嵌入式知识体系资料

目前嵌入式系统教学平台市场上的主导产品都是基于ARM7或ARM9架构的,一般都认为ARM7

属于低端产品、ARM9属于高端产品,也出现了所谓的“ARM7&ARM9覆盖高端&低端的教学平

台”。宣传“两套CPU子板都是可以自由插拔,一套实验系统变化为两套,ARM7的实验系

统可以实现基础的ARM嵌入式教学,主要包括指令实验,基础接口实验,UCOS-II操作系统实

验和uCLinux操作系统实验;ARM9的实验系统可以实现高端的ARM嵌入式教学,主要包括扩

展接口实验,Linux操作系统实验和WinCE操作系统实验。”

这种观点有误导用户的嫌疑。因为ARM9和ARM7同属于ARMv41,是属于中低端系列的ARM

微处理器。目前市场上真正高端的ARM架构处理器是与ARMV5TE体系兼容的IntelXScale,如

PXA255和PXA270。

从嵌入式系统教学平台的发展来看,未来会形成两个发展方向。即一方面向高端的XScale

系列发展,主要

面向计算机、软件等专业,这一类高端平台具有强大的计算能力和多媒体功能,教学内容侧重

于操作系统、驱

动程序和软件应用,培养消费电子、手持设备、无线网络、手机游戏等领域的嵌入式软件人

才;另一方面就是ARM7/ARM9系列的中低端教学平台,主要面向电子工程、自动化、仪器仪

表等专业,这类平台具有丰富的接口和功能,教学内容侧重于微处理器接口设计、驱动开发和

系统应用,培养工业自动化、测控、智能仪表等应用领域的嵌入式技术人才。

宣称采用两种CPU子板的方式,实现ARM7&ARM9的功能,是完全没有必要的,而且增加了用户

的成本的维护的复杂性,其原因如下：

1、从ARM体系结构的教学内容上看,ARM9的指令集完全兼容ARM7,教学上没有任何区别。所

以ARM指令实验和基础接口实验不是ARM7的专利,做过ARM系统开发的人都很清楚,用

ARM9一样可以完成ARM7的这些教学实验内容;

