嵌入式系统设计师考前几页纸
2024-5-15 18:28:17 Author: www.chenxublog.com(查看原文) 阅读量:5 收藏

给的PDF里都是图片,看着太模糊了,手敲了一遍,这么看着清晰点

CPU中的相关组件

程序计数器

是用于存放下一条指令所在单元地址的地方。在程序执行前,必须将程序的起始地址,即程序的一条指令所在的内存单元地址送入程序计数器,当执行指令时,CPU在将自动修改程序计数器的内容,即每执行一条指令程序计数器加一个量,使其指向下一个待执行的指令。程序的转移等操作也是通过该寄存器来实现的。

地址寄存器

一般用来保存当前CPU所访问的内存单元地址,以方便CPU对内存的读写操作。

累加器

是专门存放算数或逻辑运算的一个操作数和运算结果的寄存器。

ALU (算术逻辑单元)

是CPU的执行单元,主要负责运算工作。

指令寄存器

一般用来存放当前正在执行的指令。

数据寄存器

主要是用来保存操作数和运算结果的寄存器。其目的是为了节省读取操作数所需占用总线和访问寄存器的时间。

总线

广义地讲,任何连接两个以上电子元器件的导线都可以称为总线。

内部总线

用于芯片一级的互联,分为芯片内总线和元器件级总线。芯片内总线用于集成电路芯片内部各部分的连接,元器件总线用于一块电路板内各元器件的连接。

系统总线

用于插板一级的互联,用于构成计算机即各组成部分(CPU、内存和接口等)的连接,如:ISA总线、PCI总线、AGP总线等。

外部总线

又称通信总线,用于设备一级的互联,通过该总线和其他设备进行信息与数据交换,如:RS232C、USB总线、IEEE1394总线、SCSI总线等。

总线的分类

数据总线

传送数据信息,CPU一次传输的数据与数据总线带宽相等。

控制总线

传送控制信号和时序信号,如读写、片选、中断响应信号等。

地址总线

传送地址,它决定了系统的寻址空间。

计算机相关的周期概念

指令周期(Instruction Cycle)

取出并执行一条指令的时间。

总线周期(Bus Cycle)

也就是访问一个存储器或者I/O设备所用的时间。

时钟周期(Clock Cycle)

又称震荡周期,是计算机中最小的时间单位,是计算机中所有操作的基本时间单位。(晶振频率的倒数)

机器周期(Machine Cycle)

完成一个操作所需的时间,通常包括取指令周期、执行周期、访存周期、写回周期等。

指令周期、总线周期、时钟周期之间的关系

一个指令周期由若干个总线周期组成,一个总线周期由若干个时钟周期组成。
一个总线周期包含一个(取址周期)或多个机器周期。
CPU响应DMA是在一个机器周期结束时。

输入输出

内存与接口地址独立编码方式

内存地址和接口地址完全独立的两个地址空间,它们是完全独立的并且是互相隔离的。访问数据时所使用的指令也完全不同,用于接口的指令只用于接口读写,其余的指令全部用于内存读写。因此,在编程或读程序中很容易使用和辨认。

内存与接口地址统一编址方法

内存地址和接口地址统一在一个公共的地址空间里,即内存单元和接口共用一个地址空间。在这些地址空间里划分一部分地址分配给接口使用,其余地址归内存单元使用。分配给内存的地址区间只能用于内存单元,接口绝不允许使用。同样,分配给接口的地址区间内存单元也决不能再使用。这种编址方式的优点是原则上用于内存的指令全部都可以用于接口,其中一部分分配给接口使用,剩余的为内存使用,这经常会导致内存地址不连续。当用于内存的指令和用于接口的指令是完全一样的,维护程序时就需要根据参数定义表仔细加以辨认。

直接程序控制(无条件传送/程序查询方式)

无条件传送

在此情况下,外设总是准备好的,它可以无条件地随时接收CPU发来的输出数据,也能够无条件地随时向CPU提供输入数据。

程序查询方式

在这种方式下,利用查询方式进行输入输出,就是通过CPU执行程序查询外设的状态,判断外设是否准备好接收数据或准备好了向CPU输入数据。

中断方式

由程序控制I/O的方法,其主要缺点在于CPU必须等待I/O系统完成数据传输任务,在此期间CPU需要定期地查询I/O系统的状态,以确认传输是否完成。因此整个系统的性能严重下降。

