嵌入式系統設計的問答

2021-09-28 11:31:59 字數 2987 閱讀 5938

嵌入式系統的概念

嵌入式系統的基本架構

嵌入式作業系統的基本組成和分類

嵌入式資料庫管理

嵌入式網路

嵌入式系統設計的核心技術

嵌入式系統軟體的設計流程

嵌入式軟體設計模型

嵌入式系統軟體開發環境

1.嵌入式系統的概念

答:嵌入式系統是一種以應用為中心,以計算機技術為基礎,可以適應不同應用對功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面的要求,集可配置可裁剪的軟、硬體於一體的專用計算機系統。嵌入式系統主要由嵌入式硬體平台、相關支撐硬體、嵌入式作業系統、支撐軟體、應用軟體組成。嵌入式系統具有以下特點:系統專用性強、系統實時性強、軟硬體依賴性強、處理器專用、多種技術緊密結合、系統透明性、系統資源受限。

按照嵌入方式進行分類,可分為整機式嵌入、部件式嵌入、晶元式嵌入;按照嵌入程度分類,可分為深度嵌入、中度嵌入、淺度嵌入;按照實時性分類,可分為實時嵌入式系統和非實時嵌入式系統;按照系統複雜程度分類,可分為單微處理器嵌入式系統、元件式嵌入式系統、分布式嵌入系統。

2.嵌入式系統的基本架構

答:嵌入式系統的硬體包括嵌入式處理器、儲存器、外部裝置等,嵌入式系統軟體部分的基礎是系統軟體和支撐軟體,應用軟體是最能體現整個嵌入式系統特點和功能的部分。

微處理器是整個嵌入式系統的核心,負責控制系統的執行。微處理器可以分為:及嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式數字訊號處理器、嵌入式片上系統。

嵌入式軟體體系自底向上依次是:裝置驅動管理層、嵌入式作業系統、支撐軟體和應用軟體。

整個嵌入式系統可以通過裁減和組合去掉不必要的部分而達到控制成本和適應應用場景的目的。

3.嵌入式作業系統的基本組成和分類

答:嵌入式作業系統是執行在嵌入式見算計系統上支援嵌入式應用程式的作業系統,用於控制和管理嵌入式系統中硬體和軟體資源、提供系統服務的軟體集合。嵌入式作業系統相較於通用作業系統,具有微型化、**質量高、專業化、實時性強、可裁剪可配置的特點。

嵌入式作業系統從獲取形式上課分為商業型和非商業型;按照作業系統實時性,可分為實時嵌入式作業系統和非實時嵌入式作業系統兩類。

嵌入式作業系統主要由應用程式介面、裝置驅動、作業系統核心等幾部分組成。每個嵌入式系統都有乙個核心,大多數核心包括三個公共部件:排程器、核心物件、核心服務。大多數核心支援兩種普遍的排程演算法,基於優先順序搶占排程、時間輪轉排程演算法。

4.嵌入式資料庫管理

答:嵌入式資料庫管理系統是嵌入式裝置上使用的資料庫管理系統,因嵌入式資料庫管理系統大多是移動資訊裝置,所以嵌入式資料庫也被稱為移動資料庫或嵌入式移動資料庫。嵌入式資料庫管理主要是解決移動計算環境下資料的管理問題,移動資料庫是移動計算環境中分布式資料庫。

嵌入式資料庫管理系統執行環境的特點有:裝置隨時移動、網路頻繁斷接、網路條件多樣化、通訊能力不對稱。嵌入式資料庫由主資料庫管理系統、同步伺服器、嵌入式資料庫管理系統、連線網路等幾個子系統組成。

嵌入式移動資料庫在實際應用中必須解決好資料一致性、高效事務處理、資料的安全性等問題。嵌入式資料庫管理系統因其環境影響,是一種動態分布式資料庫管理系統。

5.嵌入式網路

答:嵌入式網路是連線各種嵌入式系統,可以相互傳遞資訊、共享網路資源的網路系統。現場匯流排網、家庭資訊網、無線資料通訊網、嵌入式網際網路都是嵌入式網路的例項。

6.嵌入式系統設計的核心技術

答: 嵌入式系統的核心技術有三種:處理器技術、ic技術、設計/驗證技術。

處理器的差別在於其面向特定功能的專用化程度。通用處理器的特徵是無數位電路設計的儲存程式和通用的資料路徑,小批量成本較低,大批量成本較高。單用途處理器是設計用於執行特定程式的數位電路,也指協處理器、加速器、外設等,小批量是成本較高,大批量的時候成本較低。專用指令集處理器(asip)是乙個可程式設計處理器,針對某一特定型別的應用進行優化,在同樣效能、功率、大小下可以保證靈活性。asip最常見的兩種應用是微控制器和數字訊號處理器。

ic技術包括全定製/vlsi、半定製asic、可程式設計asic。全定製的ic也常被稱為大規模積體電路設計(vlsi),成本高、製造時間常,適合大量或對效能要求嚴格的應用。半定製asic是一種約束型設計方法,包括門陣列設計法和標準單元設計法,在晶元上製作一些通用巽卦的單元元件或元件組的半成品硬體,設計者僅需考慮電路邏輯和功能模組之間的合理連線即可。半定製asic價效比包、短設計週期、靈活方面,提高了成品率。可程式設計asic開發周期短,在實驗室完成,較低的成本,單位成本較高,功耗答速度慢。

設計/實驗技術主要包括硬體設計技術和軟體設計技術兩大類。硬體設計領域技術主要包括晶元級設計技術和電路板級設計技術兩個方面。晶元級設計技術的核心是編譯/綜合、庫/ip、測試/驗證。編譯/綜合技術使設計者用抽象的方式描述所需的功能,並自動分析和插入實現細節。庫/ip技術將預先設計好的低抽象級實現用於高階。測試/驗證確保沒記功能正確,減少各級之間反覆設計的成本。軟體設計技術的核心是軟體語言。

7.嵌入式系統軟體的設計流程

8.嵌入式軟體設計模型

答:常用的嵌入式軟體設計模型有狀態機模型、資料流模型(布林資料流、層次化流圖、petri網)、併發程序模型(csp、ccs)、物件導向模型。

csp通訊順序程序是一種併發、分布式程式語言模型。csp將輸入、輸出、操作列為程式語言的基本要素,將實現順序程序間通訊的並行組合作為基本的程式控制結構。csp模型的目的是描述一種在計算機應用的廣泛領域中適用的最簡單的數學理論,其主要貢獻是把計算機設計的各種計算形式及其性質建立在一套嚴密的形式系統上。

ccs乙個建立在極小原語集上的函式式程式語言模型,為通訊的、非確定的併發系統提供乙個通用數學模型。ccs模型是在一種較弱條件下建立的併發程序模型,企圖俘獲併發性及通訊的一般數學性質,主要貢獻在於併發系統構成的等價性研究。

9.嵌入式系統軟體開發環境

答:嵌入式系統的軟體開發採用交叉平台開發方法,軟體在乙個通用的平台上開發,在另乙個嵌入式目標平台上執行。開發軟體的通用平台叫做宿主機系統,被開發的嵌入式系統稱為目標機系統。當軟體執行環境和開發環境一致時的開發過程為本地開發。

嵌入式系統的開發系統可以分為:與嵌入式作業系統配套的開發環境、與處理器晶元配套的開發環境、與具體應用平台配套的開發環境、其他類環境。目前業界應用最廣泛的整合開發環境是tornadoll,vxworks作業系統是tornadoll嵌入式開發環境的關鍵組成部分。

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