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因?yàn)闇?zhǔn)備備考中級嵌入式設(shè)計(jì)師證書，所以買了一些資料回來準(zhǔn)備復(fù)習(xí)，本書為倪奕文老師編制的書，如果大家有時(shí)間和精力還是很建議大家去買一本的，這本書反而是能夠讓小白很快了解嵌入式所學(xué)知識(shí)的書籍，特地做此筆記，我希望我做一些工作能夠讓你花更少的時(shí)間去了解更多的知識(shí)，并盡量不要走彎路，我會(huì)盡量把自己理解到的東西用更容易懂的話寫出來，一家之言，如果有錯(cuò)歡迎指正批評，望共同進(jìn)步，接下來我將每四學(xué)時(shí)的內(nèi)容整理一次發(fā)布。

一、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)

1、嵌入式硬件基礎(chǔ)(除進(jìn)制轉(zhuǎn)換外，考選擇題)

1.嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)

馮-諾依曼結(jié)構(gòu)將程序和數(shù)據(jù)存放到同一存儲(chǔ)器的不同物理地址，采用單一的地址和數(shù)據(jù)總線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。指令執(zhí)行耗費(fèi)時(shí)間久，高速運(yùn)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)瓶頸效應(yīng)。
哈佛結(jié)構(gòu)時(shí)并行的體系結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)與程序存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)器中，這樣存放數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器叫做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存放程序的存儲(chǔ)器叫做程序存儲(chǔ)器。存在兩套獨(dú)立的總線，可以同時(shí)獲取指令(來自程序存儲(chǔ)器)和操作數(shù)(來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)，使得數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。

2.計(jì)算機(jī)硬件組成

硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。
存儲(chǔ)器有內(nèi)部存儲(chǔ)器(速度快、容量小)和外部存儲(chǔ)器(速度慢，容量大)。
外設(shè)：鍵盤鼠標(biāo)顯示器等等
主機(jī)：CPU(運(yùn)算器、控制器、寄存器組、內(nèi)部總線)+主存儲(chǔ)器，cpu的功能是實(shí)現(xiàn)程序控制、操作控制、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)處理等
運(yùn)算器：算術(shù)邏輯單元、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器、條件狀態(tài)寄存器
運(yùn)算器的功能是實(shí)現(xiàn)所有的算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算
控制器：指令控制器、程序計(jì)數(shù)器、地址寄存器、指令譯碼器
控制器的功能：控制整個(gè)CPU工作，包括程序控制、時(shí)序控制
CPU依據(jù)指令的不同階段來區(qū)分二進(jìn)制的指令和數(shù)據(jù)，因?yàn)樵谥噶钪芷诘牟煌A段，指令會(huì)命令CPU去取指令或者數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)的表示

進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：16進(jìn)制用0x或H，例如0x18F或18FH都表示十六進(jìn)制的18F
各種進(jìn)制之間轉(zhuǎn)換，這里只需要注意一點(diǎn)，m轉(zhuǎn)換為n進(jìn)制，要先將m轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，再將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為n進(jìn)制。
數(shù)的表示：各個(gè)數(shù)值再計(jì)算機(jī)中表現(xiàn)的形式為機(jī)器數(shù)，特點(diǎn)是使用二進(jìn)制用0和1,小數(shù)點(diǎn)隱含，不占位置。
機(jī)器數(shù)有無符號和帶符號數(shù)之分，無符號數(shù)表示正數(shù)，沒有符號位。帶符號數(shù)最高位為符號位，正數(shù)的符號為0，負(fù)數(shù)的符號為1。定點(diǎn)表示法分為純小數(shù)和純整數(shù)兩種，小數(shù)點(diǎn)不占存儲(chǔ)位，按照一下約定：
純小數(shù)：約定小數(shù)點(diǎn)的位置的在機(jī)器數(shù)的最高位數(shù)值之前。
純整數(shù)：約定小數(shù)點(diǎn)的位置的在機(jī)器數(shù)的最低位數(shù)值之后。
真值：機(jī)器數(shù)對應(yīng)的實(shí)際數(shù)值。
編碼方式：原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼。
原碼是正常二進(jìn)制表示，最高位表示符號。
數(shù)值0的原碼有兩種形式+0(00000000),-0(10000000)
正數(shù)的反碼就是原碼，負(fù)數(shù)的反碼在原碼的基礎(chǔ)上，除了符號位，其他位全部按位取反。數(shù)值0的反碼有兩種形式：+0(00000000),-0(11111111)
補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼就是原碼：負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼在原碼的基礎(chǔ)上，除了符號位，其他位全部按位取反，而后末尾+1，若有進(jìn)位則產(chǎn)生進(jìn)位。因此數(shù)值0的補(bǔ)碼只有一種形式+0=-0=00000000
移碼是用作浮點(diǎn)運(yùn)算的階碼，無論正負(fù)數(shù)，都是將原碼的補(bǔ)碼的首位取反。
浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算：表示方法為N=Fx2^E,E代表階碼，F(xiàn)代表尾數(shù)，類似科學(xué)計(jì)數(shù)法，比如85.125 =0.85125x10^{2,二進(jìn)制如101.011=0.1.1.11x2}3
浮點(diǎn)數(shù)所能表示的數(shù)值范圍由階碼確定，所表示的數(shù)值精度由尾數(shù)確定
帶符號尾數(shù)的補(bǔ)碼必須為1.0xxx(負(fù)數(shù))或者0.1xxxxxx(正數(shù))
浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算步驟：對階、尾數(shù)計(jì)算、結(jié)果規(guī)格化
算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算：簡單，自己學(xué)習(xí)。
短路計(jì)算方式：邏輯運(yùn)算符左邊的值就能推出整個(gè)表達(dá)式的值。

