嵌入式系统设计的问答
- 嵌入式系统的概念
- 嵌入式系统的基本架构
- 嵌入式操作系统的基本组成和分类
- 嵌入式数据库管理
- 嵌入式网络
- 嵌入式系统设计的核心技术
- 嵌入式系统软件的设计流程
- 嵌入式软件设计模型
- 嵌入式系统软件开发环境
1.嵌入式系统的概念
答：嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，可以适应不同应用对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面的要求，集可配置可裁剪的软、硬件于一体的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式硬件平台、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件、应用软件组成。嵌入式系统具有以下特点：系统专用性强、系统实时性强、软硬件依赖性强、处理器专用、多种技术紧密结合、系统透明性、系统资源受限。
按照嵌入方式进行分类，可分为整机式嵌入、部件式嵌入、芯片式嵌入；按照嵌入程度分类，可分为深度嵌入、中度嵌入、浅度嵌入；按照实时性分类，可分为实时嵌入式系统和非实时嵌入式系统；按照系统复杂程度分类，可分为单微处理器嵌入式系统、组件式嵌入式系统、分布式嵌入系统。
2.嵌入式系统的基本架构
答：嵌入式系统的硬件包括嵌入式处理器、存储器、外部设备等，嵌入式系统软件部分的基础是系统软件和支撑软件，应用软件是最能体现整个嵌入式系统特点和功能的部分。
微处理器是整个嵌入式系统的核心，负责控制系统的执行。微处理器可以分为：及嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式数字信号处理器、嵌入式片上系统。
嵌入式软件体系自底向上依次是：设备驱动管理层、嵌入式操作系统、支撑软件和应用软件。
整个嵌入式系统可以通过裁减和组合去掉不必要的部分而达到控制成本和适应应用场景的目的。
3.嵌入式操作系统的基本组成和分类
答：嵌入式操作系统是运行在嵌入式见算计系统上支持嵌入式应用程序的操作系统，用于控制和管理嵌入式系统中硬件和软件资源、提供系统服务的软件集合。嵌入式操作系统相较于通用操作系统，具有微型化、代码质量高、专业化、实时性强、可裁剪可配置的特点。
嵌入式操作系统从获取形式上课分为商业型和非商业型；按照操作系统实时性，可分为实时嵌入式操作系统和非实时嵌入式操作系统两类。
嵌入式操作系统主要由应用程序接口、设备驱动、操作系统内核等几部分组成。每个嵌入式系统都有一个内核，大多数内核包括三个公共部件：调度器、内核对象、内核服务。大多数内核支持两种普遍的调度算法，基于优先级抢占调度、时间轮转调度算法。
4.嵌入式数据库管理
答：嵌入式数据库管理系统是嵌入式设备上使用的数据库管理系统，因嵌入式数据库管理系统大多是移动信息设备，所以嵌入式数据库也被称为移动数据库或嵌入式移动数据库。嵌入式数据库管理主要是解决移动计算环境下数据的管理问题，移动数据库是移动计算环境中分布式数据库。
嵌入式数据库管理系统运行环境的特点有：设备随时移动、网络频繁断接、网络条件多样化、通信能力不对称。嵌入式数据库由主数据库管理系统、同步服务器、嵌入式数据库管理系统、连接网络等几个子系统组成。
嵌入式移动数据库在实际应用中必须解决好数据一致性、高效事务处理、数据的安全性等问题。嵌入式数据库管理系统因其环境影响，是一种动态分布式数据库管理系统。
5.嵌入式网络
答：嵌入式网络是连接各种嵌入式系统，可以相互传递信息、共享网络资源的网络系统。现场总线网、家庭信息网、无线数据通信网、嵌入式因特网都是嵌入式网络的实例。
6.嵌入式系统设计的核心技术
答： 嵌入式系统的核心技术有三种：处理器技术、IC技术、设计/验证技术。
处理器的差别在于其面向特定功能的专用化程度。通用处理器的特征是无数字电路设计的存储程序和通用的数据路径，小批量成本较低，大批量成本较高。单用途处理器是设计用于执行特定程序的数字电路，也指协处理器、加速器、外设等，小批量是成本较高，大批量的时候成本较低。专用指令集处理器（ASIP）是一个可编程处理器，针对某一特定类型的应用进行优化，在同样性能、功率、大小下可以保证灵活性。ASIP最常见的两种应用是单片机和数字信号处理器。
IC技术包括全定制/VLSI、半定制ASIC、可编程ASIC。全定制的IC也常被称为大规模集成电路设计（VLSI），成本高、制造时间常，适合大量或对性能要求严格的应用。半定制ASIC是一种约束型设计方法，包括门阵列设计法和标准单元设计法，在芯片上制作一些通用巽卦的单元元件或元件组的半成品硬件，设计者仅需考虑电路逻辑和功能模块之间的合理连接即可。半定制ASIC性价比包、短设计周期、灵活方面，提高了成品率。可编程ASIC开发周期短，在实验室完成，较低的成本，单位成本较高，功耗答速度慢。
设计/实验技术主要包括硬件设计技术和软件设计技术两大类。硬件设计领域技术主要包括芯片级设计技术和电路板级设计技术两个方面。芯片级设计技术的核心是编译/综合、库/IP、测试/验证。编译/综合技术使设计者用抽象的方式描述所需的功能，并自动分析和插入实现细节。库/IP技术将预先设计好的低抽象级实现用于高级。测试/验证确保没记功能正确，减少各级之间反复设计的成本。软件设计技术的核心是软件语言。
7.嵌入式系统软件的设计流程
答：嵌入式系统软件的开发过程分为项目计划、可行性分析、需求分析、概要设计、详细设计、程序建立、下载、调试、固化、测试、运行等几个阶段。总体上可以解释为：评估用户需求采用计算机的必要性；用户需求调查与分析，并提炼规格说明；选择处理器；制定系统方案；软件设计和硬件设计；实验室联调；现场调试和试运行；鉴定或验收。
8.嵌入式软件设计模型
答：常用的嵌入式软件设计模型有状态机模型、数据流模型（布尔数据流、层次化流图、Petri网）、并发进程模型（CSP、CCS）、面向对象模型。
CSP通信顺序进程是一种并发、分布式程序设计语言模型。CSP将输入、输出、操作列为程序语言的基本要素，将实现顺序进程间通信的并行组合作为基本的程序控制结构。CSP模型的目的是描述一种在计算机应用的广泛领域中适用的最简单的数学理论，其主要贡献是把计算机设计的各种计算形式及其性质建立在一套严密的形式系统上。
CCS一个建立在极小原语集上的函数式程序设计语言模型，为通信的、非确定的并发系统提供一个通用数学模型。CCS模型是在一种较弱条件下建立的并发进程模型，企图俘获并发性及通信的一般数学性质，主要贡献在于并发系统构成的等价性研究。
9.嵌入式系统软件开发环境
答：嵌入式系统的软件开发采用交叉平台开发方法，软件在一个通用的平台上开发，在另一个嵌入式目标平台上运行。开发软件的通用平台叫做宿主机系统，被开发的嵌入式系统称为目标机系统。当软件执行环境和开发环境一致时的开发过程为本地开发。
嵌入式系统常用的调试方法有直接测试法、调试监控法、在线仿真法、片上调试法、模拟器法等。
嵌入式系统的开发系统可以分为：与嵌入式操作系统配套的开发环境、与处理器芯片配套的开发环境、与具体应用平台配套的开发环境、其他类环境。目前业界应用最广泛的集成开发环境是Tornadoll，VxWorks操作系统是Tornadoll嵌入式开发环境的关键组成部分。
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