嵌入式系统设计师工作计划

嵌入式系统设计师工作计划（分享15篇）。

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分类：主要由微处理器构成的嵌入式系统，常常用于小型设备中（如温度传感器、烟雾和气体探测器及断路器）。

不带计时功能的微处理器装置，可在过程控制、信号放大器、位置传感器及阀门传动器等中找到。

带计时功能的组件，这类系统多见于开关装置、控制器、电话交换机、包装机、数据采集系统、医药监视系统、诊断及实时控制系统等等。

在制造或过程控制中使用的计算机系统，这也就是由工控机级组成的.嵌入式计算机系统，是这四类中最复杂的一种。也是现代印刷设备中经常应用一种。

特点：嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对微处理器的选择更具有竞争力。

嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

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摘要：应用型本科院校重视培养实践性人才，并且要求学生要学以致用。本文基于对《嵌入式系统》课程教学的研究，总结了几点具体教学改革策略，为实现教学改革有效性，需要不断进行实践，并结合具体教学实际，制定科学的教学管理模式，从而不断培养更多具有高技术水平的应用型人才。

关键词：应用型大学；嵌入式系统；教学方法；改革策略

1.引言

应用型本科院校以服务社会为根本，在培养学生过程，重视教学实践，并以提高学生学习兴趣为根本，不断实施更加科学的教学模式。为此，本文基于有效实践，总结了几点教学改革策略，希望分析能够进一步为应用型本科院校《嵌入式系统》课程教学质量提高提供有效助力。

2.注重兴趣培养

兴趣是帮助学生提升学习效果的基础，只有学生拥有了学习兴趣，才能以积极主动地姿态投身到学习之中，而应用型本科院校为了激发学生对《嵌入式系统》的兴趣，通常采取以下的方法。首先，在进行理论知识的教学过程中，教师应当尽量选择较为基础、难度较低的模块进行具体的分析，以求最大程度上降低学生可能出现的挫败感。其次，在进行实验任务的布置过程中，教师应当找寻具备趣味性、对动手要求高的实验，从而有效吸引学生的学习兴趣，让学生从被动接受知识的局面转化为主动。再次，教师要提前布置好课程设计题目。教师要带领学生做好课前预习任务，从而首先了解到预先学习的内容，不仅能够降低学习任务还能够有效调度学生的好奇心，让学生带着问题去学习。最后，教师要充分深入学生群体之中，发现学生之中对嵌入式系统学习兴趣较为浓厚的同学，并鼓励其持续学习。同时，要鼓励有兴趣的学生进行更深层次的学习并参与一定的国家设计比赛，不仅能够更好激发学生的学习欲望，还能向社会输出高质量的应用型人才。

3.深化教学改革

3.1课程内容及教学方法与时俱进

随着我国科学技术力量的不断发展，传统的嵌入式教学已经无法适应社会的需求。所以，教师应当做好对课程的调整与优化，让学生在理解理论知识的基础上，做出一定的拓展。我国目前正处于信息化时代，学生作为互联网用户的最大使用群体，往往对互联网的运用相对较为娴熟，能够利用好高度资源共享的互联网资源。所以，教师应当在授课的过程中，留出一部分的内容，让学生自主使用互联网搜寻相关的资料。此外，还可以布置一定的教学任务，让学生进行自主完成探究、讨论与分析。

3.2更新教学模式

传统的嵌入式课堂相对较为结构松散，其理论课程与实验课程分开进行。这样的教学方法，即使部分学生掌握了较为扎实的理论知识，但由于时间推移较长，也无法充分将理论知识化为实践所用，实验课程质量无法保证。近年来，我国社会上出现了许多嵌入式的培训班，其培训内容为MCU与ARM为主，同时还设立了一定的C语言基础的教学课程。不仅许多有需求的社会工作人员参与到培训班之中，还有许多学校学生也报名参加了社会的培训班，也从侧面表现出学校的嵌入式课程的不足与问题，因此嵌入式课程的改革已是当前最为迫切的任务之一。在社会的培训班之中，往往最为常用的方式为“教、学、做”为一体的模式，这样的模式能够帮助学生快速掌握嵌入式系统的操作方法，但也存在明显的缺陷，即学生往往只有短期记忆，没有形成长期记忆，不利于未来踏入社会岗位之中。在转型优化的过程中，学校应当充分吸收课外培训班的“教、学、做”一体模式的优势，让学生不仅学习到理论知识，还能将其付诸为实践操作所用。教师在授课的过程中不能一味只根据教材课本进行讲解，要运用好目前高度发达的多媒体模式，落实“边做边讲”的授课模式，教师讲解一个知识点，学生落实一个知识点的操作。区别于社会的.培训班，学校里的课程相对知识点更为牢固，学生有更为充足的时间进行学习，让学生成长为真正意义上的嵌入式系统的应用人才，为其后续踏入社会岗位夯实基础，为社会输出更多的应用型人才。

