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嵌入式系统考试大纲（根据2015年课件整理）1.嵌入式系统目前被大多数人接受的一般性定义是什么？举例说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，适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要求的专用计算机系统。”例子：电梯控制系统、交通灯控制系统、银行ATM机等。2.嵌入式系统三要素？嵌入、专用、计算机嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求。专用性：软、硬件按对象要求裁剪。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结构和部分功能。1)单片机数据处理能力有限、处理速度有限，不能够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核心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。4)嵌入式系统设计的核心是软件设计（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同。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，另外还有功耗、成本约束，且常在极端情况下运行，故障造成的后果比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方法进行开发设计。5．嵌入式处理器分为哪几类，说明定义及特点？嵌入式处理器主要分为5类，分别为嵌入式微处理器（EmbeddedMicroprocessorUnit）、嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit)、嵌入式DSP处理器EDSP(EmbeddedDigitalSignalProcessor)、嵌入式片上系统SOC(SystemOnChip)和嵌入式可编程片上系统SOPC(SystemOnProgrammableChip)。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CPU，可以认为是“增强型”通用微处理器。特点：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相关的功能。在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。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主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等各种必要功能和外设。特点：一个系列的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，不同的是存储器和外设的配置及封装，这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，从而减少功耗和成本。单片化、体积大大减小、功耗和成本降低、可靠性提高。嵌入式DSP：嵌入式DSP是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构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。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个系统芯片内部。特点：结构简洁、体积小、功耗低、可靠性高、设计生产效率高。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），即由当个芯片完成整个系统的主要逻辑功能。它是可编程系统，系统功能可裁剪、易扩充、可重构，结合了SOC和CPLD、FPGA的优点。特点：采用超深亚微米工艺技术、使用一个或以上的嵌入式处理器、设计方式灵活、可裁剪、可扩充、可升级、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：能够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（是否为进程）（3）多种中断级别分类：硬实时系统：对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能满足，就会引起系统崩溃或致命的错误。软实时系统：对系统响应时间有要求，但是如果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崩溃，只是降低系统的吞吐量。7．嵌入式系统的特点？（1）嵌入式系统是面向具体应用的产品。（2）嵌入式软件特征：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．按表现形式和实时性嵌入式系统的分类？（1）按表现形式（硬件范畴）•芯片级嵌入（含程序和算法的处理器、单片机）•模块级嵌入（系统中的某个核心模块）•系统级嵌入（系统中的电路板）（2）按实时性要求（软件范畴）•非实时系统（PDA）•软实时系统（消费类产品）•硬实时系统（导引头等工业和军工系统）9．软硬件协同设计的目的？其涉及的内容有哪些？目的：缩短开发周期、取得更好的设计效果、满足苛刻的设计限制。内容：系统任务描述、软硬件划分、软硬件协同综合、软硬件协同仿真和系统集成。10．用框图简述嵌入式开发的流程？11．冯·诺依曼结构与哈佛结构的区别？传统的微处理器采用的冯诺依曼结构将指令和数据存放在统一存储空间中，统一编址，指令和数据通过同一总线访问。哈佛结构是不同于冯诺依曼结构的一种并行体系结构，特点是程序和数据存储在不同的存储空间，每个存储器独立编址、独立访问。