嵌入式考試名詞解釋

1、名詞解釋:(1) 硬實(shí)時(shí)：通常將采用優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)的、具有時(shí)間確定性的、可掄占調(diào)度的RTOS而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)稱為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。(2) 優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)：在一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)中，正在運(yùn)行的任務(wù)總是優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。在任何給定的時(shí)間內(nèi)，總是把處理器分配給最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。(3) 優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)：當(dāng)一個(gè)任務(wù)等待比它優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)釋放資源而被阻塞時(shí)，就會(huì)發(fā)生優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。優(yōu)先級(jí)繼承技術(shù)可以解決優(yōu)先反轉(zhuǎn)問(wèn)題。優(yōu)先級(jí)繼承：當(dāng)優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，較低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)被暫時(shí)提高，以匹配較高優(yōu)先任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。這樣，就可以使較低優(yōu)先級(jí)任務(wù)盡快地執(zhí)行、并且釋放較高優(yōu)先級(jí)所需要的資源。實(shí)時(shí)執(zhí)行體：實(shí)時(shí)執(zhí)行程序包括一套支持實(shí)時(shí)系統(tǒng)所必需的機(jī)

2、制，如多任務(wù)支持、CPU調(diào)度、通信和存儲(chǔ)分配等。在嵌入式應(yīng)用中，這一套機(jī)制被稱為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)執(zhí)行體或?qū)崟r(shí)內(nèi)核。VxWorks就是一個(gè)實(shí)時(shí)執(zhí)行體，編程人員根據(jù)實(shí)時(shí)執(zhí)行體基礎(chǔ)構(gòu)造自己的應(yīng)用。(8) 重調(diào)度過(guò)程：重調(diào)度過(guò)程是一段系統(tǒng)程序，用于判定任務(wù)優(yōu)先級(jí)和任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)。一旦任務(wù)的狀態(tài)發(fā)生變化，就會(huì)引起切換任務(wù)：RTOS中的任務(wù)相當(dāng)于一般操作系統(tǒng)的進(jìn)程，一個(gè)任務(wù)就是RTOS的一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的例程。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，任務(wù)被設(shè)計(jì)成無(wú)限循環(huán)程序(過(guò)程)任務(wù)上下文：任務(wù)上下文是指一個(gè)未運(yùn)行的任務(wù)的狀態(tài)，如堆棧指針、計(jì)數(shù)器、內(nèi)存字段和通用寄存器等。高度延遲：(調(diào)度延時(shí))可伸縮的體系結(jié)構(gòu)：可伸縮的體系結(jié)構(gòu)

3、是指一個(gè)軟系統(tǒng)能夠支持多種應(yīng)用而無(wú)需在接口上做很大的變動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)往往提供可選用的系統(tǒng)組件，供開(kāi)發(fā)者量體裁衣。(9) 中斷延遲：中斷延遲是指中斷發(fā)生到開(kāi)始執(zhí)行中斷處理程序的這一段時(shí)間?；コ猓夯コ馐怯糜诳刂贫嗳蝿?wù)對(duì)共享數(shù)據(jù)進(jìn)行順序訪問(wèn)的同步機(jī)制。在多任務(wù)應(yīng)用中，當(dāng)兩個(gè)或更多的任務(wù)同時(shí)訪問(wèn)一數(shù)據(jù)區(qū)時(shí)，就會(huì)造成訪問(wèn)沖突。互斥能使它們依次訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)而不引起沖突。(10) 搶占：搶占是指當(dāng)系統(tǒng)在處于核心態(tài)的內(nèi)核運(yùn)行時(shí)，允許任務(wù)重新調(diào)度。也就是說(shuō)，一個(gè)正在執(zhí)行的任務(wù)可以被打斷而讓另外一個(gè)任務(wù)運(yùn)行，這提高了應(yīng)用對(duì)外部中斷的響應(yīng)性。許多RTOStE是以搶占方式運(yùn)行，但不是說(shuō)調(diào)度在任何時(shí)候都是可以發(fā)生的。例如