3.3加大实践环节培养力度

嵌入式课程，是一项高度强调实践培训的课程。普通的理论课程仅能帮助学生掌握部分知识点，却没有做好知识点上的串联。为了帮助学生更好构建更为完善的知识体系，教师的最佳方案即为做好实践环节的培养。教师要充分挖掘教材中的内容，找出具有实践价值的内容，设计具体的教学内容和方案后，让学生完成实践任务，达到锻炼学生应用能力的目的。需要注意的是，教师一定要控制好实践任务的难度系数，不然学生完成有困难，反而会造成学生的学习积极性被打击。教师可采用分等级设置实践任务的方式，每一位学生都需要完成基础的实践设计任务，而高阶段的任务则让学有余力的学生加以尝试和操作。此外，教师还要鼓励学生参加课外的实践操作活动，例如参加全国嵌入式系统的设计应用大赛等，从而不局限于书本上的应用知识内容，让学生获得更为完善、全面的知识考察，最终为其踏入社会岗位夯实基础，获得更好的学习效果。另外，嵌入式专业的教学是一项高度契合我国校企合作模式的教学，所以相关教师应当组织好学生的校企合作实践学习。教师应当找寻相对难度较低的岗位，让学生进行实习工作，以求更好夯实学生的学习基础，同时要将企业化的管理理念和建设目标给予学生，让学生真正以从业者的心态完成实践操作，以求获得更好的学习效果。同时，企业也可以将自身的建设目标告诉教师，让学校完成定向人才的培养工作，达到互惠共利的目的。

4.科学设置评价体系

为了更好考察学生的实践水平，学校应当摒弃传统的考试方法，仅仅以最终的成绩评定学生的能力和水平。教师应当在考核前，考察学生原有的水平与能力，当学生在原有技术水平上有所进步和收获时，就应当予以及时的肯定，而非仅仅凭借最终的成绩来下定论。同时，要重视学生的实践过程，不能只以其最后的作品或结果给予学生定论，只有这样才能不打击学生的学习积极性，驱动其以更为积极主动地姿态投身到相关学习任务之中。

5.结束语

总之，作为应用型高校，要重视教学实践，在嵌入式系统课程教学模式改革和课程建设过程。要根据自身及学生的特点，选择教学内容，调整教学方式，培养出更优秀的嵌入式系统的人才。

参考文献

[1]施昕昕.应用型本科嵌入式系统课程教学探讨[J].中国现代教育装备,2014(21):79-81.

[2]袁静.应用型本科院校嵌入式系统教学改革的探索---以宿迁学院为例[J].装备制造技术,2013(04):198-199+201.

[3]张雯,高守平,陆武魁.应用型本科嵌入式系统课程教学改革与实践[J].中国教育技术装备,2010(18):39-40.

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2017嵌入式系统开发工程师考试复习要点

嵌入式系统的评价方法：测量法和模型法

(1)测量法是最直接最基本的方法，需要解决两个问题：

A、根据研究的目的，确定要测量的系统参数。

B、选择测量的工具和方式。

(2)测量的方式有两种：采样方式和事件跟踪方式。

(3)模型法分为分析模型法和模拟模型法。分析模型法是用一些数学方程去刻画系统的模型，而模拟模型法是用模拟程序的运行去动态表达嵌入式系统的状态，而进行系统统计分析，得出性能指标。

(4)分析模型法中使用最多的是排队模型，它包括三个部分：输入流、排队规则和服务机构。

(5)使用模型对系统进行评价需要解决3个问题：设计模型、解模型、校准和证实模型。

差错控制编码

(1)根据码组的功能，可以分为检错码和纠错码两类。检错码是指能自动发现差错的.码，例如奇偶检验码;纠错码是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的码，例如循环冗余校验码。

(2)奇偶检验码、海明码、循环冗余校验码(CRC)。

嵌入式系统的度量项目

(1)性能指标：分为部件性能指标和综合性能指标，主要包括：吞吐率、实时性和各种利用率。

(2)可靠性与安全性

可靠性是嵌入式系统最重要、最突出的基本要求，是一个嵌入式系统能正常工作的保证，一般用平均故障间隔时间MTBF来度量。

(3)可维护性：一般用平均修复时间MTTR表示。

(4)可用性

(5)功耗

(6)环境适应性

(7)通用性

(8)安全性

(9)保密性

(10)可扩展性

性价比中的价格，除了直接购买嵌入式系统的价格外，还应包含安装费用、若干年的运行维修费用和软件租用费。

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嵌入式系统通常为一个资源受限的系统。直接在嵌入式系统的硬件平台上编写软件比较困难，有时甚至是不可能的。目前，一般采用的办法是，先在通用计算机上编写程序，然后，通过交叉编译，生成目标平台上可运行的二进制代码格式，最后下载到目标平台上的特定位置上运行，具体步骤如下。

第一步，建立嵌入式Linux交叉开发环境。目前，常用的交叉开发环境主要有开放和商业两种类型。开放的交叉开发环境的典型代表是GNU工具链，目前已经能够支持x86、ARM、MIPS、PowerPC等多种处理器。商业的交叉开发环境主要有Metrowerks CodeWarrior、ARM Software Development Toolkit、SDS Cross compiler、WindRiver Tornado、Microsoft Embedded Visual C++等。交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境。它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机/目标机模式。

第二步，交叉编译和链接。在完成嵌入式软件的编码之后，就是进行编译和链接，以生成可执行代码。由于开发过程大多是在Intel公司x86系列CPU的通用计算机上进行的，而目标环境的处理器芯片却大多为ARM、MIPS、PowerPC、DragonBall等系列的微处理器，这就要求在建立好的交叉开发环境中进行交叉编译和链接。

第三步，交叉调试。

① 硬件调试。如果不采用在线仿真器，可以让CPU直接在其内部实现调试功能，并通过在开发板上引出的调试端口，发送调试命令和接收调试信息，完成调试过程。目前，ARM公司提供的开发板上使用的则是JTAG调试端口。

