嵌入式系统设计大学教程 - 习题与解答

嵌入式系统设计大学教程习题与解答

第1章 嵌入式系统设计基本概念（绪论）

1、嵌入式系统的定义是什么？你是如何理解嵌入式系统的? （P3） 答：嵌入式系统一般定义为以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。一个嵌入式系统就是一个硬件和软件的集合体，它包括硬件和软件两部分。其中硬件包括嵌入式处理器/控制器/数字信号处理器（DSP）、存储器及外设器件、输入输出（I/O）端口、图形控制器等；软件部分包括操作系统软件（嵌入式操作系统）和应用程序（应用软件），由于应用领域不同，应用程序千差万别。

2、列出并说明嵌入式系统不同于其他计算机系统的主要特征。（P3~P4）

答：主要特征有：

? 系统内核小：由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较传统的操作系统要小得多。 ? 专用性强：嵌入式系统通常是面向特定任务的，个性化很强，其中软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行软件系统的移植。

? 运行环境差异大：嵌入式系统使用范围极为广泛，其运行环境差异很大。

? 可靠性要求高：嵌入式系统往往要长期在无人值守的环境下运行，甚至是常年运行，因此对可靠性的要求特别高。 ? 系统精简和高实时性操作系统：

? 具有固化在非易失性存储器中的代码：为了系统的初始化，几乎所有系统都要在非易失性存储器中存放部分代码（启动代码）。为了提高执行速度和系统可靠性，大多数嵌入式系统常常把所有代码（或者其压缩代码）固化，存放在存储器芯片或处理器的内部存储器件中，而不使用外部存储介质。 ? 嵌入式系统开发工作和环境：嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。

3、简述嵌入式系统的体系结构。（P5）

答：嵌入式系统自底向上包含四个部分：硬件平台、嵌入式实时操作系统（RTOS）、硬件抽象层（HAL）和嵌入式实时应用程序。硬件抽象层位于操作系统和硬件之间，包含了系统中与硬件相关的大部分功能。屏蔽了底层硬件的多样性，操作系统不再直接面对具体的硬件环境，而是面向由这个中间层次所代表的、逻辑上的硬件环境。

4、嵌入式系统是怎样分类的？（P8）

答：根据不同的分类标准，嵌入式系统有不同的分类方法。按嵌

入式微处理器的位数分类：嵌入式系统可分为4位、8位、16位、32位和64位等；按软件实时性需求分类：可分为非实时系统（如PDA）、软实时系统（如消费类产品）和硬实时系统（如工业实时控制系统）。按嵌入式系统的复杂程度分类：嵌入式系统可分为小型嵌入式系统、中型嵌入式系统和复杂嵌入式系统。

5、什么是实时操作系统，其主要功能是什么？（P8）

答：实时多任务操作系统（Real Time multi-tasking Operation System，RTOS）简称实时操作系统，主要用来完成嵌入式实时应用的任务调度和控制等核心功能。这些功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的，也就是RTOS的系统调用，或者叫做RTOS的API。

6、在日常生活中，你接触过哪些嵌入式产品？他们都有些什么功能？（P9~P10） 答：[略]

第2章 嵌入式系统设计基本概念

1、嵌入式系统的硬件由哪几个部分组成？（P12~13）

答：嵌入式系统的硬件系统是由嵌入式处理器、存储器、I/O接口电路、通信模块以及其他外部设备组成的。其核心是嵌入式处理器。

存储器是构成嵌入式系统硬件的重要组成部分。

嵌入式处理器工作时，必须有附属电路支持，如时钟电路、复位电路、调试电路、监视定时器、中断控制电路等，这些电路并不完成数据的输入/输出功能，而是为嵌入式处理器的工作提供必要的条件。嵌入式处理器与通用处理器的最大区别在于嵌入式处理器集成了大量的不同功能的I/O模块。用户在开发嵌入式系统时，可以根据系统需求选择合适的嵌入式处理器，而无需再另外配备I/O电路。

此外，嵌入式系统通常还包括人机交互界面，用于系统与用户的交互。人机界面常常使用键盘、液晶屏、触摸屏等部件，以方便与用户的交互操作。

2、通用处理器与嵌入式处理器有哪些相同和不同的地方？（P13） 答：嵌入式微处理器一般具备四个特点：

? 对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度；

? 具有功能很强的存储区保护功能，这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断； ? 可扩展的处理器结构，以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器；

? 嵌入式处理器的功耗必须很低，尤其是用于便携式的无线及移

动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，功耗只能为mW甚至μW级。

嵌入式处理器与通用处理器的最大区别在于嵌入式处理器集成了大量的不同功能的I/O模块。用户在开发嵌入式系统时，可以根据系统需求选择合适的嵌入式处理器，而无需再另外配备I/O电路。

3、常用的嵌入式处理器通常分成哪几大类？（P13）

答：嵌入式系统中的处理器通常分为三大类，即微处理器（Micro-Processor Unit，MPU）、微控制器（Micro-Controller Unit，MCU）和数字信号处理器（DSP）。微处理器是指功能较强大的CPU，它不是为任何特定的计算目标而设计的。因此这种芯片通常用于个人计算机与服务器。微控制器是针对嵌入式系统而设计的，它将CPU、存储器以及其他外设都集成在同一片电路板上。数字信号处理器（DSP）中的CPU是针对快速离散时间信号处理计算的。因此，DSP非常适用于音频及视频通信。现代的芯片生产工艺已经允许将重要处理器的内核和各种外围的芯片器件整合在一起，以进一步降低功耗，达到专用的需求，这时，便出现了片上系统SoC（System On Chip）。

4、什么是嵌入式外围设备？简要说明嵌入式外围设备是如何分类的。（P22~23） 答：

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