软考嵌入式系统设计师笔记归纳总结

逻辑地址和物理地址是完全不同的，不能用逻辑地址来直接访问内存单元。 为了保证CPU 在执行指令的时候，可以正确地访问内存单元，需要将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。这个过程称为：地址映射。 地址映射由存储管理单元MMU 来完成。

地址映射主要有两种方式：静态地址映射和动态地址映射。

静态地址映射：当用户程序被装入内存时，直接对指令代码进行修改，一次性地实现逻辑地址到物理地址的转换。

动态地址映射：当用户程序被装入内存时，不对指令代码做任何修改，而是在程序的运行过程中，当它需要访问内存单元的时候，再来进行地址转换。

在具体实现时，这项转换工作一般是由硬件的地址映射机制来完成的。通常设置一个基地址寄存器，

或者叫重定位寄存器。当一个任务被调度运行时，就把它所在分区的起始地址装入到整个寄存器中。然后，在程序运行的过程中，当需要访问某个内存单元时，硬件就会自动地将其中的逻辑地址加上基地址寄存器中的内容，从而得到实际的物理地址，并且按照这个物理地址区执行。

这个基地址寄存器位于MMU 的内部，整个地址映射过程是自动运行的。从理论上说，每访问一次内存都要进行一次地址映射。 16.ARM体系结构的基本概念

(1)ARM：Advanced RISC Machine。

(2)ARM体系结构中支持两种指令集：ARM 指令集和Thumb 指令集。 (3)ARM内核有T、D、M、I四个功能模块：

A、T 模块：表示16位Thumb，可以在兼顾性能的同时减少代码尺寸。

B、D 模块：表示Debug，内核中放置了用于调试的结构，通常为一个边界扫描链JTAG。 C、M 模块：表示8位乘法器。

D、I 模块：表示EmbeddedICE Logic，用于实时断点观测及变量观测的逻辑电路部分。

(4)ARM处理器有7种运行模式：

A、用户模式(User)：正常程序执行模式，用于应用程序。

D、快速中断模式(FIQ)：快速中断处理，用于高速数据传输和通道处理。 C、外部中断模式(IRQ)：用于通用的中断处理。 D、管理模式(SVE)：供操作系统使用的一种保护模式。 E、数据访问中止模式(Abort)：用于虚拟存储及存储保护。

F、未定义指令中止模式(Undefined)：当未定义指令执行时进入该模式。 G、系统模式(System)：用于运行特权级的操作系统任务。

除了用户模式之外的其他6种处理器模式称为特权模式，在这些模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以任意地进行处理器模式切换，其中，除了系统模式外，其他的5种特权模式又称为异常模式。

处理器模式可以通过软件控制进行切换，也可以通过外部中断或异常处理过程进行切换。大多数的用户程序运行在用户模式下，这时，应用程序不能访问一些受操作系统保护的系统资源，应用程序也不能直接进行处理器模式切换。当需要进行处理器模式切换时，应用程序可以产生异常处理，在异常处理中进行处理器模式的切换。这种体系结构可以使操作系统控制整个系统的资源。

当应用程序发生异常中断时，处理器进入相应的异常模式。在每一种异常模式种都有一组寄存器，供相应的异常处理程序使用，这样就可以保证进入异常模式时，用户模式下的寄存器不被破坏。系统模式并不是通过异常过程进入的，它和用户模式具有完全一样的寄存器，但是系统模式属于特权模式，可以访问所有的系统资源，也可以直接进行处理器模式切换，它主要供操作系统任务使用。 17.嵌入式操作系统概述 (1)内核

内核是指操作系统中的一个组件，它包含了OS 的主要功能，即OS 的各种特性及其相 互之间的依赖关系，这些功能主要包括：

A、任务管理：对系统中运行的软件进行描述和管理，并完成处理器资源分配和调度。

B、存储管理：提高内存的利用率，方便用户使用，提供足够的存储空间。 C、设备管理：方便设备的使用，提高CPU 和I/O 设备的利用率。 D、文件管理：解决文件资源存储、共享、保密和保护等问题。

注：不同嵌入式操作系统的内核设计各不相同，取决于系统设计和实际需求。 (2)嵌入式操作系统分类：

A、按系统类型：商业系统、专用系统、开源系统。 B、按响应时间：硬实时系统、软实时系统。

C、按软件结构：单体结构(uCOS)、分层结构(MS-DOS)、微内核结构(Vxworks)。 18.嵌入式软件基础 (1)嵌入式软件的特点： A、规模较小。 B、开发难度大。

C、实时性和可靠性要求高。 D、要求固化存储。 (2)嵌入式软件分类：

A、系统软件：控制和管理嵌入式系统资源，如嵌入式操作系统、驱动程序、中间件等。 B、应用软件：定义嵌入式设备的主要功能和用途，负载与用户进行交互。 C、支撑软件：辅助软件开发的工具软件。 (3)无操作系统的嵌入式软件的两种实现方式： A、循环轮转

优点：简单、直观、开销小、可预测。

缺点：过于简单，所有代码顺序执行，无法处理异步事件，缺乏并行处理能力。

B、前后台系统(在循环轮转的基础上增加了中断处理功能) 前台(事件处理级)：中断服务程序，负载处理异步事件。

后台(任务级)：一个无限循环，负载资源分配、任务管理和系统调度。 (4)有操作系统的三大优点： A、提高系统的可靠性。

B、提高了系统的开发效率，降低了开发成本，缩短了开发周期。 C、有利于系统的扩展与移植。

(5)设备驱动层(也叫板级支持包BSP：包含了嵌入式系统中所有与硬件相关的代码) 大多数的嵌入式硬件设备都需要某种类型软件的初始化和管理。这部分工作由设备驱动层来完成的，它负责直接与硬件大交道，对硬件进行管理和控制，为上层软件提供所需的驱动支持，类似PC 系统中的BIOS 和驱动程序。 19.设备管理 (1)设备管理基础

一个I/O 单元通常由两个部分组成： A、机械部分：I/O 设备本身。

B、电子部分：设备控制器或设备适配器。 硬件寄存器的编址方式有三种：

A、I/O独立编址：对于各种设备控制器中的每一个寄存器，分配一个唯一的I/O端口编号，也叫I/O 端口地址，然后用专门的I/O 指令对这些端口进行操作。这些端口地址构成的地址空间是完全独立的，与内存地址空间没有任何关系。

B、内存映象编址：把各种设备控制器当中的每一个寄存器都映射为一个内存单元，这内存单元专门用于I/O 操作。端口地址空间与内存地址空间是统一编址的，端口地址空间是内存地址空间的一部分。