② 软件调试。在嵌入式Linux系统中，Linux系统内核调试，可以先在Linux内核中设置一个调试桩(debug stub)，用作调试过程中和宿主机之间的通信服务器。然后，可以在宿主机中通过调试器的串口与调试桩进行通信，并通过调试器控制目标机上Linux内核的运行。

第四步，系统测试。整个软件系统编译过程，嵌入式系统的硬件一般采用专门的测试仪器进行测试，而软件则需要有相关的测试技术和测试工具的支持，并要采用特定的测试策略。测试技术指的是软件测试的专门途径，以及能够更加有效地运用这些途径的特定方法。

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嵌入式操作系统(Embedded Operating System，EOS)是嵌入式系统的重要组成部分，它通常运行在嵌入式硬件平台之上，对整个系统的软硬件资源进行有效管理控制和协调调度的系统软件。嵌入式操作系统可以分为两大类：嵌入式实时操作系统(Embedded Real-time Operating System，ERTOS)和嵌入式分时操作系统。实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在确定的时间内对事件进行处理，并控制所有任务协调一致运行的操作系统。实时操作系统对响应时间有着严格的要求，绝对不能错过该时限要求，否则就会引起严重的错误。而分时操作系统则按照相等的时间片(time slicing)轮流调度进程执行，在执行的时间上并没有实时操作系统要求的那么严格，错过任务执行的最后截止期限或执行时序上的偏差，并不会造成系统的崩溃，带来灾难性的后果。

通常按照对截止期限(Deadline)要求的不同，嵌入式实时操作系统又可以分为硬实时系统(Hard Real-time OS)和软实时系统(Soft Real-time OS)。硬实时系统是指对系统响应时间有着严格的要求，在任务的截止期限内必须及时响应，绝对不能错过任务处理的截止期限，否则就会引起系统崩溃或者导致灾难性后果。软实时系统是指系统任务一般能够在截止期限到达前得到处理，但是如果系统响应时间错过处理的截止期限，它并不会导致系统崩溃或出现致命的错误。

1998年，Bernat和Burns两位科学家又提出弱硬实时(Weakly Hard Real-time)的概念[9]，即实时任务可以错过截止期限，但任务错过的截止期限必须可预知且被限制在一定的时间范围内。从定义上看，弱硬实时能够科学地定义软实时任务的实时特性及实时要求，是对软实时系统的细化和发展。两者相似之处都允许系统中的实时任务错过截止期限，而不同之处在于弱硬实时系统在软实时系统的基础上加了一些对截止期限的限制，规定了任务错过的截止期限数必须可预知且被限定在一定的范围之内。弱硬实时系统的优点就在于能够对软实时系统中实时任务“软”的程度进行定性，同时虽然弱硬实时系统对任务在单个周期中的特性要求是“软”的，但从任务窗口的角度来看，弱硬实时系统对任务的要求又是“硬”的，即任务错过的截止期限必须可预知且被严格限制。

目前国内外常见的嵌入式操作系统主要有以下几种：

1) Windows CE

Windows CE是美国Microsoft公司专门为各种移动和便携式消费类电子产品等嵌入式应用系统设计的一款32位高性能微内核结构的多任务多用户的操作系统。它具有一个简洁高效的基于完整优先权的可抢占式操作系统内核[10]，支持强大的通信和图形实现功能，能够适应广泛的系统需求。Windows CE不需要任何特定的硬件结构，实际的硬件结构完全由用户根据需要自由设计。现在Microsoft公司又推出了针对移动通信产品应用的Windows Mobile操作系统，占据了很大的市场份额。

2) VxWorks

VxWorks是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种具有工业领导地位的高性能实时操作系统[21]。VxWorks采用一种微内核结构(最小体积<8KB)，包括了进程管理、存储管理、设备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几个部分，为用户提供高效的实时多任务管理与调度的能力、微秒级的中断处理能力、系统资源之间灵活的通信机制，并且具有优先级排队和循环调度的能力。VxWorks支持多种体系结构的处理器，如X86、i960、Sun Sparc、Motorola、MC68xxx、ARM、Power PC等，和广泛的工业标准，如POSIX1003.b实时扩展。此外，VxWorks还支持多种物理介质标准和完整的TCP/IP网络协议，支持多处理器并行工作，具有快速多任务切换、抢占式任务调度、任务间通信方式多样化的特点，并且完全符合ANSIC的标准，是目前应用最为广泛、市场占有率最高的实时系统之一。

3) μC/OS-II

μC/OS-II是一款专门为计算机嵌入式应用而设计的基于静态优先级的抢占式调度的多任务实时操作系统，是一种免费且开源的操作系统。μC/OS-II系统采用MicroWindow图形系统。由于μC/OS-II不支持文件系统，不支持驱动程序和应用程序的模块加载，因此在进行系统开发时，内核和驱动程序以及应用程序都是集中编译的。经过十多年的应用和修改，已经被移植到多种处理器平台上。μC/OS-II由于内核小巧，占用空间小，执行效率高，实时性能优良和具有较强的可扩展性，广泛应用于航空航天等领域。