与之对应的是系统中设置的两条总线（程序总线和数据总线），是数据吞吐量大大增高。12．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、非标准化、接口非常复杂。13．总线的定义及主要参数，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，而应包含相应的通信协议。主要参数：带宽、位宽、工作时钟频率。总线例子：PC总线、PCI总线、ISA总线、EISA总线等。14．按编程工艺分FPGA分为哪几类，简要说明其各自特点？•熔丝或反熔丝编程器件－－Actel的FPGA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－－大多数公司的FPGA器件–可反复编程，实现系统功能的动态重构–每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序•EEPROM－－大多数CPLD器件–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15．IP资源复用的定义，IPCore的分类定义：IP核复用(IPCoreReuse)是指在集成电路设计过程中，通过继承、共享或购买所需的知识产权内核(第三方IP核)，然后再利用EDA工具进行设计、综合和验证。分类：软核、硬核、固核。Verilog硬件描述语言的语法和使用方法PPT都需掌握，题型编程。老师说就一道编程小题，我猜是半加器，代码我粘了一个。：D加法器：moduleadd_h(a,b,sum,cout);inputa,b;outputsum,cout;Regsum,cout;Always@(aorb)BeginCase({a,b})2’b00:beginsum=0;cout=0;end2’b01:beginsum=1;cout=0;end2’b10:beginsum=1;cout=0;end2’b11:beginsum=0;cout=1;endEndcaseEndEndmodule―――――――――――――――――――――――――――――――1、FPGA设计的一般流程？每一步的功能？（1）设计准备：方案论证，器件选择；根据系统的功能和复杂度，对工作速度和器件本身的资源、成本及连线的可布性等方面进行权衡，选择合适的设计方案和合适的器件类型。（2）设计输入：原理图输入，HDL（硬件描述语言）输入，状态图输入，波形输入。功能仿真：验证逻辑功能的正确性，不加入任何硬件延时信息。仿真前，要先利用波形编辑器和硬件描述语言等建立波形文件和测试向量。仿真结果将会生成报告文件和输出信号波形，从中便可以观察到各个节点的信号变化。如果发现错误，则返回设计输入中修改逻辑设计。（3）设计实现：设计处理是器件设计中的核心环节。在设计处理过程中，编译软件将对设计输入文件进行规则检查、逻辑优化综合、适配和分割(映射)、布局布线等，最后产生编程用的编程文件。（4）时序仿真：布局布线后仿真（时序）：所验证的是在原来逻辑电路基础上加入硬件实际信息后，电路功能上的正确性。这是最符合实际情况的仿真。如仿真无误，则可下载设计结果到实际的FPGA芯片中。（5）器件编程：时序仿真完成后，产生位流数据文件然后将该文件通过下载器下载配置到可编程器件中去。2、FPGA配置的三种方式分别是什么？配置的三个阶段是什么？三种方式：FPGA主动串行方式，FPGA被动方式，JTAG。三个阶段：复位、配置、初始化。3、Quartus环境下生成的用于直接配置FPGA和配置芯片（EPCS）的文件分别是什么？SRAM目标文件（.sof）编程目标文件（.pof）4、构成SOPC的三种方案是什么？（1）基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统（2）基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统（3）基于HardCopy技术的SOPC系统。5、NiosII处理器系列包括哪三种内核？各自特点？（1）NiosⅡ/f性能最高，但占用的逻辑资源最多（2）NiosⅡ/e占用的逻辑资源最少，但性能最低。（3）NiosⅡ/s平衡的性能和尺寸，NiosⅡ/s内核比第一代的NiosCPU内核更快，占用的资源更少。6、NiosII处理器包括哪些寄存器？各自的功能？有哪三种运行模式？32个通用寄存器和6个控制寄存器。用户模式、超级用户模式、调试模式7、NiosII处理器包括哪些异常？异常判别优先级是什么？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（优先级从左至右）8、NiosII处理器采用的总线是什么？（答案：Avalon交换式总线）9、列举至少三个NiosII处理器常用的外围设备(Peripherals)内核。PI0内核SDRAM控制器内核CFI控制器内核EPCS控制器内核定时器内核等等10、Altera提供的SOPC的开发使用的软件是什么？开发的流程？SOPCBuilderNiosⅡIDE流程如下：（1）首先分析系统的需求；（2）建立QuartusII工程，建立顶层图*.bdf；（3）打开SOPCBuilder定义和生成NiosII系统，并添加标准外设和用户定制外设逻辑；（4）集成SOPC生成的系统到QuartusII工程；（5）如果需要，可以使用Altera公司提供的LPM功能模块或添加自定义的功能模块；（6）连接各功能模块；（7）选择FPGA型号并进行管脚分配；（8）进行编译选项设置；（9）编译硬件系统生成配置文件.sof文件；（10）下载配置文件到FPGA器件；（11）打开NiosIIIDE软件进行用户程序开发；（12）设置软件运行硬件环境属性；（13）编译软件生成可执行文件elf；（14）在IDE中使用ISS运行/调试软件；（15）在目标板上下载可执行软件到NiosII系统；（16）在目标板上运行/调试软件；（17）对硬件和软件进行调试；（18）使用IDE编程工具烧写配置文件和软件代码。