4.校驗(yàn)碼

校驗(yàn)碼有：奇偶校驗(yàn)碼、CRC校驗(yàn)碼、海明校驗(yàn)碼。
奇偶校驗(yàn)碼：發(fā)送端編碼中的1為奇數(shù)或者偶數(shù)，接收端檢查1的個(gè)數(shù)是否是正確的奇偶。只能檢錯(cuò)，無法糾錯(cuò)。

CRC校驗(yàn)碼：找出一個(gè)能整除多項(xiàng)式的編碼，首先用原始報(bào)文除多項(xiàng)式，將得到的余數(shù)作為校驗(yàn)位加在原始報(bào)文后面，作為發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)給接收方。多項(xiàng)式的最高位和最低位必須是1。接收方收到帶校驗(yàn)和的幀之后，用多項(xiàng)式來除，余數(shù)為0，則表示信息無錯(cuò)，否則要求發(fā)送方進(jìn)行重傳。
例如：假設(shè)原始信息串為10110，CRC的生成多項(xiàng)式G(x)=x^4+x+1,求CRC校驗(yàn)碼。
1)首先多項(xiàng)式為4次項(xiàng)，那么就要在原始信息串后加4個(gè)0，得到101100000，作為被除數(shù)；
2)由多項(xiàng)式得到出書，多項(xiàng)式中x的冪指數(shù)存在的位置為1，不存在的地方為0，即X^{4為1，X}3為0，x^2為0，x1為1，x^0為1，即：10011；
3)生成CRC校驗(yàn)碼，用101100000/10011得到余數(shù)1111。(如果余數(shù)不足，則再左邊補(bǔ)0，假如余數(shù)為11，則最終得到0011)
4)生成要發(fā)送的信息串101101111，發(fā)送方將此數(shù)據(jù)發(fā)送給接收方。
5)接收方進(jìn)行校驗(yàn)，接收方接受帶校驗(yàn)和的幀之后，用多項(xiàng)式G(x)來除，余數(shù)為0，則表示信息無錯(cuò)；否則要求發(fā)送方進(jìn)行重傳。

注意：這里采用的是模二除法，和傳統(tǒng)的除法意義不一樣，是二進(jìn)制除法，實(shí)際上就是按位異或，相同為0不同為1，有粉絲朋友問這里他算出來是1010，這里不是傳統(tǒng)的除法，注意這點(diǎn)。

海明校驗(yàn)碼：海明校驗(yàn)碼的本質(zhì)還是奇偶校驗(yàn)方式檢驗(yàn)，優(yōu)點(diǎn)是既可以檢錯(cuò)也可以糾錯(cuò)。
通過首先將信息位寫入，校驗(yàn)位置保留即2^n次的位置全部保留，之后通過異或運(yùn)算，計(jì)算出校驗(yàn)位。接收方收到校驗(yàn)位之后會(huì)進(jìn)行校驗(yàn)位與信息位所算出的結(jié)果異或，如果是奇校驗(yàn)，那么應(yīng)該全為1，如果為偶校驗(yàn)?zāi)敲慈繛?。如果不全為0，那么傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤，找到出錯(cuò)位，將該位逆轉(zhuǎn)。

2、計(jì)算機(jī)指令和中斷(除中斷原理，考選擇題)