4) QNX

QNX是加拿大QNX Software System公司于1980年开发的一款可扩展的分布式微内核嵌入式实时操作系统。它部分遵循POSIX标准，如POSIX.1(程序接口)和POSIX.2(Shell和工具)以及POSIX.1b(实时扩展)。用户可以把应用程序与内核直接编译在一起，生成一个单一的多线程映像。QNX提供POSIX.1b标准进程调度：32个进程优先级、基于优先级的抢占式进程调度，其进程在独立的地址空间运行。此外，QNX内核非常小巧(QNX4.x大约为12Kb)而且运行速度极快，但是QNX不能很好支持GUI系统，目前市场占有量不是很大。

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实时嵌入系统是为执行特定功能而设计的，在实时系统中，如果系统在指定的时间内未能实现某个确定的任务，则系统被称为硬实时系统。而在软实时系统中，虽然响应时间同样重要，但是超时却不会导致致命错误。当前最常用的嵌入式操作系统可分为:商用系统、专用系统、开放系统。

(1)商用嵌入式操作系统。

商用嵌入式操作系统功能较强大，辅助工具较齐全，可应用的范围较广，系统资源相对有限，应用于许多的领域。例:WircroSoft的WindowsCE、中科院的Hopen等。

(2)专用嵌入式操作系统。

专用嵌入式操作系统一般对用户不公开，它是一些专业公司针对该公司的产品所特制的嵌入式操作系统。功能相对较弱，但具有较强的针对性，比普通的商用嵌入式操作系统更加安全可靠。

(3)开放嵌入式操作系统。

开放嵌入式操作系统是近年来迅速发展的一类操作系统。但开放嵌入式操作系统的功能简单、技术支持以及系统的稳定性也相对较差，对实时任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的，因此对应用系统开发者提出了较高的要求。

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嵌入式系统通常由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式系统以及用户应用软件等组成。

从体系结构上看，嵌入式系统的构架一般包括了嵌入式处理器、支撑硬件、嵌入式软件这三部分。

嵌入式处理器和一些外围设备构成硬件平台。嵌入式处理器通常是单片机或微控制器。嵌入式应用程序支撑软件平台。嵌入式软件包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、支撑软件等。

一般不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序，该程序利用操作系统完成特定功能的嵌入式应用，都运行于操作系统之上。

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摘要：嵌入式系统以计算机为基础，它跟传统的控制系统相比，具有专用性强、系统精简、高实时性等优点，是机电控制系统中的最佳选择。随着嵌入式系统的普及面越来越大，在机电控制系统中引用嵌入式系统已逐渐成为人们拓展嵌入式系统应用的重要方式，为机电控制系统中的硬件和软件平台的发展奠定了坚实的基础，嵌入式系统在机电控制中的广泛应用提高了企业的经济效益，同时也增强了企业之间的竞争力。文章针对嵌入式系统在机电控制中的应用进行分析。

关键词：机电控制;嵌入式系统;应用

简单来说，嵌入式系统是对计算机系统的补充和延伸，但实际上，由于其发展时间并不长，其本身还存在一定的问题，发展不够完善。工程师需要根据机电的功能要求设计芯片，通过这个芯片指导机电完成各种工作，以满足用户的各种需求。嵌入式系统对计算机的硬件要求比较低，可以在投入成本比较少的情况下，扩大嵌入式系统的应用，促进了嵌入式系统更好更快的发展。由于芯片体积比较小，将来各种机电将会越来越小，功能也越来越全面，在生产过程中也会得到更好的运用。

1.嵌入式系统的概述

嵌入式系统是一种完全嵌入受控器件的内部，为了特定的应用而专门设计的计算机系统，用来监视或者控制机器、工厂、装置等一些大规模设备。与计算机系统不同的是，嵌入式系统通常执行的是带有特定程序并且预先设定好的任务。由于嵌入式系统往往只针对一项特殊的任务，工程师能够对它进行简化，缩小体积、降低成本。嵌入式系统通常是大规模生产的，所以作为单个系统，它的成本比较低，为嵌入式系统大规模应用奠定了基础。作为嵌入式系统的基础的计算机系统，是嵌入式系统不可缺少的重要结构，同时也是嵌入式系统运行中涉及到的重要条件，而其中的运用模板不仅仅需要软件的支持，也需要硬件系统的高度配合，只有这样，才能对最后配置标准形成直接影响。如果能够将这两个部分进行改进，那么就有可能实现整体结构更完善的配置。嵌入式系统自身存在比较强的自拟功能，在它实际的运用过程中，计算机系统会在其中发挥很大的功能，从嵌入式系统运行环境的可靠性和功能消耗低的角度来说，这些为嵌入式系统提出了更高的要求。

2.嵌入式系统所具备的特点

嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心，以下四点是它所具备的特点：

①对实时的任务有比较可靠的支持能力，能同时完成多项任务并且中断响应时间比较短，从而能够做到内部的代码和实时内核心的执行时间缩短到最低的程度；

②储存区保护功能比较强。这是因为嵌入式系统的软件结构已经逐渐模块化，因此为了能够避免在软件模块之间发现错误的交叉，需要设计功能比较强大的存储区保护功能，同时也有利于诊断软件是否出现问题；

③嵌入式微处理器十分便于携带，并且能耗相对较低；

④嵌入式微处理器可以扩展处理器结构，以便能最快地开展出最高性能的满足应用的嵌入式微处理器。因此，在实际应用过程中，嵌入式系统能够拥有多任务的操作系统，因为它系统精简，所以在操作的时候不会有太复杂的操作过程，工作人员比较容易上手。技术人员将程序储存在芯片中，因为芯片集成技术的应用和普及能够给人们带来丰富的利润回报，它能够迎合了现如今信息技术部高速发展的特点，进一步在生产生活中被人们普及利用。