4、，當(dāng)RTOS的一個(gè)任務(wù)正在通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)時(shí)，重新調(diào)度和中斷都是不允許的。(11) RISC體系結(jié)構(gòu)：RISC的基本設(shè)計(jì)思想是為了使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度更快，保留最基本的，去掉復(fù)雜、使用頻度不高的指令；采用Load/Store結(jié)構(gòu)，以減少指令格式，統(tǒng)一存儲(chǔ)器訪問(wèn)方式；采用硬接線控制代替微程序控制RISC體系結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)：a具有大量的寄存器，大多操作都在寄存器中完成；b尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；c通過(guò)載入和存儲(chǔ)指令訪問(wèn)存儲(chǔ)器；d采用固定長(zhǎng)度的指令格式；e所有的指令都可以條件執(zhí)行，以提高指令執(zhí)行效率；f同一條數(shù)據(jù)處理指令中包含算術(shù)邏輯單元處理和移位處理；g使用地址自動(dòng)增加(減

5、少)來(lái)優(yōu)化程序中的循環(huán)處理；h載入和存儲(chǔ)指令可以批量傳輸數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸效率。立即尋址：操作數(shù)本身就在指令中給出，只要取出指令也就取到了操作數(shù)，這個(gè)操作數(shù)被稱為立即數(shù)。如：ADDR0,#1(12) 寄存器尋址：利用寄存器中的數(shù)值作為操作數(shù)。如：ADDR0,R1,R2(13) 寄存器間接尋址：以寄存器中的值作為操作數(shù)的地址，而操作數(shù)本身存放在存儲(chǔ)器。如：ADDR0,R1,【R2】；R0=R1+【R2】基址變址尋址：將寄存器(該寄存器一般稱做基址寄存器)的內(nèi)容與指令中給出的地址偏移量相加，從而得到一個(gè)操作數(shù)的有效地址。變址尋址方式常用于訪問(wèn)某基地址附近的地址單元。如：LDRR0【R1,#4】

6、；R0=【R1+4】(14) 多寄存器尋址：一條指令可以完成多個(gè)寄存器值的傳送。(15) 相對(duì)尋址：以程序計(jì)數(shù)器PC的當(dāng)前值為基地址，指令中的地址標(biāo)量作為偏移量，將兩者相加后得到操作數(shù)的有效地址。(16) 堆棧尋址：堆棧是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按先進(jìn)后出(FILO,FirstInLastOut)的方式工作，使用一個(gè)稱做堆棧指針的專(zhuān)用寄存器指示當(dāng)前的操作位置，堆棧指針總是只向棧頂。(17) 進(jìn)度調(diào)試：(18) 內(nèi)存管理：在LINUX內(nèi)核中，內(nèi)存管理子系統(tǒng)允許多個(gè)進(jìn)程安全地共享主內(nèi)存區(qū)域。邏輯上分為兩部分：硬件無(wú)關(guān)：提供進(jìn)程的映射和虛擬內(nèi)存的對(duì)換。硬件相關(guān)：為內(nèi)存管理硬件提供了虛擬接口。(19) 虛擬文件

7、系統(tǒng)：在LINUX內(nèi)核中，VFS避開(kāi)了各種硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有硬件提供統(tǒng)一的接口。(20) 信號(hào)：用于通知接收進(jìn)程有某種事件發(fā)生。(21) 管理：(管道)管道就是一種把一個(gè)進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸出與另一個(gè)進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入相連接的方法。(22) 報(bào)文隊(duì)列：是消息的鏈接表，包括POSIX消息隊(duì)列、SystemV消息隊(duì)列等。有足夠權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中添加消息，被賦予讀權(quán)限的進(jìn)程則可以讀取隊(duì)列中的消息。(23) 共享存儲(chǔ)段：即允許一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程通過(guò)在它們的虛地址空間中同時(shí)出現(xiàn)的存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行通信。(24) 信號(hào)量：主要作為進(jìn)程之間及同一進(jìn)程不同線程之間的同步手段。TCP(傳輸控制協(xié)議)：是基于連接的協(xié)議，是在需要