DMA方式

是指数据在内存与I/O设备间的直接或成块传送,即在内存与I/O设备传送一个数据块的过程中,不需要CPU的干预,由DMA控制器来完成。只需要CPU在传送开始和传送结束时进行一次设置即可。实际操作由DMA硬件直接执行完成,CPU在此期间可以执行其他任务。

嵌入式软件系统特点

规模较小

开发难度大

  • 硬件资源有限
  • 嵌入式软件一般涉及到底层软件的开发,需要软、硬件基础
  • 开发环境与运行环境不同

实时性和可靠性要求高

如火箭飞行控制系统、核电站控制系统、医疗设备控制系统等。

要求固化存储

嵌入式软件体系结构

层次例子
应用软件层应用任务1、应用任务2、…
中间件层嵌入式CORBA、嵌入式JAVA、嵌入式DCOM、面向应用领域的中间件
操作系统层TCP/IP网络系统、文件系统、内核、电源管理、嵌入式GUI
设备驱动层板级初始化、FLASH驱动、RTC/定时器驱动、串口驱动、以太网驱动、LCD驱动、键盘驱动、其他驱动
硬件层微处理器、存储器、键盘、LCD显示器、其他

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,它负责直接与硬件打交道,对硬件进行管理和控制,为上层软件提供所需要的驱动支持,类似PC系统中的BIOS和驱动程序。

操作系统层

嵌入式操作系统是工作在嵌入式环境中的操作系统。可以从2个方面来描述嵌入式操作系统的功能:

  1. 从软件开发的角度,可以把EOS看成是一种拓展几或虚拟机,将底层的硬件细节封装起来,为运行在它上面的软件提供了一个抽象的编程接口,即操作系统对外提供的系统调用函数。
  2. 从系统管理的角度,可以把EOS看成是系统资源的管理者,负责管理系统当中的各种软硬件资源。

进程

进程是程序在一个数据集合上运行的过程,它是系统进行资源分配和调节的一个独立单位。它由程序块、数据块和进程控制块(PCB)三部分组成。

三态描述

  • 运行态:占有处理器正在运行
  • 就绪态:值具备运行条件,等待系统分配处理器以便运行
  • 等待态:又称阻塞态或睡眠态,指不具备运行条件,正在等待某个事件的完成

三态之间的转换

  • 运行态–>等待态:等待使用资源,如外设等待传输、等待人工干预
  • 等待态–>就绪态:资源的到满足,如外设传输结束、人工干预完成
  • 运行态–>就绪态:时间片用完,出现有更高优先权进程,被系统挂起
  • 就绪态–>运行态:CPU空闲时选择一个就绪进程

进程控制

进程控制是对系统中所有进程从创建到消亡全过程实施有效的控制;由操作系统内核中的原语实现。

原语

是指由若干条机器指令组成的,用于完成特定功能的程序段;原语的特点是在执行时不能被分割,即原子操作要么都做,要么都不做。

同步/互斥

  • 同步:是合作进程间的直接制约问题。
  • 互斥:是申请临界资源进程间的间接制约问题。
  • 临界资源:指一次只允许一个进程访问的资源。
  • 临界区:指访问临界资源的代码段。

信号量机制

信号量

是一个整型变量,可以用来控制多个进程对共享资源的访问,根据控制对象的不同被赋予不同的值。

公用信号量

实现进程间的互斥,初始值为1或资源的数目。

私用信号量

实现进程间的同步,初始值为0或某个正数。

信号量S的物理意义

  • S>=0:表示可用资源的数目
  • S<0:其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数

PV操作

是实现进程同步和互斥的常用方法,P操作和V操作是低级通信原语,在执行期间不可分割;其中P操作是申请资源,V操作是释放资源。

P操作的定义

S:=S-1,若S>=0,则执行P操作的进程继续执行;若S<0,则执行P操作的进程被阻塞(因为无可用资源),进入等待队列。

V操作的定义

S:=S+1,若S>0,则执行V操作的进程继续执行;若S<=0,则执行V操作的进程唤醒等待队列中的一个进程,使其进入就绪队列,然后执行V操作的进程继续运行。

线程

两个基本属性

  • 可拥有资源的独立单位。
  • 可独立调度和分配的基本单位

线程与进程的关系

  • 线程作为调度和分配的基本单位,进程作为独立分配资源的单位。
  • 线程是进程中的一个实体。
  • 线程只拥有一点运行中必须的资源:程序计数器、一组寄存器、栈。
  • 线程可与同属一个进程的其他线程共享进程拥有的全部资源。