3.嵌入式系统需要的应用软件应用软件

一个设备的驱动程序在刚开发的时候，应按照一定顺序来启动，对硬件信息进行收集的时及寻找正确的访问方式的时，外部设备通过查询与中断等设定好的通讯程序对主体软件进行全方位查询，每一种应用情况都有相应的应用方式。通过对目标功能编写源代码来对相应的驱动程序进行软件的实时驱动。一般用嵌入式系统内核自带的PRINTKO函数对其输入相应的代码信息来进行调试，或在核内设置相应的驱动程序。当驱动程序加入到内核以后，便可以和内核一起进行程序编译，也可以利用动态的形式在运行状态下强行输入，在常规驱动软件之前，应仔细进行检查，使用软件来模拟驱动的过程，能及时找出源程序中存在的问题，并及时进行反复调试，有效减少在直接加载到实物上时出现问题的可能性。

4.结束语

嵌入式系统的应用在当今已成为研究和应用的热点，采用嵌入式系统的机电系统相较于传统的机电系统具有功耗低、体积小、性价比高、实用性强等优点。当前市场上的很多生产设备内都安装有内嵌的通讯系统，并且有能够被互联网访问的功能，这一技术为互联网将来远程遥控的发展打下了坚实的基础。嵌入式系统是在不同的软硬件上慢慢壮大的系统，随着嵌入式系统在生活中的广泛应用，逐渐形成了机电系统和嵌入式系统的共同发展的局面。通过对嵌入式系统的进一步研究，有利于研究和开发更完善的机电控制系统，为今后大规模工业化的发展打下了更加坚实的基础。更重要的是，它使人们的生活更加便利。总而言之，随着嵌入式系统的应用领域不断扩大，研究深度的不断提高，它在机电控制系统中的应用将会更加的有效化、规范化。另外，想要不断优化嵌入式发展系统，需要市场的正确导向，只有准确地把握市场动态，嵌入式系统的活力将会一直保持，迎来更好的发展。

参考文献：

[1]叶飞.基于μCOsⅡ的远程机电测控系统研究[J].湖北农机化,2017(6):56-57.

[2]王爱英.机电监控中嵌入式系统相关理论及应用研究[J].机械管理开发,2017,32(3):100-102.

[3]牟海荣.嵌入式系统在机电控制中的应用[J].黑龙江科技信息,2013(32):28.

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嵌入式系统开发工程师考试复习要点2017

嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的 微处理器或者 单片机组成。以下是关于嵌入式系统开发工程师考试复习要点，希望大家认真阅读!

1、嵌入式系统的定义

(1)定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

(2)嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。

(3)知识产权核(IP核)：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片(SOC)的基本构件。

(4)IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。

2、嵌入式系统的组成：硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层

(1)硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的.是最近一段时间

微处理器使用最多的程序代码和数据。它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP)：它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。

BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：

A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

B、设计硬件相关的设备驱动。

(3)系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

(4)应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。

3、实时系统

(1)定义：能在指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。

(2)区别：通用系统一般追求的是系统的平均响应时间和用户的使用方便;而实时系统主要考虑的是在最坏情况下的系统行为。

(3)特点：时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。

(4)硬实时(强实时)：指应用的时间需求应能够得到完全满足，否则就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命财产损失和生态破坏，如：航天、军事。

(5)软实时(弱实时)：指某些应用虽然提出了时间的要求，但实时任务偶尔违反这种需求对系统运行及环境不会造成严重影响，如：监控系统、实时信息采集系统。

(6)任务的约束包括：时间约束、资源约束、执行顺序约束和性能约束。

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一、简答题

1、 简述嵌入式处理器的特点(列出五个特点以上)。

答：低档处理器多采用哈佛结构，高档处理器多采用冯·诺伊曼结构;品种规格系列化;对实时多任务有很强的支持能力;可靠性高、功耗低、集成度高、性价比高。(每个特点1分)

2、 什么是CMOS电平?有何特点?

答：

发送端：高电平>0.9Vdd，低电平<0.1Vdd;(2分)

接收端：高电平>0.7Vdd，低电平<0.3Vdd。(2分)

特点：噪声容限大，负载能力强。(1分)

3、 什么是信号的建立时间?什么是信号的保持时间?

答：

建立时间：在时钟信号边沿到来之前，数据信号必须提前一段时间保持稳定有效。(2.5分)

保持时间：在时钟信号边沿到来之后，数据信号必须在随后的一段时间内保持稳定有效。(2.5分)

4、 什么是非抢先式实时操作系统?有何优缺点?它的实时性如何决定?

