2023年北航嵌入式系统设计复习笔记

1.嵌入式系统目前被大多数人接受的一般性定义是什么？举例阐明嵌入式系统的应用嵌入式系统是“以应用为中心，以计算机为技术基础，软硬件可裁剪，合用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格规定的专用计算机系统”

2.嵌入式系统三要素？嵌入性嵌入到对象体系中，对对象环境有规定专用性软、硬件按对象规定裁剪计算机实现对象的智能化功能

3.嵌入式系统与单片机的区别？单片机属于嵌入式系统，但只有嵌入式系统的部分构造和部分功能

1.单片机数据处理能力有限、处理速度有限，不可以用于所有的嵌入式系统目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为关键的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计

2.单片机系统多为4位、8位、16位机，不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能

3.嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计□为例进行描述•串口常用于嵌入式系统使用上位机实现系统的调试，及现场数据的采集和控制•RS-232—传播速率低、传播距离近、抗共模干扰能力差--RC232C的最高传播速率为20kb/s,最大传播线长为30米•RS-485--高抗共模干扰驱动能力，并且提供多点应用，同一线上最多可接32个驱动器和接受器--最大传播速率10Mb/s12m,最大传播距离为1200m10kb/s•USB

2.0--480Mb/s高速串行总线--即插即用--最多可支持127个外部设备-主机供电-小功率设备主机可以直接供电-大功率设备仍然需要外部供电•IEEE-1394b FireWire多用于MPU与多媒体设备连接接口•800M bps,高速串行总线•传播距离可达100米•支持63个设备•热插拔，即插即用

18.为何在FPGA中嵌入处理器？•FPGA合用于逻辑控制、接口控制、规则数据处理，设计具有复杂算法和逻辑控制系统时，需要结合使用嵌入式处理器•对系统集成度规定较高，将处理器嵌入FPGA能最大程度地提高系统集成度，降低系统设计复杂度，加紧上市时间•对需求变化提供较大的I灵活性，在FPGA中嵌入处理器较为合适FPGA与芯片处理器的结合的长处是不必重做一块新PCB或采用新的处理器就可以对软、硬件进行调试，对变更进行测试

19.FPGA与CPLD时长处•伴随VLSI工艺的不停提高，单一芯片内部可以容纳上百万个晶体管，FPGA/CPLD芯片的规模也越来越大，其单片逻辑门数已到达上百万门，可以替代多至几千块通用IC芯片,它所能实现日勺功能也越来越强，同步也可以实现系统集成•FPGA/CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百的测试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计人员只需在自己的试验室里就可以通过有关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计因此，FPGA/CPLD日勺资金投入小，节省了许多潜在的花费•顾客可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的状况下用不一样软件就可实现不一样的功能因此，用FPGA/CPLD试制样片，能以最快时速度占领市场具有完善先进的开发工具-提供语言、图形等设计措施，十分灵活-通过仿真工具来验证设计时对时性•灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间•保密性好Verilog硬件描述语言的语法和使用措施PPT都需掌握，题型编程（尤其关注PPT上的例子）

1.FPGA设计时一般流程？每一步的功能？

2.FPGA配置的三种方式分别是什么？配置的三个阶段是什么？•方式

1.FPGA主动串行AS方式

2.JTAG方式

3.FPGA被动Passive方式•阶段复位、配置、初始化

3.Quartus环境下生成时用于直接配置FPGA和配置芯片EPCS的文件分别是什么直接配置FPGA.sof配置PROM.pof

4.构成SOPC的三种方案是什么？•基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统•基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统•基于HardCopy技术日勺SOPC系统

5.Nios II处理器系列包括哪三种内核？各自特点？•Nios II/f迅速性能最高，但占用的逻辑资源最多•Nios II/e经济占用的逻辑资源至少，但性能最低•Nios II/s原则:平衡的性能和尺寸

6.Nios II处理器包括哪些寄存器？各自的功能？有哪三种运行模式？有32个通用寄存器和6个控制寄存器运行模式•顾客模式User Mode；•超级顾客模式Supervisor Mode；•调试模式Debug Mode

7.NiosII处理器包括哪些异常？异常鉴别优先级是什么•硬件中断•软件异常•软件陷阱异常•未定义指令异常•其他异常

8.NiosII处理器采用的总线是什么？Avalon互换式总线

9.列举至少三个Nios II处理器常用的外围设备Peripherals内核System IDPIO中断控制器LCD控制器

10.Altera提供的SOPC的开发使用的软件是什么？开发的流程？软件Quartus ILSOPC Builder、Nios IIIDE流程:■硬件开发i.SOPC Builder实现Nios II系统配置、生成以及与Nios II系统有关的监控和软件调试平台的生成；ii.Quartus II完成Nios II系统的分析综合、硬件优化、适配、配置文件编程下载以及硬件系统测试；■软件开发i.Nios IIIDE完成基于Nios II系统的软件开发和调试

4.嵌入式系统设计的I关键是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相似

5.单片机无网络功能

4.嵌入式系统与PC机的区别？

1.嵌入式系统一般专用于特定任务，而PC是通用计算机

2.嵌入式系统使用多种类型的处理器，系统硬件资源比PC机少的多，但种类远远超过PC机

3.嵌入式系统常有实时约束，常使用实时多任务操作系统，此外还有有功耗、成本约束，且常在极端环境下运行，故障导致的后果比PC系统更严重

4.嵌入式系统得到多种微处理器体系的支持

5.嵌入式系统需要专用工具和措施进行开发设计

5.嵌入式处理器分为哪几类，阐明定义及特点？

（1）＞嵌入式微处理器（MPU）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的J CPU,可以认为是“增强型通用微处理器•特点1）功能和微处理器基本一样，但为了缩小体积、降低功耗，只保留和嵌入式应用有关的功能2在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了多种增强

