嵌入式系统设计原理及应用复习题答案自制版(电子科大)

考试题型：填空题、选择题、简答题、计算题、设计题考试方式：开卷第0章绪论l、什么是数字系统设计技术？在解决了对不同目标信息的数字化编码、数字化传输、数字化解码的基本理论、算法定义和协议规范之后，对其如何进行系统的构成，如何以最优化的性能（如速度）、最低廉的成本（如芯片而积、集成密度等）来实现该系统的技术。2、什么是集成电路IC?集成电路(IC)是指通过一系列特定的加工工艺，将多个晶体管、电阻、电容等器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单品片（如Si或GaAs）或陶瓷等基片上，作为一个不可分割的整体完成某一特定功能的电路组件3、什么是集成电路IP?集成电路IP是经过预先设计、预先验证，符合产业界普片认同的设计规范和设计标准，具有相对独立功能的电路模块或予系统。其具有知识含量高、占用芯片而积小、运行速度快、功耗低、工艺容差性大等特点，可以复用(Reuse)于SOC、SOPC或复杂ASIC设计中。4、什么是sOc?SOC，即嵌入式系统发展的最高形式—一片上系统。从狭义角度讲，它是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上；从广义角度讲，SOC是一个微小型系统，5、光刻的基本原理。光刻是以某种波长的光为曝光光源，透过掩模版（由不透光的图形组成），照射在涂有光刻胶（光致抗蚀剂）的被加工材料表面上，利用光刻胶的感光性和抗蚀性，经过化学显影，制作出与掩模版图形一致的光刻胶图形。光刻是复制微细图形的最有效手段之一，是芯片制作的核心技术。掩模版是一种玻璃板，加了一个反射金属层。光刻胶是一种光敏组织聚合物，性质与胶卷类似，光能改变它的化学性质。第1章嵌入式系统基础知识4、嵌入式系统的定义和特点是什么？分别从技术角度和系统角度给出嵌入式系统的定义技术角度：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在—起的系统系统角度：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统嵌入式系统的特点是什么？从三要素说：嵌入式：嵌入到对象体系中，有对象环境要求专用性：软、硬件按对象要求裁减计算机系统：实现对象的智能化功能功耗限制、低成本、多速率、环境相关性、系统内核小、专用性强、不可垄断性、产品相对稳定性具有实时性课件上的表达：(1)专用性：与具体应用紧密结合，按照特定的应用需求进行设计，完成预定的任务。(2)隐敝性：通常是宿主设备的一个部分，隐藏在其内部，不为人知。(3)资源受限：要求小型化、轻量化、低功耗及低成本，对系统的配置及软件开发有着苛刻的要求。(4)高可靠性：大多面向控制应用，系统的可靠性十分重要。(5)实时性：在一个可预测和有保证的时间段内对外部事件作出正确的反应。(6)软件固化：软件固化在只读存储器中，用户通常不能随意。5、什么是软件？一般包括几个部分？软件产品的特性是什么？软件(software)是计算机系统中与硬件(hardware)相互依存的另一部分，它包括程序(program)、相关数据(data)及其说明文档(document)。其中：–程序是按照事先设计的功能和性能要求执行的指令序列；–数据是程序能正常操纵信息的数据结构；–文档是与程序开发维护和使用有关的各种图文资料。软件是一种逻辑实体，具有抽象性。软件没有明显的制造过程。软件在使用过程中，没有磨损、老化的问题。软件对硬件和环境有着不同程度的依赖性。这导致了软件移植的问题。软件的开发至今尚未完全摆脱手工作坊式的开发方式，生产效率低。软件是复杂的，而且以后会更加复杂。软件的成本相当昂贵。软件工作牵涉到很多社会因素。6、嵌入式系统的一般分为哪几层？每层的具体作用是什么？应用层——》操作系统层——》驱动层——》硬件•驱动层驱动层是直接与硬件打交道的一层，它对操作系统和应用提供所需的驱动的支持。该层主要包括三种种类型的程序。•操作系统层操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动；操作系统提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。•应用层应用层软件主要由多个相对独立的应用任务组成每个应用任务完成特定的工作，如I/O任务、计算的任务、通信任务等，由操作系统调度各个任务的运行。7、嵌入式处理器一般分为哪几类？嵌入式处理器分类口微控制器(MCU)口微处理器(MPU)口数字信号处理器(DSP)口片上系统(SOC)8、常用电平标准有哪些？理解电平匹配的含义。常用的电平标准TTL：Transistor-TransistorLogic三极管结构。Vcc：5V：VOH=2.4V；VOL=0.5VVIH=2V；VIL=0.8VLVTTL(LowVoltageTTL)LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的Vcc：3.3V：VOH=2.4V；VOL=0.4V；VIH=2V；VIL=0.8VVcc：2.5V：VOH=2.0V；VOL=0.2V；VIH=1.7V；VIL=0.7VCMOS：ComplementaryMetalOxideSemiconductorVcc：5V：VOH=4.45V；VOL=0.5V；VIH=3.5V；VIL=1.5VLVCMOS(LowVoltageCMOS)LVCMOS又分3.3V、2.5V以及更低电压的Vcc：3.3V：VOH=3.2V；VOL=0.1V；VIH=2.0V；VIL=0.7VVcc：2.5V：VOH=2.0V；VOL=0.1V；VIH=1.7V；VIL=0.7VECL：EmitterCoupledLogic发射极耦合逻辑电路Vcc=0V，Vee：-5.2V：VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36VPECL（PositiveECL）Vcc=5V:VOH=4.12V；VOL=3.28