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每日一题
2011-01-14

问:在嵌入式系统中使用Bootloader有哪些优点?

答:大多数嵌入式系统还是采用了引导加载程序Bootloader,而不让可执行映像在EEPROM或FLASH中就地执行。这样做是出于几个方面的考虑:
1)效率方面的考虑
虽然CPU可以在ROM或FLASH空间就地执行操作系统(包含应用软件)的映像,但是ROM和FLASH的速度往往比不上RAM。所以先把映像从ROM或FLASH空间搬运到RAM空间,然后在RAM空间中运行这个映像,有利于提高系统的运行效率。
2)操作系统的多样性
一方面嵌入式系统可以采用很多不同种类的操作系统,同一种操作系统也可以有不同的版本。而且,嵌入式系统的应用软件又常常与操作系统连成一体,这就更增加了系统映像的多样性。另一方面,嵌入式系统的硬件提供商所面对的通常是二次开发商而不是最终用户,往往并不清楚最终用的是什么操作系统,或者手中并无目标操作系统的映像。所以,最好的办法是先在硬件中装上一个引导加载程序,而让二次开发商提供具体的操作系统映像,这样就为采用不同版本,甚至完全不同的操作系统(以及应用程序)映像提供了灵活性。
3)存储地与执行地分离
特别是在嵌入式系统的调试阶段,更换系统的可执行映像是很频繁的事情,此时需要把新的可执行映像写入相应的EPROM或FLASH芯片中去。如果让可执行映像就地运行,那就变成要把新的映像覆盖到正在执行的老的映像上,那样当然会带来一些技术上的问题。这说明映像的存储地与执行地应该分离。
4)调试/排错方面的考虑
调试/排错方面的考虑也要求在RAM中执行系统映像。嵌入式软件的开发在前期可以采用一些模拟、仿真的调试/排错手段,可是最终总得要“来真格”的,到实际的运行环境中考察、调试。如果目标程序在ROM或FLASH中就地运行,就无法通过这种方法设置断点了。
5)嵌入式系统独特的开发模式
嵌入式系统的操作系统内核往往与应用软件静态地连接在一起,而且程序的开发通常是在另一台“主机”上进行,所以每次修改程序以后就得把新的映像“下载”到目标机中,此时就得依靠目标机的引导加载程序。

2011-01-13

问:简单介绍Qt/Embedded窗口系统的工作原理?

答:Qt/Embedded的窗口系统采用一种客户/服务器体系结构。一个典型的嵌入式Qt窗口系统一般包括:一个服务器进程、一个或多个客户进程。服务器进程负责为客户和其本身分配显示区域、生成鼠标和键盘事件,它通常包含那些启动客户的用户界面,例如应用程序发射台。而客户进程则通过与服务器通信来申请显示区域,接收鼠标和键盘事件。客户可以直接访问所分配的显示区域,以便为用户提供GUI服务。
服务器和客户通过共享内存的方式来传递所有分配显示区域上的信息,如果需要的话还可以维护一个软光标。

2011-01-12

问:嵌入式系统对GUI的基本要求是什么?

答:GUI在嵌入式系统或者实时系统中的地位将越来越重要,这些系统对GUI的基本要求包括:轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、可配置、可移植等特点。

2011-01-11

问:嵌入式Linux系统移植的一般过程是什么?