2、从操作系统的教学内容上看,目前教学中大都采用μCOS-II或Linux。μCOS-II代码简

单,易教易学,Linux功能强大,但对学生的基础要求较高。目前市场上大多数ARM7教学平台

都支持μCOS-II或uCLinux,ARM9基本上都支持Linux和WinCE。但μCOS-II不是ARM7的

专利,在ARM9上完全可以运行。而uClinux是Linux的一个子集,无论是从开发着者的角度

还是从教学的角度去理解

的

应用。

宣称支持ARM7和ARM9的双内核,主要原因是因为他们的技术能力较弱,无法完成μCOS-II

在ARM9上的移植和扩展工作,所以采用ARM7来弥补μCOS-II的教学内容。试想,如果有一

款ARM9平台,能够运行μCOS-II、Linux、WinCE等操作系统,我们为什么还需要ARM7来

画蛇添足呢？事实上,这样的平台已经有了,一些技术实力较强的公司已经把μCOS-II移植到

了ARM9上,如UP-ETARM2410和UP-ETARM2410S等。字串4

3、从硬件设计的教学内容上看,支持ARM7和ARM9的双内核的平台,造成了硬件资源的浪

,Linux系统可以完全兼容uCLinux

费,难以发挥ARM7和ARM9各自的优势。比如：用s3c44b0和s3c2410处理器作为ARM7和

ARM9的内核,s3c2410平台支持USBhost和USBclient,支持真彩TFTLCD。而主平台为

了兼容s3c44b0,不得不使用256ST的LCD;如果要想有USBhost或者client接口,不

得不使用其他芯片外扩。这都会使ARM9处理器的功能受到限制,不能充分发挥ARM9处理器

的性能。

ARM开发论坛

4、从产品的成本的服务维护上看,采用支持ARM7和ARM9的双内核的平台,无疑会增加产品

的成本,因为教学平台最贵的芯片就是微处理器和存储器,而从教学角度看,这部分增加的成

本是没有意义的。如果从科学角度看,这种做法又浪费资源,其性价比无不如一块开发板。

此外,采用支持ARM7和ARM9的双内核的平台,降低了系统的可靠性,学生在实验过程中,会

经常切换两种内核,其损坏的概率会大大增加,增加后续维护成本。

由此可见,仅仅一个ARM9平台就可以同时满足中低端教学的需求,额外添加ARM7去满足低端

教学任务,只能认为是画蛇添足。平白增添了硬件成本,还限制了硬件平台的扩展。

嵌入式系统教学的目的应该是为了让学生学到一种嵌入式平台开发和设计的方法,其变化主要体

现在运行

不同操作系统上,而不是硬件是否采用ARM7还是ARM9上。教学思想应是“授人以渔”学,

生学到的是设计方法,将来不管是ARM7,ARM9,还是XScale,甚至包括MIPS、alpha、68k、

powerpc等其它体系结构的微处理器,对于一个优秀的嵌入式系统工程师来说都是一样的。

嵌入式系统设计师需掌握的知识体系

嵌入式系统基础知识

1.计算机科学基础

1.1数制及转换

o二进制、八进制、十进制和十六进制等常用数制及其相互转换

1.2数据的表示

o数的机内表示（原码、反码、补码、移码，定点和浮点，精度和溢出）

o字符、汉字、声音、图像的编码方式

o校验方法和校验码（奇偶验码、海明校验码、循环校验码）

1.3算术和逻辑运算

o计算机中的二进制数运算方法

o逻辑代数的基本运算和逻辑表达式的化简

1.4计算机系统结构和重要部件的基本工作原理

oCPU和存储器的组成、性能、基本工作原理

o常用I/O设备、通信设备的性能，以及基本工作原理

oI/O接口的功能、类型和特点

o虚拟存储存储基本工作原理，多级存储体系

1.5安全性、可靠性与系统性能评测基础知识

o诊断与容错

o系统可靠性分析评价

o计算机系统性能评测方法

2.嵌入式系统硬件知识

2.1数字电路和逻辑电路基础

2.1.1组合电路和时序电路

2.1.2总线电路与电平转换电路

2.1.3可编程逻辑器件

2.2嵌入式微处理器基础

2.2.1嵌入式微处理器体系结构

o冯.诺伊曼结构与哈佛结构

oCISC与RISC

o流水线技术

o信息存储的字节顺序（大端存储法和小端存储法）

2.2.2嵌入式系统处理器的结构和类型

o常用8位处理器的体系结构和类型

o常用16位处理器的体系结构特点

o常用32位处理器的体系结构特点

o常用DSP处理器的体系结构特点

o多核处理器的体系结构特点

2.2.3异常

o同步异常（陷阱、故障、终止）

o异步异常（中断）

o可屏蔽中断、不可屏蔽中断

o中断优先级、中断嵌套

2.3嵌入式系统的存储体系

2.3.1存储器系统

o存储器系统的层次结构

o高速缓存（Cache）

o内存管理单元（MMU）

2.3.2ROM的种类与选型

o常见ROM的种类

oPROM、EPROM、E2PROM型ROM的典型特征和不同点