答：对于基于优先级的实时操作系统而言，非抢先式实时操作系统是指某个任务运行后，就把CPU控制权完全交给了该任务，直到它主动将CPU控制权还回来。(2分)

优点：实时性比不使用实时操作系统的好，程序设计相对简单，可调用不可重入函数(任务间不嵌套)。(1分)

缺点：如果最长任务的执行时间不能确定，系统的实时性就不能确定。(1分)

实时性：取决于最长任务的执行时间。(1分)

5、 简述优先级倒置产生的条件、现象以及解决方案。

答：

条件：基于优先级抢先式的任务调度、资源共享。(1分)

现象：低优先级任务L和高优先级任务H共享资源，在任务L占有共享资源之后，任务H就绪，但这时任务H必须等待任务L完成对共享资源的操作。在任务L完成对共享资源的操作之前，任务M也已就绪并将抢先任务L运行。在任务M运行时，系统中具有最高优先级的任务H仍然保持挂起状态。(3分)

解决方案：优先级继承、优先级顶置。(1分)

6、 你们班的专题报告题目是什么?谈一谈你参与的具体工作。

答：略。(评分标准：专题报告题目2分，具体工作3分)

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此次设计我们采用以LM3S2100为微控制器，并通过硬件和软件两方面设计，结合6位LED数码管，放大整形电路，来实现频率计在嵌入式系统中的开发与应用。

本次课程设计其主要目的是通过这学期所学的ARM知识，来实现频率计的功能，本次设计我们利用了定时计数器的功能，对输入的信号进行实时的、高精度的频率测量，并通过6位LED数码显示管显示测量结果。论文中阐述了相关的硬件原理与应用方案，并在此基础上叙述了软件设计最终结合硬件和软件完成了本次设计。

关键词：LM3S2100、频率计、LED数码显示管

1 绪论

频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。

本频率计将采用定时、计数的方法测量频率。测量范围在9kHz以下的方波，时基宽度为1us,10us,100us,1ms。用ARM芯片实现自动测量功能。

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对方波的频率进行自动的测量。

1.1本次设计任务

一.设计题目：ARM为内核的频率计

二.主要功能：用ARM的定时器/计数器的定时和计数功能，外部扩展6位数码管，要

求累计每秒进入ARM的外部脉冲个数，用LED数码管显示出来，或是

用上位机显示。

三.设计要求：用protel画出最小系统和外围扩展电路。显示部分可用LED数码管或是

上位机显示。要求小组成员分工明确。

1.2设计基本原理

所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数，若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为

被测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被测信号的频率相同。当1s信号来到时，被测脉冲信号进入芯片相关的，计数器开始计数，直到1s信号结束时，停止计数。若在1s时间内计数器计得的脉冲数为N，则被测信号频率fX?Nhz。

2 设计理念及设备

2.1设计理念

说到用单片机设计[2]的频率计，这里说一下单片频率计ICM7216D。单片频率计ICM7216D是美国Intersil公司首先研制的专用测频大规模集成芯片。它是标准的28引脚的双列直插式集成电路，采用单一的+5V稳压电源工作。它内含高频振荡器、10进制计数器、7段译码器、位多路复用器、能够直接驱动LED显示器的8段段码驱动器、8位位码驱动器。其基本的测频范围为DC至10MHz，若加预置的`分频电路，则上限频率可达40MHz或100MHz，单片频率计ICM7216D只要加上晶振、量程选择、LED显示器等少数器件即可构成一个DC至40MHz的微型频率计，可用于频率测量、机械转速测量等方面的应用。还有，PTS2600是英国研制的一款微波频率计，该频率计可以测量频率高达26GHz的信号，而价格才只有几万元，可谓是物美价廉。PTS2600虽然是一个低价格的微波频率计，但它能在四个波段有很好的灵敏度测量40Hz到20GHz的频率。也可以用它来测量高达26GHz的频率，只是灵敏度稍稍低了一些。日常工作中，用它来测量

VF/VHF/UHF频段的频率，也十分方便和准确。PTS2600使用一个12位数字的LCD液晶显示屏来显示所测得的频率、闸口时间(分辨率相关)、菜单功能以及频率表的测量结果。所有这些数值都是同时显示在一个屏幕上的。PTS2600的机箱采用高标准的铝质材料制成，各模块安装在下方有钢板支承的母板上。模块相对独立，维修方便，主要通过更换模块进行。 我国利用相检宽带测频技术设计的高精度频率计也非常具有突破性和实用性。该项新技术及仪器是针对已有测频技术的特点及存在问题，推出完全新颖的检测精度高、便于实施且设备构成又比较经济的一种新技术及仪器。

2.2设计所用设备和器材

(1)电源模块

(2)放大整形电路(三极管9014和74LS00)

(3)ARM开发板LPC2131

(4)LED数码显示管

3 硬件设计方案

3.1设计系统原理框图及介绍

图1 原理框图

由上图知，一个被测信号经过放大整形再进入ARM开发板，然后经过1S的定时捕获得出频率值，再经由6位LED数码显示管显示出数值。

3.2电源

电源模块——参考电压源为系统芯片如A/D、D/A转换IC或外设提供参考电压，电路如图2。

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任职要求：

1、大学本科及以上学历，2年以上工作经验，计算机电子通讯类专业毕业；

2、能够熟练使用POWER PCB或PROTEL或ORCAD等电路设计软件进行PCB设计；

3、熟悉电子元器件，能独立设计数字及模拟电路，拥有单片机开发工作经验，懂得RF433\\\\无线及红外遥控等相关知识；

4、熟练使用C语言，有嵌入式开发工作开发及智能家居防盗报警产品经验者优先。

岗位职责：

1、新产品项目设计开发工作；

2、为相关部门及项目提供技术支持；

3、产品售后返修分析，品质不断提升性能改进；

4、组织对新研发产品的制样、验证、试产、量产等工作的确认与审核。

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动态配置是指系统启动时的用户制定配置或重新配置。需载入特殊的硬件配置、网络参数或在引导期间支持特定用途的'一些实用程序的系统，常常使用动态配置。 Java以动态捆绑来支持动态配置。当组成一个程序的各个类文件编译成字节码时，在类文件之间，或者对JVM包的类(如图形、网络以及核心语言支持)引用，还没有被解决。当JVM载入程序启动时，它动态的载入并捆绑(即链接)程序引用的所有的类。因此，要改变系统配置，需要做的就是修正相应的类文件。下一次启动时，JVM自动捆绑新文件到你的程序中，而新的配置将生效执行。