答:嵌入式系统的开发和应用层软件的开发不同,有其自身的特点,尤其在开发流程上有很大的不同。从大体上讲,Linux系统移植一般分为下面几步:
1)开发环境的搭建
嵌入式系统移植过程中,目标机和宿主机往往在软硬件环境上有很大的不同,开发时常常在功能强大的宿主机上进行,这就形成了交叉开发环境的搭建与选择问题。同时由于宿主机和目标机在体系结构等方面的差异,编译时也需要采用交叉编译工具对目标代码进行编译,这样,才能使生成的可执行文件在目标机上能够执行。
2)系统引导
在微处理器第一次启动的时候,会从预定的、固定的地址空间开始执行指令。一般的嵌入式系统中并没有PC机上的BIOS,而是由一种称为Bootloader的系统引导程序来完成上述功能,启动代码完全依赖于硬件,需要在系统移植中完成。
3)内核引导
系统移植的开发人员还应当完成Bootloader和内核的衔接部分的移植以及I/O映射、存储器映射等与目标硬件平台相关的板级初始化和CPU自身初始化的移植工作。
4)设备驱动程序
Linux内核源代码树中的相当大部分是各类驱动程序,在实际的开发过程中,也需要对相应的设备进行驱动,如LCD、网卡、触摸屏等等进行移植和编写。由于一般在Linux源码和相关社区中都拥有相当丰富的设备驱动源码资源,因此,设备驱动的任务主要是相近源码的移植修改工作。
5)文件系统
在嵌入式Linux内核启动的最后阶段,将进行文件系统的加载。不同的嵌入式目标平台有不同的应用需求,需要根据具体情况实现对文件系统的移植工作。目前,常用的嵌入式文件系统有JFFS2、Cramfs、Romfs等。

2011-01-10

问:嵌入式系统中进程间通信主要采用哪几种形式?

答:嵌入式系统中进程间通信主要采用两种形式:共享内存和消息传递。二者在逻辑上没有什么区别,进程通信采用哪种方式,主要依赖实际需要。进程间通信也可以采用信号和管道的方式。

2011-01-07

问:如何从ARM指令集跳转到Thumb指令集?ARM指令集中的跳转指令与汇编语言中的跳转指令有什么区别?

答:进入Thumb指令模式有2种方法:一种是执行一条交换转移指令BX,将指令中的目标地址寄存器的最低位置1,并将其他位的值放入程序计数器PC,则可进入Thumb指令。另一种方法是利用异常返回,也可把微处理器从ARM模式转换为Thumb模式。在这个过程中,ARM提供了2种机制:当返回地址保存在当前异常模式的R14(LR)时,采用传送指令;当返回地址保存在堆栈时,使用多寄存器Load/Store指令。ARM指令集中的跳转指令与汇编语言中的跳转指令的区别是ARM指令集中的跳转指令可以直接向程序计数器PC写入跳转地址值。

2011-01-06

问:比较ARM9与ARM7处理器的性能特点,它们有哪些不同?

答:ARM7提供了非常好的性能-功耗比,它包含了Thumb指令集快速乘法指令和ICE调试技术的内核。ARM9处理器通过全新的设计,采用了更多的晶体管,能够达到两倍以上于ARM7处理器的处理能力。ARM7内核是0.9MIPS/MHz的三级流水线和冯.诺伊曼结构,而ARM9内核是5级流水线,提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。
从ARM7到ARM9的性能提升还来源于存储器读写指令——load和store,以及互锁技术的应用。

2011-01-05

问:常用的嵌入式处理器通常分成哪几大类?

答:嵌入式系统中的处理器通常分为三大类,即微处理器(Micro-Processor Unit,MPU)、微控制器(Micro-Controller Unit,MCU)和数字信号处理器(DSP)。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)。

2011-01-04

问:简单介绍嵌入式系统的体系结构。

答:嵌入式系统自底向上包含四个部分:硬件平台、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。硬件抽象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。屏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。

2011-01-03

问:ARM状态下和Thumb状态下寄存器的组织有何不同?

答: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8个通用寄存器(R7~R0)、程序计数器(PC)、堆栈指针(SP)、连接寄存器(LR)和CPSR。同时,在每一种特权模式下都有一组SP、LR和SPSR。在Thumb状态下,高位寄存器R8~R15并不是标准寄存器集的一部分,但可使用汇编语言程序受限制的访问这些寄存器,将其用作快速的暂存器。

2010-12-31

问:Linux虚拟内存的实现需要的6种机制?

