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嵌入式系统设计大学教程习题与解答 第1章 嵌入式系统设计基本概念（绪论） 1、嵌入式系统的定义是什么？你是如何理解嵌入式系统的? （P3） 答：嵌入式系统自底向上包含个部分硬件嵌入式实时操作系统RTOS）、硬件抽象层（HAL）和嵌入式实时应用程序层位于操作系统和硬件之间，包含了系统中与硬件相关的大部分功能。蔽了底层硬件的多样性，操作系统不再直接面对具体的硬件环境而是面向由这个中间层次所代表的、逻辑上的硬件环境。实时操作系统RTOS）简称实时操作系统，主要用来完成嵌入式实时应用的任务调度和控制等核心功能嵌入式微处理器一般具备个特点：对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度；具有功能很强的存储区保护功能，这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；可扩展的处理器结构，以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器；嵌入式处理器的功耗必须很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，功耗只能为mW甚至μW级。Micro-Processor Unit，MPUMicro-Controller Unit，MCUDSP）。微处理器是指功能较强大的CPU，它不是为任何特定的计算目标而设计的。因此这种芯片通常用于个人计算机与服务器。微控制器是针对嵌入式系统而设计的，它将CPU、存储器以及其他外设都集成在同一片电路板上。数字信号处理器（DSP）中的CPU是针对快速离散时间信号处理计算的。因此，DSP非常适用于音频及视频通信。现代的芯片生产工艺已经允许将重要处理器的内核和各种外围的芯片器件整合在一起，以进一步降低功耗，达到专用的需求，这时，便出现了片上系统SoC（System On Chip）。 4、什么是嵌入式外围设备？简要说明嵌入式外围设备是如何分类的。（P22~23） 答： 5、嵌入式操作系统嵌入式操作系统伴随着嵌入式系统的发展经历了四个阶段：第一阶段：无操作系统的嵌入算法阶段，以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。第二阶段：以嵌人式CPU为基础、简单操作系统为核心的嵌入式系统。CPU种类繁多，通用性比较差；系统开销小，效率高；具有一定的兼容性和扩展性；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。第三阶段：通用的嵌式实时操作系统阶段以嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统能运行于各种类型的微处理器上，兼容性好；内核精小、效率高，具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（APl）；嵌入式应用软件丰富。第四阶段：以基于Inteet为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶段。嵌入式设备与Inteet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。(C/OS-Ⅱ。 7、嵌入式操作系统的主要任务有哪些？（P28） 答：嵌入式操作系统通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理越来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。 1、试比较RISC和CISC体系结构的异同，为什么ARM内核要采用RISC体系结构？（P47） 答：ARM体系结构总的设计思路是在不牺牲性能的同时尽可能简化处理器。同时从体系结构的层面上支持灵活的处理器扩展。这种简化和开放的思路使ARM处理器采用了很简单的结构——精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）体系结构来进行实现。 传统的复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）结构有其固有的缺点，即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越复杂，然而，在CISC指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有20％的指令会被反复使用，占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令却不经常使用，在程序设计中只占20％，显然，这种结构是不太合理的。 基于以上的不合理性，1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC的概念。 RISC并非只是简单地去减少指令。RISC是一种设计思想，其目标是设计出一套能在高时钟频率下单周期执行、简单而有效的指令集。RISC的设计重点在于降低由硬件执行的指令的复杂度，因为软件比硬件容易提供更大的灵活性和更高的智能。因此，R