V；VIH=3.78V；VIL=3.64VLVPECL（lowvoltagePECL）Vcc=3.3V；VOH=2.42V；VOL=1.58V；VIH=2.06V；VIL=1.94VECL：EmitterCoupledLogic发射极耦合逻辑电路Vcc=0V，Vee：-5.2V：VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36VPECL（PositiveECL）Vcc=5V:VOH=4.12V；VOL=3.28V；VIH=3.78V；VIL=3.64VLVPECL（lowvoltagePECL）Vcc=3.3V；VOH=2.42V；VOL=1.58V；VIH=2.06V；VIL=1.94VLVDS：LowVoltageDifferentialSignaling低压差分信号传输LVDS使用注意：可以达到600M以上，PCB要求较高，差分线要求严格等长。差分幅度输出为350mV～400mV，输入阈值为100mV三星S3C2440A支持电平标准：CMOS、TTL、LVCMOS9、什么是集成电路的封装？封装考虑的主要因素有哪些？常用的封装有哪些？封装指把硅片上的电路管脚，用导线接引到外部接头处，以便与其它器件连接。需考虑的因素：安装半导体集成电路芯片用的外壳安放、固定、密封、保持芯片和增强电热性能内部芯片与外部电路的连接常用封装：DIP(DualIn-linePackage)双列直插封装PLCC(PlasticLeadedChipCarriu)带引线的塑料芯片载体PQFP(PlasticQuadFlatPackage)塑料方形扁平封装SOP(SmallOutlinePackage)小外型封装PGA(PiⅢGridArrayPackage)，插针网格阵列封装BGA(BallGridArrayPackage)，球珊阵列封装CSP(ChipSizePackage)，芯片级封装10、目前常用的嵌入式操作系统有哪些？•按收费模式划分–商用型Vxworks,Nucleux，PlamOS,Symbian,WinCE,QNX,pSOS,VRTX,LynxOS,Hopen,DeltaOS–免费型Linux,μCLinux,μC/OS-Ⅱ,eCos,uITRON•按实时性划分–硬实时Vxworks–软实时WinCE,RTLinux–无实时EmbeddedLinux11、名词解释：抖动、容忍度、预加重和均衡抖动(Jitter)：衡量系统发送一致性和稳定性的指标。数据发送端的抖动越小越好，抖动越小，说明发端的稳定性和一致性越好，越利于收端无误的接受信息。容忍度(Tolerance)：指收端对发端的抖动不敏感或任耐程度，表示收端恢复数据的能力。接收端的容忍度越大越好，容忍度大，说明即使到达收端的数据有一定的抖动，收端也能正确地恢复数据信息。预加重(Pre-emphasis)：高速信号在距离传输过程中，其高频分量的衰减远大于低频分量，所以需要对高频分量预先补偿，其目的是使信号在收端频谱能量均衡，信号失真小。均衡(Equalization)：也是改善频谱，校正信号失真的有效手段，其在收端通过数字处理校正传输过程中的失真。12、嵌入式系统设计的主要步骤？需求分析-----》规格说明-----》体系结构设计-----》构件设计-----》系统调试与集成交叉开发环境：宿主机(Host)，是用于开发嵌入式系统的计算机。一般为PC机（或者工作站），具备丰富的软硬件资源，为嵌入式软件的开发提供全过程支持。目标机(Target)，即所开发的嵌入式系统，是嵌入式软件的运行环境，其硬件软件是为特定应用定制的。在开发过程中，目标机端需接收和执行宿主机发出的各种命令如设置断点、读内存、写内存等，将结果返回给宿主机，配合宿主机各方而的工作。13、理解嵌入式系统的交叉开发环境。•交叉开发环境是指用于嵌入式软件开发的所有工具软件的集合，一般包括：–文本编辑器–交叉编译器–交叉调试器–仿真器–下载器等•交叉开发环境由宿主机和目标机组成，宿主机与目标机之间在物理连接的基础上建立起逻辑连接。14、理解嵌入式软件的调试环境和固化环境的区别。第2章嵌入式处理器体系结构15、CISC、RISC的特点是什么？asc:复杂指令集(ComplexInstructionSetComputer)，具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变。8/2原则：80%的程序只使用20%的指令，大多数程序只使用少量的指令就能够运行RISC;精简指令集(ReducedInstructionSetCamputer)，只包含最有用的指令，指令长度固定，确保数据通道快速执行每一条指令，使CPU硬件结构设计变得更为简单16、哈佛结构、冯诺依曼结构的区别？哈佛结构：程序存储器与数据储存器分开；提供了较大的带宽；适合数字信号处理；大多数DSP都是哈佛结构冯诺依曼结构：单一处理部件完成计算、存储及通信功能；线性组织的定长存储单元（地址）；存储空间的单元（地址）是直接寻址的；使用低级机器语言，其指令完成基本操作码的简单操作；对计算进行集中的顺序控制（程序存储）；首次提出“地址”和“程序存储”的概念17、ARM处理器的特点？1．低功耗、低成本、高性能2．采用RISC体系结构3．大量使用寄存器4．高效的指令系统18、ARMv7体系结构定义了哪3种不同的处理器配置，其各自的应用特点是什么？ProfileA是而向复杂、基于虚拟内存的os和应用的ProfileR是针对实时系统的ProfileM是针对低成本应用的优化的微控制器的。19、简述下ARM处理器存储的大端模式和小端模式？大端模式：字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中小端模式：低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节20、ARM处理器的七种工作模式是什么？ARM的两种工作状态呢？处理器模式说明备注用户(usr)正常程序执行模式不能直接切换到其它模式系统(sys)运行操作系统的特权任务与用户模式类似，但具有可以直接切换