答:1)地址映射。
2)内存分配回收。
3)缓存和刷新。
4)请求页。
5)交换。
6)内存管理机制。

2010-12-30

问:嵌入式系统应用有哪些?

答:典型的嵌入式系统应用领域包括国防、工业控制、信息家电、各种商用设备、办公自动化。

2010-12-29

问: ARM微处理器的七种运行模式是哪些?

答:用户模式、快速中断模式、外部中断模式、管理模式、数据访问终止模式、系统模式、未定义指令中止模式。

2010-12-28

问:开发Linux应用程序一般分为哪几个步骤。

答:1)编写程序。
2)编写makefile文件。
3)编译程序。
4)运行程序。
5)将生成的可执行文件加入文件系统。

2010-12-27

问:解析嵌入式系统的四种基本调试方法。

答:1)源程序模拟器(Simulator)是在PC机上,通过软件手段模拟执行为某种嵌入式处理器编写的源程序的测试工具
2)仿真器调试方式是在微处理器的内部嵌入额外的控制模块。当特定的触发条件满足时,系统将进入某种特殊状态。在这种状态下,被调试的程序暂时停止运行,宿主机的调试器通过微处理器外部特设的通信口访问各种寄存器、存储器资源,并执行相应的调试指令
3)监控器(Monitor)调试方式需要目标机与宿主机协调。首先,在宿主机和目标机之间通过串口、以太口等建立物理连接,然后在宿主机上运行调试器,目标机运行监控程序和被调试程序,从而建立宿主机与目标机的逻辑连接。宿主机通过调试器与目标机的监控器建立通信连接,它们相互间的通信遵循远程调试协议。
4)在线调试器方式它是一种边界扫描标准,只需5根引脚就可以实现在线仿真的功能。

2010-12-24

问:介绍一下MiniGUI具有的技术优势?

答:1).占用资源少
2).高性能、高可靠性
3).可定制配置
4).跨操作系统支持

2010-12-23

问:嵌入式软件的特点?

答:1)软件要求固态化存储。
2)软件代码要求高质量、高可靠性。
3)系统软件的高实时性是基本要求。
4)多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。

2010-12-22

问:什么是实时操作系统,其主要功能是什么?

答:实时多任务操作系统(Real Time multi-tasking Operation System,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。这些功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的,也就是RTOS的系统调用,或者叫做RTOS的API。

2010-12-21

问:嵌入式系统与通用计算机系统相比有什么特点?

答:1)嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式CPU,与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中,它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点,能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化,移动能力大大增强,跟网络的耦合也越来越紧密。
2)嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
3)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处理器的选择更具有竞争力。
4)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。
5)为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是存贮于磁盘等载体中。
6)嵌入式系统本身不具备自举开发能力,即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的,必须有一套开发工具和环境才能进行开发。

2010-12-20

问:嵌入式操作系统的主要任务有哪些?

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。

2010-12-17

问:通用处理器与嵌入式处理器有哪些相同和不同的地方?

答:嵌入式微处理器一般具备四个特点:
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。
嵌入式处理器与通用处理器的最大区别在于嵌入式处理器集成了大量的不同功能的I/O模块。用户在开发嵌入式系统时,可以根据系统需求选择合适的嵌入式处理器,而无需再另外配备I/O电路。

2010-12-16

问:什么是嵌入式系统?

答:嵌入式系统是指以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可剪裁,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。主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及应用软件等部分组成,用于实现对其它设备的控制、监视和管理等功能。

2010-12-15

问:嵌入式系统的发展趋势?

答:信息时代,数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机,为嵌入式市场展现了美好的前景,同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战,从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势:
1)、嵌入式开发是一项系统工程,因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身,他哦功能是还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。
2)、网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的日益提高,使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一,结果更加复杂。
3)、网络互联网成为必然趋势。
4)、精简系统内核、算法,降低功耗和软硬件成本。
5)、提供友好的多媒体人机界面。

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