线程分类

  • 用户级线程
  • 内核支持级线程

任务的调度

调度的方式

  1. 不可抢占调度方式(Non-Premptive):如果一个任务被调度程序选中,就会一只运行下去,直到它因为某种原因被阻塞了,或者它主动地交出了CPU的使用权。
  2. 可抢占式调度方式(Premptive):如果一个任务被调度程序选中,它可以被其他任务抢占,调度程序可以在任何时候停止当前任务的执行,将CPU分配给其他任务。

优先级反转

是指一个低优先级的任务占用了一个高优先级任务所需要的资源,导致高优先级任务无法运行的现象。

实时系统调度

单调速率调度算法

是一种静态的优先级调度算法,是最常用的一种确定任务优先级的算法。
任务的优先级与它的周期性表现为单调函数的关系,任务的周期越短,优先级越高;任务的周期越长,优先级越低。
RMS假定任务是相互独立的、周期性的、任务能在任何位置被抢占,而实际的系统,任务之间需要通信和同步,这是一种理想的调度方法,实际中并不一定存在。

最早期限优先调度算法

动态优先级调度算法,是目前性能最好的一种调度算法。
根据任务的截止时间来确定优先级,对于事件期限最近的任务,分配最高的优先级。
当有一个新的任务处于就绪中泰时,各个任务的优先级就有可能要进行调整,选择截至时间最近的任务去运行。

任务间通信

任务之间为了协调工作,需要相互交换数据和控制信息。任务之间的通信就可以分为两种类型

  • 低级通信:只能传递状态和正数值等控制信息,如信号量机制、异步信号机制。
  • 高级通信:能够传输任意数量的数据,主要有三类:共享内存、消息传递和管道。

OSI七层模型

物理层(位Bit)

为建立、维护和拆除物理连接提供机械、电气、功能和规程的特性。
提供有关在传输介质上传输非结构的位流及物理链路故障检测指示。
相关设备:集线器(HUB)、中继器。

数据链路层(帧Frame)

负责在两个相邻节点间的线路上无差错地传输以帧位单位的数据,并进行流量控制。
相关设备:网桥、交换机。

网络层(包Packet)

为传输层实体提供端到端的交换网络数据传送功能,使得传输层摆脱路由选择、交换方式和拥挤控制等网络传输细节;
可以为传输层实体建立、维持和拆除一条或多条通信路径;
对网络传输中发生的不可恢复的差错予以报告。
相关设备:路由器、三层交换机。

传输层(段Segment)

为会话层实体提供透明、可靠的数据传输服务,保证端到端的数据完整性;
选择网络层能提供最适宜的服务,提供建立、维护和拆除传输连接功能。

会话层

为彼此合作的表示层实体提供建立、维护和结束会话连接的功能,完成通信进程的逻辑与物理名字间的对应提供会话管理服务。

表示层

为应用层进程提供解释所交换信息含义的一组服务,即将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法转换为适合OSI系统内部使用的传送语法。

应用层

提供OSI用户服务,即确定进程之间通信的性质,以满足用户需要提供网络与用户应用软件之间的接口服务。

网络攻击的相关概念

冒充

就是一个实体伪装成一个不同的实体。常与主动攻击形式一起使用,特别是消息的重演与篡改。

重演

当一个消息或部分消息为了产生非授权效果而被重复时,出现重演。

消息篡改

数据所传送的内容被改变而且未被发觉,并导致非授权后果。

拒绝服务攻击

当一个实体不能执行通的正常功能,或它的动作阻碍了别的实体执行它们正常功能的时候,便发生服务拒绝。

对称加密算法

所谓对称加密算法,就是指加密和解密使用相同密钥的加密算法。
常见的对称加密算法:数据加密标准DES、三重DES 3DES、RC-5、IDEA算法、AES算法。

非对称加密算法

所谓公钥密码体制,即加密密钥和解密密钥是不同的密码体制,在公钥密码体制中,加密密钥PK(public key)是公开的,而解密密钥SK(secret key)是保密的。加密算法E和解密算法D也是公开的。
常见的非对称加密算法:RSA、ElGamal、ECC。

编译器工作的过程

词法分析阶段

是编译器的第一个阶段,其任务是对源程序从前到后(从左到右)逐个字符扫描,从中识别出一个“单词”符号。词法分析过程的依据是根据词法规则,即描述“单词”结构的规则。

语法分析阶段

其任务是在词法分析的基础上,根据语言的语法规则将单词符号序列分解成各类语法单位。
同城语法分析是确定整个输入串是否构成一个语法上正确的程序。一般来说,通过编译的程序,不存在语法上的错误。