2.3.3FlashMemory的种类与选型

oFlashMemory的种类

oOR和AD型FlashMemory的典型特征和不同点

2.3.4RAM的种类与选型

o常见RAM的种类

oSRAM、DRAM、DDRAM、VRAM的典型特征和不同点

2.3.5外存

o常见外存的种类

o磁盘、光盘、CF、SD等的典型特征和不同点

2.4嵌入式系统I/O接口

2.4.1定时器和计数器基本原理与结构

2.4.2GPIO、PWM接口基本原理与结构

2.4.3A/D、D/A接口基本原理与结构

2.4.4键盘、显示、触摸屏接口基本与结构

2.4.5嵌入式系统音频接口

2.5嵌入系统通信及网络接口

oPCI、USB、串口、红外、并口、SPI、IIC、PCMCIA的基本原理与结构

o以太网、CA、WLA、蓝牙、1394的基本原理与结构

2.6嵌入式系统电源分类及电源原理

2.7电子电路设计

2.7.1电子电路设计基础知识

o电子电路设计原理

o电子电路设计方法及步骤

o电子电路设计中的可靠知识

2.7.2PCB设计基础知识

oPCB设计原理

oPCB设计方法及步骤

o多层PCB设计的注意事项及布线原则

oPCB设计中的可靠性知识

2.7.3电子电路测试基础知识

o电子电路测试原理与方法

o硬件抗干扰测试

3.嵌入式系统软件知识

3.1嵌入式软件基础知识

3.1.1嵌入式软件的分类（系统软件、支撑软件、应用软件）

3.1.2无操作系统支持的嵌入式软件体系结构（轮询、中断、前后台）

3.1.3有操作系统支持的嵌入式软件体系结构

3.1.4板极支持包基础知识（系统初始化、设备驱动程序）

3.1.5嵌入式中间件（GUI、数据库）

3.2嵌入式操作系统基础知识

3.2.1嵌入式操作系统体系结构

o单体结构、分层结构和微内核结构

3.2.2任务管理

o多道程序技术

o进程、线程、任务的概念

o任务的实现（任务的层次结构、任务控制块、任务的状态及状态转换、任务队列）

o任务调度（调度算法的性能指标、可抢占调度、不可抢占调度、先来先服务、短作

业优先算法、时间片轮转算法、优先级算法）

o实时系统及任务调度（RMS、EDF算法）

o任务间通信（共享内存、消息、管道、信号）

o同步与互斥（竞争条件、临界区、互斥、信号量、死锁）

3.2.3存储管理

oFlat存储管理方式

o分区存储管理（固定分区、可变分区）

o地址重定位（逻辑地址、物理地址、地址映射）

o页式存储管理

o虚拟存储技术（程序局部性原理、虚拟页式存储管理、页面置换算法、工作集模

型）

3.2.4设备管理

o设备无关性、I/O地址、I/O控制、中断处理、缓冲技术、假脱机技术）

3.2.5文件系统基础知识

o文件和目录

o文件的结构和组织

o存取方法、存取控制

o常见嵌入式文件系统（FAT、JFFS、YAFFS）

3.2.6操作系统移植基础知识

3.3嵌入式系统程序设计

3.3.1嵌入式软件开发基础知识

3.3.2嵌入式程序设计语言

o汇编、编译、解释系统的基础知识和基本工作原理

o汇编语言

o基于过程的语言（过程/函数、参数传递、全局变量、递归、动态内存分配、数据

类型）

o面向对象的语言（对象、数据抽象、继承、多态、自动内存管理）

o各类程序设计语言的主要特点和适用情况

3.3.3嵌入式软件开发环境

o宿主机、目标机

o编辑器、编译器、链接器、调试器、模拟器

o常用嵌入式开发工具（编程器、硬件仿真器、逻辑分析仪、示波器）

o集成开发环境

o开发辅助工具

3.3.4嵌入式软件开发

o软件设计（模块结构设计、数据结构设计、内存布局、面向对象的分析与设计）

o嵌入式引导程序的设计、设备驱动程序设计、内核设计、网络程序设计、应用软件

设计）

o编码（编程规范、代码审查）

o测试（测试环境、测试用例、测试方法、测试工具）

o下载和运行

3.3.5嵌入式应用软件移植

4.嵌入式系统的开发与维护知识

4.1系统开发过程及其项目管理

o系统开发生命周期各阶段的目标和任务的划分方法

o系统开发项目挂你基础知识及其常用管理工具使用方法

o主要的系统开发方法

o系统开发工具与环境知识

4.2系统分析基础知识

o系统分析的目的和任务

o系统分析方法

o系统规格说明书的编写方法

4.3系统设计知识

o传统系统设计方法

o软硬件协同设计方法

4.4系统实施知识

o系统架构设计

o系统详细设计

o系统调试技术

o系统测试

4.5系统维护知识

o系统运行管理知识

o系统维护知识

o系统评价知识

5.安全性知识

o安全性基本概念

o加密与解密机制

6.标准化知识

o标准化的概念

o国际标准、国家标准、行业标准、企业标准基本知识

o代码标准、文件格式标准、安全标准、软件开发规范和文档标准知识