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2016年嵌入式系统复习试题及答案

一、填空题：

1、试列举三种主流的嵌入式处理器：( ARM )、( MIPS )、(PowerPC)。

2、ARM处理器共有(37)个寄存器，其中包括(31个通用寄存器)和(6个状态寄存器)。

3、寄存器R13在ARM指令中(堆栈指针SP )。R14也称(程序连接寄存器LR)在程序里的作用是(程序计数器PC的备份)。当发生中断或异常时，对应分组寄存器分别是(R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用来保存R15的返回值)。

4、ARM微处理器支持两种指令集：(ARM)和(Thumb)。

5、寄存器R15用作(程序计数器PC)。该寄存器在ARM状态下，(位[1:0]为00)，位[31:2]用于保存PC;在Thumb状态下，(位[0]为0)，位[31:1]用于保存PC。

6、CPSR用作( 状态寄存器 )，CPSR可在任何运行模式下被访问。每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为(程序状态保存寄存器SPSR)。

7、Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集，程序可以直接访问的通用寄存器是(R0—R7,PC,SP,LR,CPSR)。

8、ARM指令中条件执行功能是通过( 指令中添加条件码)来实现的，包含的条件码位于指令的最高(四)位。

9、试列举五种以上常见的嵌入式操作系统：(μC/OS-II)、(Vxworks)、(WinCE)、(Linux/μCLinux)、(PalmOS)。

10、计算机结构中，哈佛结构和冯?诺依曼结构的主要区别是(指令与数据分开)，ARM7采用(冯?诺依曼结构)，ARM9采用(哈佛结构)。

11、ARM处理器采用(Thumb指令)操作来访问SFR。

12、在ARM汇编语言程序设计中，语句一般是由(指令操作码)、(指令的条件码)、(目标寄存器编码)和(包含第一个操作数的寄存器编码)组成。

二、名词解释：

ARM处理器：Advanced RISC Machine。先进的RISC指令集处理器。

交叉编译：在一种计算机环境中运行的编译程序，能编译出在另外一种环境下运行的代码，这个编译过程就叫交叉编译。

异常：是指CPU在执行指令时出现的错误，即不正常的情况。异常是与当前所执行的程序有关的。如存取数据或指令错误、计算结果溢出等。

大端格式：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。

小端格式：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。

寻址方式：处理器根据指令中给出的(地址)信息，寻找操作数(物理地址)的方式。

嵌入式系统：广义上：凡是不用于通用目的的可编程计算机设备，就可以算是嵌入式计算机系统。狭义上而言，嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。

GNU：GNU(GNU’s Not Unix)，它的目标是建立可自由发布和可移植的类Unix操作系统。

伪指令：是汇编语言程序里的特殊指令助记符，在汇编时被合适的机器指令替代。

伪操作：为汇编程序所用，在源程序进行汇编时由汇编程序处理，只在汇编过程起作用，不参与程序运行。

RTOS ：实时系统，能够对外部事件做出及时响应的系统。

三、简答题：

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1、 简述采用RISC架构的ARM微处理器的特点。

a.采用固定长度的指令格式，指令规整，简单，基本寻址2~3种

b.使用单周期指令，便于流水线操作

c.大量使用寄存器，提高指令的执行效率

d.所有的指令都可以根据前面的执行后，决定是否执行从而提高指令的执行效率

e.可以加载/存储指令，批量传输数据，以提高数据的传输效率

2、 选择嵌入式微处理器时，应考虑那些因素?

调查市场上已有的CPU供应商。

CPU的处理速度

技术指标。

处理器的低功耗。

处理器的软件支持工具。

处理器是否内置调试工具。

处理器供应商是否提供评估板

片内存储容量

3、 若允许FIQ、IRQ中断，CPSR如何设置?

FIQ: CPSR[4:0]=0B10001 IRQ: CPSR[4:0]=0B10010

CPSR[5]=0

CPSR[6]=0

CPSR[7]=0

4、 举例说明ARM的各种寻址方式。

寄存器寻址：LDR R1,R2

寄存器间接寻址：LDR R1,[R2]

寄存器偏移寻址：LDR R1,[R2,-R4,LSL#3]