语义分析阶段

其任务主要是检查源程序是否包含静态语义错误,并收集类型信息供后面的代码生成阶段使用。语义分析的一个主要工作是进行类型分析和检查。

中间代码生成

其任务是根据语义分析的输出生成中间代码。

目标代码生成

是编译器工作的最后一个阶段。其任务是吧中间代码变换成特定机器上的绝对代码指令、可重定位的代码指令或汇编指令代码。本阶段与具体机器密切相关。

符号表管理

符号表的作用是记录源程序中各个符号的必要信息,以辅助语义的正确性检查和代码生成,在编译过程中需要对符号表进行快速有效地查找、插入、修改和删除等操作。

软件配置管理

  1. 开发库(动态库、程序员库、工作库;动态系统、开发者系统、开发系统、开发空间)。
  2. 受控库(主库、系统库;主系统、受控系统)。
  3. 产品库(备份库、静态库、软件仓库;静态系统)。
  4. 检查点:指在规定的时间间隔内对项目进行检查,比较实际与计划之间的差异,并根据差异进行调整。
  5. 里程碑:完成阶段性工作的标志,不同类型的项目里程碑不同。
  6. 基线:指一个(或一组)配置项目在项目的生命周期的不同时间点上通过正式评审而进入正式受控的一种状态。基线是一些重要的里程碑,但相关的交付成果要通过正式评审,并作为后续工作的基准和出发点。基线一旦建立后其变化需要受控制。

功能基线(设计基线)

它是指在系统分析与软件定义阶段结束的时候经过正式评审和批准的系统设计规格说明书,这就是功能基线。

分配基线(需求基线)

也叫指派基线,它是指软件需求分析阶段结束时,经过正式评审和批准的软件需求规格说明书(SRS)。

产品基线

它是指在软件组装与系统测试阶段结束是,经过正式评审和批准的有关开发软件产品的全部配置项的规格说明。

能力成熟度模型

软件过程能力成熟度模型(Capability Maturity Model,CMM)是对软件组织进化阶段的描述,该能力成熟度是软件组织能够较容易地确定当前过程的成熟度并识别其软件过程执行的薄弱环节,对确定软件质量的过程改进最关键的几个问题,从而形成对其过程的改进策略。

初始级

软件过程的特点是无序的,有时甚至是混乱的。

可重复级

已经建立了基本的项目管理过程,可用于对成本、进度和功能特性进行跟踪。

已定义级

用于管理和工程的软件均已文档化、标准化,并形成整个软件组织的标准软件过程。

已管理级

软件过程和产品质量有详细的度量标准。

优化级

通过对来自过程、新概念和新技术等方面的各种有用信息的定量分析,能够不断地、持续地进行过程改进。

聚合

衡量模块内部各元素结合的紧密程度

偶然聚合

模块完成的动作之间没有任何关系,或仅仅是一种非常松散的关系。

逻辑聚合

模块内部的各个组成在逻辑上具有相似的处理动作,但功能用途上彼此无关。

时间聚合

模块内部的各个组成部分包含的处理动作必须在同一时间内进行。

过程聚合

模块内部各个部分所要完成的动作虽然没有关系,但必须按特定的次序进行。

通信聚合

模块的各个组成部分完成的动作都使用了同一个数据或产生同一输出数据。

顺序聚合

模块内部的各个部分,前一部分处理动作的最后输出是后一部分处理动作的输入。

功能聚合

模块内部各个部分属于一个整体,并执行同一功能,并且各个部分对实现该功能都必不可少。

耦合

度量不同模块间互相依赖的程度。

  • 非直接耦合:两个模块之间没有直接关系,它们的联系完全是通过主模块的控制和调度来实现的。
  • 数据耦合:两个模块之间通过参数交换信息。
  • 标记耦合:一组模块通过参数表传递记录信息,这个记录是某一个数据结构的子结构,而不是简单变量。
  • 控制耦合:两个模块彼此间传递的信息中有控制信息。
  • 外部耦合:一组模块都访问同一个全局简单变量而不是同一个全局数据结构,而且不是通过参数表传递该全局变量的信息。
  • 公共耦合:两个模块之间通过一个公共的数据区域传递信息。
  • 内容耦合:一个模块需要涉及另一个模块的内部信息。

软件测试

测试概念

经典定义:是在规定的条件下对程序进行操作,以发现错误,对软件质量进行评估。

软件测试的类型

开发阶段划分

单元测试、集成测试、系统测试、确认测试、验收测试。

按测试技术划分

白盒测试、黑盒测试、灰盒测试。

白盒测试

又称结构测试或逻辑驱动测试,是按照程序内部的结构测试程序,通过测试来检测产品内部动作是否按照涉及规格说明书的规定正常进行,检验程序中的每条通路是否都能按预定的要求正确工作。

