嵌入式 知識點總結(jié)

1、嵌入式系統(tǒng)的特點：⑴.嵌入式系統(tǒng)的共性化很強，軟件系統(tǒng)和硬件在不同的應(yīng)用中均有差異；⑵.由通用計算機系統(tǒng)進(jìn)展而來，依據(jù)應(yīng)用對軟硬件進(jìn)行裁剪；⑶,高的牢靠性，強的有用性；（4）,高的耗電量直接影響系統(tǒng)的成本及電源壽命；2、什么是嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，采納可剪裁硬件，適用于對功能，牢靠性，成本，體積，功耗等有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。3、采納RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點：⑴.體積小、功耗低、成本低、性能高；⑵.支持Thumb（16位）/ARM（3位）雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件；⑶.大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度快；⑷.大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；⑸,尋址方式敏捷簡潔，執(zhí)行效率高；⑹.采納固定長度的指令格式；4、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程：選擇嵌入式處理器（硬件平臺）一選擇嵌入式操作系統(tǒng)（軟件平臺）一-開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件一-測試通過一（是）一系統(tǒng)測試一--開發(fā)結(jié)束5、嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計流程：代碼編程（C/匯編源程序）--—交叉編譯（OBJ文件）-一交叉函數(shù)庫--交叉鏈接（系統(tǒng)映像文件）一（重定向與下載）一目標(biāo)板--調(diào)試；6、ARM9E處理器有獨立的指令緩存（ICACHE）和數(shù)據(jù)緩存（DCACHE）;7、ARM9系列處理器共有37個寄存器，其中31個屬于通用寄存器，6個為ARM處理器；8、ARM總共有7種不同的處理器模式，分別是：用戶模式，快速中斷模式，外部中斷模式，管理模式，數(shù)據(jù)訪問中止模式，未定義指令中止模式，系統(tǒng)模式9、R13一般作為棧指針SP；R14被稱為連接寄存器LR,作用：一是在通過BL或者BLX指令調(diào)用子程序時存放當(dāng)前子程序的返回地址；二是在發(fā)生特別時用來保存該模式基于PC的返回地址；R15是程序計數(shù)器PC,用來保存處理器取值的地址；10、流水線技術(shù)的工作原理：ARM7采納的是3級流水線：FETCH/DECODE/EXECUTE.此時在EXECUTE階段要完成大量的工作，包括寄存器和存儲器的讀寫操作、移位操作、ALU操作等，這導(dǎo)致在執(zhí)行階段往往需要多個時鐘周期，從而成為系統(tǒng)性能的瓶頸。ARM9采納5級流水線技術(shù)，分別是FETCH/DECODE/EXECUTE/MEMORY/WRITE.FETCH階段和之前功能相同，即從指令存儲器中取值；DECODE階段除了譯碼之外，還讀取寄存器操作數(shù)；EXECUTE階段執(zhí)行運算，產(chǎn)生ALU運算結(jié)果或產(chǎn)生存儲器地址；MEMORY階段進(jìn)行存儲器的讀寫操作；WRITE階段將結(jié)果寫回寄存器；11>ARM9使用一個統(tǒng)一的TLB來緩存頁表信息,TLB主頁分為兩個部分:主TLB和鎖定TLB；12、ARM總共有7種處理器特別：復(fù)位特別、未定義指令特別、軟件中斷特別、指令預(yù)取終止特別、數(shù)據(jù)訪問終止特別、外部訪問終止特別、快速中斷懇求特別13、（1）,復(fù)位特別和軟件中斷特別時，處理器進(jìn)入管理模式；⑵,未定義指令特別時，處理器進(jìn)入未定義模式；⑶.指令預(yù)取終止特別和數(shù)據(jù)訪問終止特別時，處理器進(jìn)入中止模式；⑷,外部中斷懇求時，處理器進(jìn)入外部中斷模式；（5）,快速中斷懇求時，處理器進(jìn)入快速中斷模式；.ARM運行狀態(tài):ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài);ARM指令必需在ARM狀態(tài)下執(zhí)行，同樣,Thumb指令也必需處于Thumb狀態(tài)下執(zhí)行。.ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)切換可以通過BX指令來實現(xiàn)。.ARM指令集有5種形式的位移操作：LSL:規(guī)律左移；LSR：規(guī)律右移；ASR:算術(shù)右移；ROR:循環(huán)右移；RRX:帶擴展的循環(huán)右移；.