的重要指标。 最小系统分两种，一是OS内核，引导和驱动，而是引导和驱动。它是一个含有微处理器的系统。具有制造功能和用户功能所需的最少硬件及软件环境，是嵌入式系统能工作的最低要求，不具有智能性，是系统成长的基础。

6． 嵌入式操作系统典型结构构造图：整体、层次、插件

整体内核（单内核，大内核），是一种几乎涵盖了所有操作系统功能模块，如进程调度、进程间通信、内存管理、设备管理、文件系统、网络系统的内核结构。大部分模块遵守特定的接口规范，相互协调。所有模块在编译时链接在一起，形成一个可执行文件。运行时所有操作系统功能模块处于内核态，而其他用户程序和系统程序处于用户态，通过系统调用可以切换到内核态。但调试困难，难于裁剪，稳定性相对较差。如WinCE就是采用此结构。 插件式结构（微内核结构），是一种类似于C/S模式的内核结构。微内核运行在核心态，提供所有操作系统的基本操作。结构规范，易于裁剪和编程，且调试简单。扩展性和移植性、鲁棒性好，但整体效率低，资源管理复杂。如QNX就是采用此结构。 层次内核结构是一种基于分层思想的内核结构。它把操作系统的所有功能划分为若干模块，按功能流程的调用次序排列成若干层。（下层模块封装内部细节并向上提供统一的抽象和接口，上层模块调用下层模块提供的接口，各个层级间的实现比较独立。各个模块间的组织结构和依赖关系清晰明确，适合进行系统功能的划分）分层思想有利于组织操作系统的开发，易于调试和诊断，系统的修改和扩展相对容易。但是对系统功能进行定制和裁剪相对困难，且它是一个理论化的结构，实际中是没有完全符合层次的操作系统。

7． 从系统辩证的角度，分析嵌入式系统结构蜘蛛图相互关系？

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