2、嵌入式微控制器MCU嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的重要硬件集成到一块芯片中，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、Watchdog、I/O、串行口、A/D等多种必要功能和外设•特点1一种系列的I微控制器具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不一样的是存储器和外设的配置及封装，这样可以使单片机最大程度地和应用需求相匹配，从而减少功耗和成本2单片化、体积大大减小、功耗和成本降低、可靠性提高

3、嵌入式DSP嵌入式DSP是专门用于信号处理方面的处理器•特点1其在系统构造和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令执行速度

4、嵌入式SOC嵌入式SOC是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一■种系统芯片内部•特点:1）构造简洁2）体积小、功耗低3）可靠性高4）设计生产效率高

（5）、嵌入式SOPC嵌入式SOPC是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上它是片上系统（SOC）,即由单个芯片完成整个系统的重要逻辑功能；它是可编程系统，系统功能可淘汰、易扩充、可重构，结合了SOC和CPLD、FPGA的I长处•特点1）采用超深亚微米工艺技术2）使用一种或以上的嵌入式处理器3）设计方式灵活4）可淘汰、可扩充、可升级5）具有软硬件在系统可编程的功能

6.嵌入式实时操作系统的定义、特点和分类？定义可以对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证特点1）多任务2）有线程优先级（与否为进程）3）多种中断级别分类1）硬实时系统对系统响应时间有严格的规定，假如系统响应时间不能满足，就会引起系统瓦解或致命的错误2）软实时系统对系统响应时间有规定，不过假如系统响应时间不能满足,它并不会导致系统出现致命的错误或瓦解，只是降低系统的I吞吐量

7.嵌入式系统的特点？1）嵌入式系统是面向详细应用欧I产品2）嵌入式软件特性实时性、高质量、高可靠、程序固化3）需要软、硬件开发工具和系统软件4）需要应用专家参与开发5）嵌入式系统分散而不可垄断

8.举5个嵌入式系统应用的例子

1.办公设备打印机、扫描仪

2.消费电子产品手机、数码相机

3.网络通信设备路由器、互换机

4.工业数控机床、机器人

5.航空航天航电设备，星载计算机

9.按体现形式和实时性嵌入式系统的分类•按体现形式（硬件范围）1）芯片级嵌入（含程序和算法的处理器、单片机）2）模块级嵌入（系统中的某个关键模块）3）系统级嵌入（系统中的电路板）•按实时性规定（软件范围）1）非实时系统（PDA）2）软实时系统（消费类产品）3）硬实时系统（工业和军工系统）

10.软硬件协同设计的目的？其波及的I内容有哪些？•目的为软件和硬件的协同描述、验证和综合提供一种集成环境•内容设计描述、设计建模、设计空间的研究和划分、合成与优化、设计验证、设计实现系统需求分析需求分析

11.用框图简述嵌入式开发的流程

12.冯•诺依曼构造与哈佛构造的区别？冯•诺依曼构造其特点是程序和数据共用一种存储空间统一编址依托指令计数器提供的地址来辨别是指令数据还是地址由于对数据和程序进行分时读写,执行速度慢，数据吞吐量低，不适合于进行具有高度实时规定场所哈佛构造是一种并行体系构造，特点是程序和数据存储在不一样的存储空间,每个存储器独立编址、独立访问与之对应的I是系统中设置的两条总线（程序总线和数据总线），使数据吞吐量大大提高

13.嵌入式硬件系统包括那些部分，与一般的计算机处理系统有什么区别•包括嵌入式处理器、存储器、总线、通信接口、输入输出设备、电源及辅助设备•区别相比一般的计算机处理系统，集成度高、非原则化、接口非常复杂

14.总线的定义及重要参数，举至少三个总线例子定义总线是把处理器与存储器、I/O设备相连接的信息通道，是数据、•地址和控制信息的公共通路，总线并不仅仅指的是一束信号线，而应包括对应的通信协议重要参数带宽、位宽、工作时钟频率•总线例子系统总线PCI-express；外部总线I2C；现场总线CAN；•嵌入式系统总线AMBA、Avalon、CoreConnect等

15.按编程工艺分FPGA分为哪几类，简要阐明其各自特点•熔丝或反熔丝编程器件＞体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温＞只能一次编程，在设计初期阶段不灵活•SRAM＞可反复编程，实现系统功能日勺动态重构＞每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPR0M用于保留程序•EEPROM＞可反复编程＞不用每次上电重新下载，但相对速度慢，功耗较大

16.IP资源复用时定义，IP Core的分类•定义•IP资源复用IPReuse是指在集成电路设计过程中，通过继承、共享或购置所需的部分或全部智力产权内核IPCore,进行设计、综合和验证，从而加速流片设计过程日勺设计措施•IP Core是一种商品，是可编程逻辑器件设计工程师价值体现的重要途径•分类按形式分为软核、固核、硬核按用途分为,微处理器IP Core,处理器外设IP Core・DSP算法IP Core・通信控制器IP Core・图像处理IP Core

17.常见时通信接口有哪些？他们的重要特点是什么？至少举3个接。