馬上數(shù)并不是任意數(shù)都是合法的，在馬上數(shù)尋址中，安排給馬上數(shù)的空間是12位，8位用于保存一個常數(shù)，4位用于保存循環(huán)右移基數(shù)，而循環(huán)右移每次需要移動偶數(shù)位，即右移的位數(shù)是基數(shù)*2；假設(shè)常數(shù)為A,循環(huán)右移位數(shù)為N,則最終得到的馬上數(shù)二A循環(huán)右移（N*2位）；.ARM指令的尋址方式及特點：⑴馬上尋址；⑵.寄存器偏移尋址；⑶,寄存器偏移尋址；⑷.寄存器間接尋址；⑸,基址變址尋址；⑹.多寄存器尋址；⑺,堆棧尋址：滿遞增堆棧、空遞增堆棧、滿遞減堆棧、空遞減堆棧；.LDR和STRLDR指令：從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)裝入寄存器；STR指令：將寄存器中的數(shù)據(jù)存入內(nèi)存；.CDP:是協(xié)處理器數(shù)據(jù)處理指令：用來執(zhí)行特定的數(shù)據(jù)操作；MCR:將ARM寄存器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)處理器寄存器中；MRC:數(shù)據(jù)傳輸方向與MCR指令相反，它將協(xié)處理器寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到ARM處理器寄存器中；.ADR:小范圍的地址讀取偽指令，主要用來讀取基于PC相對偏移的地址或基于寄存器相對偏移的地址；LDR:大范圍偽地址讀取偽指令，用于加載32位的馬上數(shù)或是一個地址值；.Thumb跳轉(zhuǎn)指令：B:是Thumb指令中唯一可以條件執(zhí)行的指令；BL:帶鏈接的長跳轉(zhuǎn)；BX:指令在跳轉(zhuǎn)的同時，會選擇性的切換指令集；BLX:帶鏈接的跳轉(zhuǎn)，并選擇性的切換指令集；.MMU:其作用主要有2個方面：一是地址映射，負(fù)責(zé)將虛擬地址映射成物理地址；二是對地址訪問的愛護(hù)和限制；供應(yīng)硬件機制的內(nèi)存訪問授權(quán)，大多數(shù)使用虛擬存儲器的系統(tǒng)都使用一種稱為分頁機制，虛擬地址空間劃分成大小相同的一組頁，每個頁有一個用來標(biāo)記它的頁號，而相應(yīng)的物理地址空間也被進(jìn)行劃分，單位幀、頁和頁幀的大小必需相同，虛擬地址被送往MMU,MMU將虛擬地址轉(zhuǎn)化為物理地址。.進(jìn)程調(diào)度策略可分為：〃搶占式調(diào)度〃和〃非搶占式調(diào)度〃；25,在用戶空間中，進(jìn)程是由進(jìn)程標(biāo)識符（PID）表示的，一個PID在進(jìn)程的整個生命期間不會更改，但PID可以在進(jìn)程進(jìn)行銷毀后重新使用；對用戶來說，PID是唯一標(biāo)識一個進(jìn)程的數(shù)字值；.Linux進(jìn)程還可以通過exec系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生；.Linux操作系統(tǒng)有三種進(jìn)程調(diào)度策略：⑴.分時調(diào)度策略；（2）.先到先服務(wù)的實時調(diào)度策略；⑶.時間片輪的實時調(diào)度策略；28.嵌入式文件系統(tǒng)分類：⑴.基于Flash的文件系統(tǒng)：JFFS2文件系統(tǒng)；YAFFS文件系統(tǒng)；Cramfs；Romfs；其他文件系統(tǒng)；⑵.基于RAM的文件系統(tǒng)：RamDisk；Ramfs/Tmpfs⑶.網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS29.BootLoader階段一：1.基本的硬件初始化：a.屏蔽全部中斷；b.設(shè)置CPU的速度和時鐘頻率；c.RAM初始化；d.初始化LED;.ARM-Linux內(nèi)存管理原理：從兩方面入手：一是Linux內(nèi)核對內(nèi)存的管理（包括最重要的地址映射、內(nèi)存空間的安排以及地址訪問的限制，即愛護(hù)機制）；二是體系對內(nèi)存管理方面的特別性；.Linux虛擬內(nèi)存的實現(xiàn)需要6種機制的支持：地址映射機制、懇求頁機制、內(nèi)存安排回收機制、緩存和刷新機制、交換機制和內(nèi)存共享機制；.Linux虛擬內(nèi)存實現(xiàn)機制間的相互關(guān)系：地址映射機制--懇求頁機制--內(nèi)存安排和回收機制一交換機制--緩存和刷新機制.進(jìn)程，又稱作任務(wù)，是一個動態(tài)的執(zhí)行過程，是處于執(zhí)行期的程序，進(jìn)程是系統(tǒng)資源安排的最小單位。.