立即寻址:LDR,R3，#34

多寄存寻址：LDMIA R0,{R1,R3,R4,R5}

5、 对比说明ADR、ADRL与LDR的区别与联系。

ADR：小范围的地址读取伪指令。

ADRL：中等范围的地址读取伪指令。

LDR：大范围的地址读取伪指令。

ADR伪指令功能：将基于PC相对偏移的地址值或基于寄存器相对偏移的地址值读取到寄存器中。

ADRL伪指令功能：将基于PC相对偏移的地址值或基于寄存器相对偏移的地址值读取到寄存器中，比ADR伪指令可以读取更大范围的地址。

LDR伪指令功能：用于加载32位立即数或一个地址值到指定的寄存器。

6、 比较ARM920T和ARM720T的主要异同。

ARM9 5级流水线 独立的指令总线哈佛结构

ARM7 3级流水线 数据与指令一起 冯·诺依曼结构

8、 简述S3C2410 Nand flash存储器的启动过程。

(1)完成复位

(2)如果自动启动模式使能，NAND Flash存储器的前4KB自动复制到Steppingstone内部缓冲器中

(3)Steppingstone映射到nGCS0

(4)CPU在Steppingstone的4KB内部缓冲器中开始执行启动代码

9、 请从广义和狭义两个方面简述嵌入式系统的含义。

答案：嵌入式系统:Embedded System

广义上：凡是不用于通用目的的可编程计算机设备，就可以算是嵌入式计算机系统。

狭义上而言，嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。

10、简述Bootloader启动过程。

1、第一阶段

(1)、基本的硬件设备初始化

(2)、为阶段2代码准备RAM空间

(3)、拷贝阶段2代码到RAM空间

(4)、设置好堆栈

(5)、跳转到阶段2的C程序入口点

2、第二阶段

(1)、初始化本阶段要使用到的硬件

(2)、检测系统内存映射(memory map)

(3)、将kernel和根文件系统映像从flash读到RAM空间

(4)、为kernel设置启动参数

(5)、调用内核

12、ARM7指令是几级流水线，各阶级执行什么操作?

ARM7的三级流水线

1取指：从程序存储器中取指令，放入指令流水线。(占用存储器访问操作)

2译码：指令译码。(占用译码逻辑)

3执行：执行指令/读写REG。(占用ALU及数据路径)

13、请简述嵌入式软件Bootloader的两种工作模式。

启动加载模式：启动加载模式称为“自举”(Autonomous)模式。即Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。启动加载模式是 Bootloader的正常工作模式，在嵌入式产品发布的时侯，Bootloader必须工作在这种模式下。

下载模式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机下载文件。下载内容及存储：主要是下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被Bootloader保存到目标机的RAM中，然后再被 Bootloader写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。

14、写出不少于12类嵌入式产品中的常用接口。

UART接口、SPI接口、I2C接口、ADC和触摸屏接口、USB接口、以太网接口、外存接口、LCD接口、时钟接口、PWM接口、中断接口、JTAG接口、VGA接口、音频接口

15、简述ARM9处理器的7种运行模式。

1、用户模式(usr)：非特权模式，大部分任务执行在这种模式。——正常程序执行的模式

2、快速中断模式(fiq)：当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式。——高速数据传输或通道处理

3、外部中断模式(irq)：当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式。——通常的中断处理

4、管理模式(svc)：当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式。——供操作系统使用的一种保护模式

5、中止模式(abt)：当存取异常时将会进入这种模式。——虚拟存储及存储保护

6、未定义模式(und)：当执行未定义指令时会进入这种模式——软件仿真硬件协处理器

7、系统模式(sys)：供需要访问系统资源的操作系统任务使用——特权级的操作系统任务

16、ARM9处理器的寻址方式有那些?

立即寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、堆栈寻址 、块拷贝寻址、相对寻址

17、ARM9有哪些处理器模式?哪些是特权模式?哪些是异常模式?

异常模式：除用户模式、系统模式之外的五种模式称为异常模式。特点：以各自的中断或异常方式进入，并且处理各自的中断或异常。

特权模式：除用户模式之外的工作模式又称为特权模式 特点：应用程序可以访问所有的系统资源，可以任意地进行处理器模式的切换

18、ARM7在ARM状态下有多少个寄存器?通常堆栈指针使用哪个寄存器?连接寄存器LR有什么功能?

有37个32位的寄存器其中31个为通用寄存器;6个为状态寄存器。

R13：寄存器R13在ARM指令中常用作堆栈指针SP。而在Thumb指令集中，某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针。

R14：寄存器R14也称作子程序链接寄存器(Subroutine Link Register)或链接寄存器LR。当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15(程序计数器PC)的.备份。其他情况下，R14用作通用寄存器。

19、见28

20、Linux的主要特点有那些?

开放性、多用户、多任务、良好的用户界面、设备独立性、丰富的网络功能、可靠的安全系统、良好的可移植性。

21、常用的Bootloader有那些?

1、vivi

2、RedBoot

3、U-Boot

22、Makefile和Make各实现什么功能?

Makefile文件内容 按照规则，对系统中本目录下的文件(.c、.s、.o、.h、.lib等)根据相互关系和要求进行组织，设定各自的编译方法，指定所生成的目标。 Makefile是一种文本格式文件。

Make是Makefile文件的解释器

Make对Makefile文件解释后，生成Linux的shell命令和gcc编译命令，接着对命令执行，最终生成目标文件。

Makefile是工程系统编译批处理文件。

23、Linux文件系统目录树结构是怎样的?

Linux文件系统是一个目录树结构，最上层是根目录，其他的所有目录都是从根目录出发而生成的。Linux下，任何一个目录都可以是一个分区。因此，在分区时，必须将一个分区安装在树根下面。Linux不仅将分区安装为一个目录，而且还将所有的硬件设备都安装成一个个设备文件。对设备的操作是通过文件的操作完成的。

24、CPSR各位的含义及作用。

31 30 29 28 27 … 8 7 6 5 4 3 2 1 0

N Z C V (保留) I F T M4 M3 M2 M1 M0

1、条件码标志位(保存ALU中的当前操作信息)

N：正负号/大小 标志位

Z：零标志位

C：进位/借位/移出位

V：溢出标志位

2、控制位

I、F中断控制位——控制允许和禁止中断

T控制(标志)位——反映处理器的运行状态

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