8、通信的兩個(gè)應(yīng)用程序之間建立起一條虛擬的連接線路，而在這條線路間可能會(huì)經(jīng)過(guò)很多子網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)和路由器。TCP協(xié)議保證在兩個(gè)應(yīng)用程序之間可靠地傳送和接收數(shù)據(jù)，并且可以保證沒(méi)有丟失的或者重復(fù)的數(shù)據(jù)包。IP(網(wǎng)際協(xié)議)：IP工作在網(wǎng)絡(luò)層，是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議，其他的協(xié)議可以利用IP協(xié)議來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。TCP和UDP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸，IP信息封裝在IP數(shù)據(jù)包中。每一個(gè)IP數(shù)據(jù)包都有一個(gè)IP數(shù)據(jù)頭，其中包括源地址和目的地址，一個(gè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)和，以及其他一些有關(guān)的信息，UDP:UDP協(xié)議是一種無(wú)連接、不可靠的傳輸層協(xié)議。使用該協(xié)議只是把應(yīng)用程序傳來(lái)的數(shù)據(jù)加上UDP頭包括端口號(hào)、段長(zhǎng)等字段，作為

9、UDP數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，但是并不保證數(shù)據(jù)包能到達(dá)目的地，其可靠性由應(yīng)用層來(lái)提供。(25) 軟實(shí)時(shí)：軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不要求限定某一任務(wù)必須在一定的時(shí)間內(nèi)完成，只要求各任務(wù)運(yùn)行得越快越好。問(wèn)答題：1.著重學(xué)習(xí)有關(guān)：嵌入式系統(tǒng)的概念、組成及特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個(gè)部分，硬件包括處理器、存儲(chǔ)器、外設(shè)2器件、I/O端口和圖形控制器等。軟件包括嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件編程兩大部分和4個(gè)層次即設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、可編程應(yīng)用接口、應(yīng)用軟件。嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)a通常含有

10、面向特定應(yīng)用的嵌入式CPUb是計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。c其硬件和軟件的設(shè)計(jì)效率要高。d與具體應(yīng)用緊密結(jié)合，其升級(jí)換代也與具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此生命周期較長(zhǎng)。e其軟件均固化在存儲(chǔ)芯片或單片機(jī)中，因此，速度和可靠性較高。f不具備獨(dú)立開(kāi)發(fā)能力，必須借助外部開(kāi)發(fā)工具或系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此用戶不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改。2.著重學(xué)習(xí)有關(guān)：嵌入式系統(tǒng)的軟件組成部分，以及它們之間的相互關(guān)系。嵌入式系統(tǒng)分為兩大部分，4個(gè)層次。嵌入式操作系統(tǒng)：如VRTXpSOSVxWorks、WindowsCE、EPOCLinux、PALM、OS9KJavaCHORUSOSQNX、NAV

11、IO應(yīng)用軟件：為不同應(yīng)用而編寫(xiě)的軟件。4個(gè)層次：(1) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口(DDI,DeviceDriverInterface)-負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)與外部設(shè)備的信息交互；實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOSRealTimeOperationsystem)基本模塊：是操作系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)高度，存儲(chǔ)分配、時(shí)鐘管理和中斷管理，提供文件、圖形用戶界面(GUI,GraphicsUserInterface)等基本服務(wù)。擴(kuò)展模塊：提供操作的擴(kuò)展功能，包括網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等。(2) 可編程應(yīng)用接口(API,ApplicationProgrammableInterface)也稱為編程中間件、應(yīng)用中間軟件，是為編制應(yīng)用程序提供

12、的各種編程接口庫(kù)。(3) 應(yīng)用軟件-針對(duì)不同就用而由開(kāi)發(fā)者自己編寫(xiě)的軟件。3 .著重學(xué)習(xí)有關(guān)：在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式微處理器子系統(tǒng)與存儲(chǔ)器系統(tǒng)之間的連接信號(hào)。4 .著重學(xué)習(xí)有關(guān)：R14寄存器的作用，以及在使用時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題。R14為鏈接寄存器(LR,在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)特殊功能：?在每種模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址；?當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，將R14對(duì)應(yīng)的異常模式版本設(shè)置為異常返回地址(有些異常有一個(gè)小的固定偏移量)。注意的問(wèn)題：當(dāng)發(fā)生異常嵌套時(shí)，這些異常之間可能會(huì)發(fā)生沖突，R14寄存器中的PC值將被覆蓋，導(dǎo)致程序不能返回。5 .著重學(xué)習(xí)有關(guān)：R13寄存器的作用。R13寄存器在ARM指