在Linux系統(tǒng)中，全部的進(jìn)程都是fork出來的，它們有個共同的祖先：0號進(jìn)程；init是內(nèi)核啟動的第一個用戶級進(jìn)程，也是系統(tǒng)的第一個真正的進(jìn)程，是其他全部進(jìn)程的父進(jìn)程，所以init內(nèi)核線程（或進(jìn)程）的標(biāo)識符為1,init有很多重要的任務(wù)，負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的一些初始化設(shè)置任務(wù)，以及執(zhí)行系統(tǒng)初始化程序，init程序使用/etc/inittab作為腳本文件來創(chuàng)建系統(tǒng)中的新進(jìn)程；.進(jìn)程的銷毀通過以下三個大事驅(qū)動：正常的進(jìn)程結(jié)束、信號、exit函數(shù)的調(diào)用；.進(jìn)程調(diào)度時機可分為：主動調(diào)度和被動調(diào)度；按細(xì)分的話：⑴進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換；⑵當(dāng)前進(jìn)程的時間片用完；（3）設(shè)施驅(qū)動程序；（4）進(jìn)程從中斷、特別以及系統(tǒng)調(diào)用返回到用戶態(tài)；.選擇進(jìn)程的依據(jù)：policy、priority、counter>rt_priority；.內(nèi)核模塊全稱為動態(tài)可加載內(nèi)核模塊，是Linux內(nèi)核向外部供應(yīng)的一個插口，簡稱為模塊;.加載模塊有兩種方法：第一種是通過insmod命令手工將module載入內(nèi)核；其次種是依據(jù)需要載入module；kerneld的主要功能是module載入內(nèi)核和將它卸載出內(nèi)核；.中斷是一個流程，一般經(jīng)過三個環(huán)節(jié)：中斷相應(yīng)、中斷處理、中斷返回；.ARM-Linux的系統(tǒng)調(diào)用原理：系統(tǒng)調(diào)用的過程和中斷有類似之處，當(dāng)CPU遇到自陷指令后，跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，操作系統(tǒng)首先保存當(dāng)前運行的信息，然后依據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號來查找相應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行，執(zhí)行完了以后恢復(fù)原先保存的運行信息返回，比如通常應(yīng)用程序所用的fork（）函數(shù)，它是經(jīng)過包裝的函數(shù)，其最終的實現(xiàn)是系統(tǒng)調(diào)用；.在UNIX系統(tǒng)下有兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用：通過經(jīng)過封裝的C庫或者直接調(diào)用；.系統(tǒng)調(diào)用的過程和中斷有類似之處，當(dāng)CPU遇到自陷指令后，跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，操作系統(tǒng)首先保存當(dāng)前運行的信息，然后依據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號查找相應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行，執(zhí)行完了以后恢復(fù)原先保存的運行信息返回；通過不同的向量索引可以使CPU馬上轉(zhuǎn)入不同的處理程序；45.init進(jìn)程是系統(tǒng)全部進(jìn)程的起點，內(nèi)核在完成核內(nèi)參數(shù)init二XXX來設(shè)置init進(jìn)程，init進(jìn)程需要讀取/etc/inittab文件作為其行為指針，inittab是以行為為單位的描述性（非執(zhí)行性）文本；.存儲文件系統(tǒng)的設(shè)施稱為block設(shè)施(塊設(shè)施)；.設(shè)施驅(qū)動的接口API都是從文件管理器API中繼承下來的，所以這些設(shè)施API都有open().close().read().write().lseek()^Uioctl()等與文件API類似的接口；.Linux也使用文件管理器，但是它的文件管理器使用了VFS(虛擬文件系統(tǒng))，正是VFS讓Linux能夠支持目前多種文件系統(tǒng)。VFS具備訪問各種各樣的文件系統(tǒng)的力量，也是由于VFS在內(nèi)部去適應(yīng)各種不同文件系統(tǒng)的差異，而供應(yīng)應(yīng)用戶進(jìn)程的是統(tǒng)一的文件APIo49JFFS2嵌入式文件系統(tǒng)原理：首先JFFS2是一個日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的節(jié)點在閃存上挨次存儲。