1. 計(jì)算機(jī)指令

計(jì)算機(jī)指令由操作碼和操作數(shù)組成，操作碼是要完成的操作，操作數(shù)是參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)及其所在的單元地址，操作碼和操作數(shù)都是以二進(jìn)制數(shù)碼存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。
指令執(zhí)行過程可分為取指令—分析指令—執(zhí)行指令
取指令：將程序計(jì)數(shù)器PC的指令地址取出，送入地址總數(shù)，CPU根據(jù)指令地址去內(nèi)存中取出指令的內(nèi)容存入指令寄存器IR。(pc指令地址------>取出指令------->存入IR)
分析指令：取指令后由指令譯碼器進(jìn)行分析，分析需要執(zhí)行什么操作
執(zhí)行指令：最好取出指令中所需要的源操作數(shù)，執(zhí)行操作
根據(jù)不同的周期階段去區(qū)分從存儲(chǔ)器取出的是指令還是數(shù)據(jù)。也可根據(jù)取數(shù)與取指令的地址去區(qū)分。
指令的尋址方式：順序?qū)ぶ贩绞?、跳躍尋址方式
指令操作數(shù)的尋址方式：立即尋址方式、直接尋址方式、間接尋址方式、寄存器尋址方式、基址尋址方式、變址尋址方式、相對尋址方式。
特權(quán)指令：類似root權(quán)限下的指令，必須管理員才能使用的指令
指令系統(tǒng)CISC和RISC
CISC是復(fù)雜指令系統(tǒng)，兼容性強(qiáng)，指令繁多，長度可變，由微程序?qū)崿F(xiàn)
RISC是精簡指令系統(tǒng)，指令少，使用頻率接近，主要依靠硬件實(shí)現(xiàn)。

2. 指令的流水線處理

流水線會(huì)讓指令的執(zhí)行加快，RISC的流水線技術(shù)：超流水線、超標(biāo)量、超長指令字VLIW。
但是流水線處理發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)也會(huì)導(dǎo)致阻塞并延期。
三種錯(cuò)誤：數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)(指令所用的數(shù)據(jù)未返回)、結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)(同一指令中不同功能搶占同一個(gè)硬件)、控制冒險(xiǎn)(流水線遇到分支或者其他可能引起指令改變)

3. 中斷原理(大題會(huì)考流程)

3、存儲(chǔ)系統(tǒng)和性能(一般只考選擇題)

1. 存儲(chǔ)系統(tǒng)

存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：越快的越貴：寄存器、高速緩沖、RAM、ROM、外部磁盤、遠(yuǎn)程二級存儲(chǔ)
存儲(chǔ)器的訪問方式：地址訪問、內(nèi)容訪問
尋址方式：隨機(jī)存儲(chǔ)器、順序存儲(chǔ)器、直接存儲(chǔ)器
局部性原理：在CPU運(yùn)行時(shí)，訪問的數(shù)據(jù)會(huì)趨于一個(gè)小的空間地址。
時(shí)間局部性：相鄰的時(shí)間內(nèi)會(huì)訪問同一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。
空間局部性：在最近的將來會(huì)用到的數(shù)據(jù)的地址和現(xiàn)在的地址是相近的。
高速緩存cache：三種映射方法:直接映像(地址變換簡單但不靈活、易造成浪費(fèi))、全相聯(lián)映像(地址變換復(fù)雜，速度慢，但是不容易發(fā)生塊沖突)、組組相聯(lián)映像(前面兩種方式的結(jié)合，主存和cache存儲(chǔ)器都是先分塊后分組，組間采用直接映像，組內(nèi)全相聯(lián)映像)。
命中率及平均時(shí)間，CPU與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交互，內(nèi)存會(huì)先將數(shù)據(jù)拷貝到cache中，根據(jù)局部性原理，數(shù)據(jù)會(huì)被循環(huán)執(zhí)行，不會(huì)每一次都去內(nèi)存中讀取,CPU訪問的數(shù)據(jù)在cache中命中，那么直接從cache中讀取數(shù)據(jù)。那如果要訪問的數(shù)據(jù)不在cache中，那么則需要從內(nèi)存中讀取。
I/O端口的地址編碼形式：I/O獨(dú)立編址和存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。
I/O獨(dú)立編址：I/O端口編址與存儲(chǔ)器的編址相互獨(dú)立，即空間分開設(shè)置互不影響，優(yōu)點(diǎn)是不占用內(nèi)存空間；使用I/O指令，程序清晰，譯碼電路比較簡單。缺點(diǎn)是只能用I/O指令，訪問端口的方法不如訪問存儲(chǔ)器的方法多。
存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址：從存儲(chǔ)空間中劃出一部分地址給I/O端口。只能從地址范圍來區(qū)分兩種操作。