o标准化机构

o嵌入式系统相关标准

7.信息化基础知识

o信息化和信息系统基本概念

o有关的法律、法规

8.嵌入式技术发展趋势

9.计算机专业英语

o正确阅读和理解相关领域的英文资料嵌入式系统设计应用技术

1.嵌入式系统开发过程

1.1系统需求分析方法与步骤

1.2系统设计

o系统硬件配置

o系统功能组成分配

o软硬件功能的分配

o可行性验证及设计审查

o系统规格

o周期，成本及工作量估计

o开发计划

1.3软硬件协同设计

1.4硬件设计

1.5软件设计

o软件结构

o设计评审

o软件详细设计

1.6系统测试

o测试环境

o测试计划（内容、方法、标准、过程、检验）

o硬件测试

o软件测试（单元测试、集成测试）

o软硬件联合测试

o实施测试

1.7系统评估

1.8软件维护

2.嵌入式系统硬件设计

2.1嵌入式系统硬件基本结构

2.1.1嵌入式微处理结构与应用

2.1.2异常及中断处理技术

2.1.3DMA技术

2.1.4多处理系统

o多处理器系统特点

o多处理器系统构建技术

2.1.5总线架构

o应用系统中的总线配置

2.1.6内存种类及架构

o存储器系统接口设计

2.1.7数字电路和逻辑电路

o专用集成电路

o可编程逻辑控制器件

2.2输入/输出接口设计

2.2.1输入/输出接口

o接口信号电平转换

o接口驱动电路设计

2.2.2输入/输出接口应用技术

o外围设备

o串口通信

o并口通信

o模拟接口

o通信接口设备

o通信标准和协议

o数据传输方式

2.3外围设备接口应用技术

2.3.1外围存储设备

o存储卡，记忆棒，IC卡，MMC卡，SD卡

oDVD、CD-R、CD-RW

2.3.2外围输入/输出设备

o键盘，鼠标，触摸屏o液晶板、LED、7段数码管、蜂鸣器

2.3.3电源设计技术

2.4可靠性与安全性设计技术

2.4.1错误检测与隔离技术

2.4.2冗余设计

2.4.3系统恢复设计

2.4.4诊断技术

2.4.5常用安全标准

2.4.6抗干扰设计

2.4.7电磁兼容设计

2.4.8系统加密

3.嵌入式系统软件设计

3.1嵌入式系统软件结构设计

3.2嵌入式操作系统应用技术

3.2.1时间管理

o系统时间

o时钟中断

3.2.2内存管理

o静态内存管理

o动态内存管理

3.2.3任务管理和任务间的通信

o任务间的通信机制

o信号量

o邮箱

o消息队列

3.2.4异常处理

o异常处理方法

o中断优先级处理方法

o系统调用

3.2.5嵌入式文件系统应用技术

3.2.6嵌入式系统图形用户接口（GUI

3.2.7嵌入式系统数据库应用技术

3.3嵌入式软件设计技术

3.3.1汇编语言设计

o数据类型

o汇编语言程序结构

o汇编语言程序设计及优化

o子程序调用

）应用技术

3.3.2嵌入式C语言设计

oASI-C的数据类型

oC程序结构

oC语言程序设计及优化

o程序的编译与链接

3.3.3面向对象程序设计与开发

o面向对象的分析与设计方法UMLo面向对象的编程语言

o使用C++进行嵌入式系统开发

o使用Java进行嵌入式系统开发

3.4系统级软件设计技术

o嵌入式系统固件与系统初始化设计

o设备驱动程序设计

o硬件抽象层、板级支持包设计

o嵌入式软件的移植技术

4.嵌入式系统开发技术

4.1系统开发环境

4.1.1开发工具

o文本编辑器

o汇编、编译和连接程序

oICE和ICE监控器

o配置管理工具

o逆工程工具

4.1.2平台

o操作系统

o分布式开发环境

4.1.3开发环境创建方法及评估

o开发工作分析

o开发环境的建立

o维护、管理、使用开发环境的方法

o开发环境的评测

4.2实时系统的分析技术

4.2.1实时系统的分析技术

o结构化分析方法

o面向对象分析方法

4.2.2实时系统的设计技术

o结构化分析方法

o面向对象分析方法

4.3硬件设计环境

4.3.1硬件描述语言

o硬件开发设计过程

o硬件描述语言的种类与特点

4.3.2仿真技术

o逻辑仿真方法

o逻辑仿真工具

4.3.3大规模集成电路系统的开发方法

oASIC开发方法

oFPGA设计方法

oIP(intellectualproperty)

4.4协同设计

o软硬件任务工和切调

o设计评审

4.5嵌入式系统低功耗设计技术

o低功耗系统工作机制

o低功耗系统模型结构

o低功耗的硬件设计技术

o低功耗的软件设计技术

4.6分布式嵌入系统设计o分布式系统设计原理o分布式系统的通信技术o分布式系统

设计应用

5.嵌入式系统应用

5.1嵌入式系统在控制领域中的应用

5.2嵌入式系统在手持设备中的应用

5.3嵌入式系统在模式识别中的应用