JFFS2定義了三種節(jié)點類型：JFFS2_NODETYPEJNODE,JFFS2_NODETYPE_DIREN7；JFFS2_NODETYPE_CLEANMARKERoJFFS2中I節(jié)點的信息并沒有全部存放在內(nèi)存,mount操作時，會為節(jié)點建立映射表,但是這個映射表并不全部存放在內(nèi)存中，存放在內(nèi)存中的節(jié)點信息是一個縮小尺寸的結(jié)構(gòu)體。JFFS2使用了多個級別的待回收塊隊歹上JFFS2寫平衡策略是在垃圾收集中實現(xiàn)的，垃圾收集的時候會讀取系統(tǒng)時間，使用這個系統(tǒng)時間產(chǎn)生一個偽隨機數(shù)。采用這個偽隨機數(shù)結(jié)合不同的待回收鏈表選擇要進(jìn)行回收的鏈表。50JFFS2克服了JFFS中以下缺點：⑴.使用了基于哈希表的日志節(jié)點結(jié)構(gòu)，大大加快了對節(jié)點的操作速度；⑵.支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮；⑶,供應(yīng)了〃寫平衡〃支持；⑷.支持多種節(jié)點類型(數(shù)據(jù)I節(jié)點，名目I節(jié)點等)；⑸.提高了對閃存的采用率，降低了內(nèi)存的消耗；.系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序之間的接口，而設(shè)施驅(qū)動程序則是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機器硬件之間的接口；.Linux支持三類硬件設(shè)施：字符設(shè)施、塊設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施；.Linux內(nèi)核設(shè)施模型的目的和功能：目的：設(shè)施模型供應(yīng)獨立的機制表示設(shè)施，并表示其在系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣使系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：代碼重復(fù)最??；供應(yīng)如引用計數(shù)這樣的統(tǒng)一機制；列舉系統(tǒng)中全部設(shè)施，觀看其狀態(tài)，查看其連接總線；用樹的形式將全部設(shè)施結(jié)構(gòu)完整、有效地呈現(xiàn)，包括全部總線和內(nèi)部連接；將設(shè)施和對應(yīng)驅(qū)動聯(lián)系起來，將設(shè)施依據(jù)類型分類；從樹的葉子向根的方向依次遍歷，確保以正確挨次關(guān)閉各個設(shè)施的電源；初衷是為了節(jié)能，有助于電源管理，通過建立表示系統(tǒng)設(shè)施拓?fù)潢P(guān)系的樹結(jié)構(gòu)，能夠在內(nèi)核中實現(xiàn)智能的電源管理；功能：將系統(tǒng)中的設(shè)施組織成層次結(jié)構(gòu)，然后向用戶程序供應(yīng)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息；.同步機制的分類及特點：⑴.同步鎖：適用于保持時間段的狀況，可以在任何上下文使用，不行以睡眠，任何時候，只能有一個持有者；⑵.信號量：不能用在內(nèi)核之外，是一種睡眠鎖，適用于鎖會被長期持有的狀況，允很多個持有者；⑶,原子操作：在執(zhí)行完畢前絕不會被任何其他任何或時間打斷，是最小的執(zhí)行單位，主要用在資源計數(shù)上；⑷.完成大事：適用于需要睡眠和喚醒的情景，不會引起資源競爭；.表示字符設(shè)施的設(shè)施文件可以通過〃ls-1〃命令輸出的第一列中的“c〃來識別，而塊設(shè)施則用“b〃標(biāo)識；.devt是一個32位的無符號數(shù)，其高12位用來表示主設(shè)施號，低20位用來表示次設(shè)施號；Register_chrdev_region()函數(shù)和alloc_chrdev_region()函數(shù)用于安排設(shè)施號，這兩個函數(shù)最終都會調(diào)用_register_chrdev_region()函數(shù)來注冊一組設(shè)施的編號范圍，它們的區(qū)分是后者是以動態(tài)的方式安排的，unregister_chrdev_region()函數(shù)則用于釋放設(shè)施號。Alloc_chrdev_region()函數(shù)用于動態(tài)申請設(shè)施號范圍，通過指針參數(shù)返回實際安排的起始設(shè)施號,Dev_ti_rdev:對于設(shè)施文件而言，此成員包含實際的設(shè)施號；Structcdev*i_cdev:字符設(shè)施在內(nèi)核中是用cdev結(jié)構(gòu)來表示的，此成員是指想cdev結(jié)構(gòu)的指針；57.1/0接口是微掌握器必需具備的最基本外設(shè)功能。通常在ARM里，全部I/O都是通用的，稱為GPI0(通用輸入輸出)；GPI0接口一般至少會有兩個寄存器，即掌握寄存器和數(shù)據(jù)寄存器；58.同步外設(shè)接口是由摩托羅拉公司推出的一種高速的、全雙工、