13、令中常用作堆棧指針。當(dāng)程序的運(yùn)行進(jìn)入異常模式時(shí)，可以將需要保護(hù)的寄存器放入R13所指向的堆棧；而當(dāng)程序從異常模式返回時(shí)，則從對(duì)應(yīng)的堆棧中恢復(fù)，采用這種方式可以保證異常發(fā)生后程序的正常執(zhí)行。6.著重學(xué)習(xí)有關(guān)：嵌入式操作系統(tǒng)中所采用的任務(wù)控制方式。不同嵌入式操作系統(tǒng)中，任務(wù)可為進(jìn)程或者是線程。操作系統(tǒng)采用任務(wù)控制塊(TCB)對(duì)任務(wù)進(jìn)行操作控制。所謂TCR就是在操作系統(tǒng)中用來(lái)描述和管理一個(gè)任務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)為每個(gè)任務(wù)都維護(hù)了一個(gè)相應(yīng)的TCR用來(lái)保存該任務(wù)的各種相關(guān)信息。TCB內(nèi)容包括任務(wù)的管理信息、CPU上下文信息和資源管理信息。對(duì)整個(gè)任務(wù)的管理就是通過(guò)對(duì)每個(gè)任務(wù)的TCB操作實(shí)現(xiàn)的，具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)需

14、要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新任務(wù)時(shí)，就為它生成一個(gè)TCR并初始化這個(gè)TCB的內(nèi)容；當(dāng)要終止一個(gè)任務(wù)時(shí)，回收其TCB即可。7.著重學(xué)習(xí)有關(guān)：嵌入式處理器的ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)的切換方式。狀態(tài)切換方法：進(jìn)入Thumb狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位(位0)為1時(shí)，執(zhí)行BX指令，使微處理器從ARM狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)。此外，當(dāng)處理器從Thumb狀態(tài)進(jìn)入異常，一旦異常返回，自動(dòng)切換到Thumb狀態(tài)。進(jìn)入ARM狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位(位0)為0時(shí)，執(zhí)行BX指令，使微處理器從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài)。此外，在進(jìn)行異常處理時(shí)，將PC指針?lè)湃氘惓ＤＪ芥溄蛹拇嫫髦校漠惓Ｏ蛄康刂烽_(kāi)始執(zhí)行程序，也可以使處理器

15、切換到ARM狀態(tài)。8. 著重學(xué)習(xí)有關(guān)：比較在ARM中系統(tǒng)調(diào)用和中斷的差異。中斷方式才是多任務(wù)操作系統(tǒng)中最有效利用處理器的方式。當(dāng)CPU進(jìn)行主程序操作時(shí)，外設(shè)的數(shù)據(jù)已存入端口的數(shù)據(jù)輸入寄存器，或端口的數(shù)據(jù)輸出寄存器已空，此時(shí)由外設(shè)通過(guò)接口電路向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。CPU在滿足一定條件下，暫停執(zhí)行當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)入執(zhí)行相應(yīng)能夠進(jìn)行輸入/輸出操作的子程序，待輸入/輸出操作執(zhí)行完畢之后，CPU再返回并繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的主程序。這樣，CPU就避免了把大量時(shí)間耗費(fèi)在等待、查詢外設(shè)狀態(tài)的操作上，使其工作效率得以大大提高。操作系統(tǒng)將所有的設(shè)備全部看成文件，并通過(guò)文件的操作界面進(jìn)行操作，一般對(duì)文件進(jìn)行操作由相關(guān)功能函數(shù)完成，每個(gè)函數(shù)即對(duì)應(yīng)于一種系統(tǒng)調(diào)用如可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用open()打開(kāi)設(shè)備文件。在驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)中，包含了中斷服務(wù)程序，由Linux系統(tǒng)來(lái)接收硬件中斷，再由系統(tǒng)調(diào)用中斷服務(wù)子程序。9. 著重學(xué)習(xí)有關(guān)：中斷處理的主要流程。 異常中斷的響應(yīng)過(guò)程和返回過(guò)程(1)異常中斷響應(yīng)過(guò)程保存CPSR將要執(zhí)行的異常中斷的SPSR設(shè)置CPSR的值：設(shè)置CPSR相應(yīng)位的值使處理器進(jìn)入特定的處理器模式，按要求屏蔽中斷；設(shè)置LR寄存器：將中斷相應(yīng)模式的LR寄存器的值設(shè)置為異常中斷的返回地址；處理程序計(jì)數(shù)器PC:將PC值設(shè)為相應(yīng)的中斷向量的地址。 (2)異常中斷返回過(guò)程恢復(fù)