2. 總線

廣義來說，連接兩個(gè)以上電子元器件的導(dǎo)線都可以稱為總線，通常分為以下三類：
內(nèi)部總線：(內(nèi)部芯片級別的總線，芯片與處理器之間通信的總線)
系統(tǒng)總線:板級總線分為數(shù)據(jù)總線(CPU與RAM之間的總線)、地址總線(RAM之中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的地址)和控制總線將控制器的信號傳送到周邊設(shè)備。
外部總線:設(shè)備一級的總線，微機(jī)和外部設(shè)備的總線。代表的有RS-232串行總線、SCSI(并行總線)、USB(通用串行總線)
從請求總線到完成總線使用的操作序列稱為總線事務(wù)，典型的總線事務(wù)包括：請求操作、裁決操作、地址傳輸、總線釋放。
總線完成一次傳輸分為四個(gè)階段：總線裁決、尋址階段、數(shù)據(jù)傳輸階段、結(jié)束階段。

3. 性能和可靠性

MTBF = MTTF + MTTR
系統(tǒng)可靠性= MTTF / (MTTF + MTTR) * 100%
串聯(lián)系統(tǒng)：一個(gè)設(shè)備不可靠，整個(gè)系統(tǒng)才會(huì)奔潰
并聯(lián)系統(tǒng)：所有設(shè)備不可靠，整個(gè)系統(tǒng)才會(huì)奔潰
處理能力或效率由三個(gè)決定：吞吐率、響應(yīng)時(shí)間、資源利用率
基準(zhǔn)程序法：目前一致承認(rèn)的測試系統(tǒng)性能的較好方法。

4、嵌入式軟件架構(gòu)(一般只考選擇題)

1. 嵌入式軟件基礎(chǔ)

嵌入式軟件分類：系統(tǒng)軟件(設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式中間件等)、應(yīng)用軟件(上位機(jī)，下位機(jī)等)、支撐軟件(在線仿真工具，交叉編譯器等)
設(shè)備驅(qū)動(dòng)層：BSP(板級支持包)，對硬件進(jìn)行管理和控制，并為上層軟件提供所需的驅(qū)動(dòng)支持，BSP的基本思想是把嵌入式操作系統(tǒng)和具體的硬件平臺(tái)隔離。
BSP主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：引導(dǎo)加載程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
引導(dǎo)加載程序：系統(tǒng)上電后運(yùn)行的第一段軟件代碼，初始化硬件設(shè)備，建立內(nèi)存空間的映射圖，將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設(shè)置到一個(gè)合適的狀態(tài)。
引導(dǎo)加載程序一般包括以下功能：片級初始化(微處理器的初始化)、板級初始化(正確設(shè)置各種寄存器來完成除微處理器之外的硬件設(shè)備的初始化)、加載內(nèi)核(將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的映像從FLASH中復(fù)制到內(nèi)存中)
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：嵌入式系統(tǒng)中必不可少的部分，具備的功能：硬件啟動(dòng)、硬件關(guān)閉、硬件停用、硬件啟用、讀操作、寫操作。

2. 嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)內(nèi)核小、專用性強(qiáng)、系統(tǒng)精簡、高實(shí)時(shí)性、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：要求系統(tǒng)在投入運(yùn)行前即具有確定性和可預(yù)測性。具有及時(shí)響應(yīng)和高可靠性的特點(diǎn)。
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特征包括：高精度計(jì)時(shí)系統(tǒng)、多級中斷機(jī)制、實(shí)時(shí)調(diào)度機(jī)制。
多任務(wù)系統(tǒng)上下文切換：即當(dāng)處理器的控制權(quán)由運(yùn)行任務(wù)轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)就緒任務(wù)時(shí)所指向的操作
機(jī)內(nèi)自檢：對硬件進(jìn)行上電自檢，周期自檢，維護(hù)自檢，啟動(dòng)自檢等，確保系統(tǒng)故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與定位。
微內(nèi)核操作系統(tǒng)：將最為核心必要的部分放到內(nèi)核，其他能獨(dú)立的部分都放入到用戶進(jìn)程中，系統(tǒng)就會(huì)被分為用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)。
單體內(nèi)核內(nèi)核龐大，有較高的運(yùn)行效率，但占用資源較多且不易剪裁，系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性不好。
微內(nèi)核系統(tǒng)的效率較差，但是內(nèi)核精煉，便于裁剪和移植，安全性、可靠性和穩(wěn)定性較高。
嵌入式軟件學(xué)習(xí)路線
C語言進(jìn)階
嵌入式系統(tǒng)軟件及操作系統(tǒng):筆記(二)
嵌入式軟件基礎(chǔ)資料打印文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-401500.html

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