逻辑覆盖法

  • 语句覆盖(SC):设计足够的测试用例,使得被测试程序中的每条语句至少被执行一次。
  • 判定覆盖(DC):设计足够的测试用例,使得被测程序中的每个判定都至少获得一次“真值”或“假值”。又称分支覆盖,使程序中的每一个取“真”分支和取“假”分支至少经历一次。
  • 条件覆盖(CC):设计足够的测试用例,使得每一个判定语句中每个逻辑条件的可能值至少满足一次。
  • 条件判定组合覆盖(CDC):设计足够的测试用例,使得判定中每个条件的所有可能(真假)至少出现一次,并且每个判定本身的结果(真假)也至少出现一次。
  • 路径覆盖:是指覆盖被测程序中所有可能的路径。
  • 基本路径法:是在程序控制流图的基础上,通过分析控制流图的环路复杂性,导出基本可执行的路径集合,从而涉及测试用例。

黑盒测试

又称功能测试:通过软件的外部表现来发现其缺陷和错误。
黑盒测试法将测试对象看成一个黑盒子,完全不考虑程序内部结构和处理过程;黑盒测试是在程序界面进行测试,它只是检查程序是否按照需求规格说明书的规定正常实现。

线性表

是最常用且最简单的一种数据结构。一个线性表是n个数据元素的有限序列。一个元素可以由若干个数据项组成,通常称为记录。

是一种特殊的线性表,是限定仅在表尾进行插入或者删除操作的线性表。进行插入和删除的那一端称为栈顶,另一端为栈底。
特点:先进后出。

队列

是一种只允许在一端进行插入,而另一端进行删除的线性表,是一种操作受限的线性表。在表中只允许插入一端称为队尾,只允许进行删除的一端称为队头。
特点:先进先出。

组合逻辑电路概念

根据电路是否具有存储功能,将逻辑电路分为两种类型:组合逻辑电路和时序逻辑电路。

组合逻辑电路

组合逻辑电路不含存储功能,它的输出值仅取决于当前的输入值。常用的组合逻辑电路:译码器、多路选择器等。

时序逻辑电路

时序逻辑电路包含存储功能,它的输出值不仅取决于当前的输入状态,还取决于存储单元中的值。常用时序逻辑电路:寄存器、计数器等。

电平转换电路

TTL –> CMOS 转换

  • CMOS逻辑电平:VCC 5V;Voh>=4.45V;Vol<=0.5V;Vih>=3.5V;Vil<=1.5V。很宽的噪声容限。
  • TTL逻辑电平:VCC 5V;Voh>=2.4V;Vol<=0.4V;Vih>=2.0V;Vil<=0.8V。噪声容限窄是0.4V。
  • 在TTL电路输出端与电源直接接上拉电阻R,R的取值由TTL的Ioh决定。

CMOS –> TTL 转换

  • CMOS逻辑电平:VCC 5V;Voh>=4.45V;Vol<=0.5V;Vih>=3.5V;Vil<=1.5V。很宽的噪声容限。
  • TTL逻辑电平:VCC 5V;Voh>=2.4V;Vol<=0.4V;Vih>=2.0V;Vil<=0.8V。噪声容限窄是0.4V。
  • TTL电路的输入短路电流较大,要求CMOS在Vol为0.5V时给出足够的驱动电流。
  • 接口器件:CC4049、CC4050。

嵌入式微处理器的分类

嵌入式微处理器(MCU:Micro Controller Unit)

又称单片机,片上外设资源一般比较丰富,适合于控制。

嵌入式微处理器(EMPU:Embedded Micro Processor Unit)

又称单板机,由通用计算机中的CPU发展而来,仅保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件。

嵌入式DSP处理器(DSP:Digital Signal Processor)

专门用于信号处理方面的处理器。

嵌入式片上系统(SoC:System on Chip)

追求产品系统最大包容性的集成器件。

中断系统

中断是指CPU执行程序过程,随机接收到外设发来的中断请求,CPU可暂时中断当前正在执行的程序,转到相应的中断服务(子)程序进行处理(中断响应和中断服务)。处理完毕,再返回到原来的程序(被中断之处,即断电)(中断返回),继续运行下去,这个过程称作中断。
中断系统正在执行一个中断服务时,有另一个优先级更高的中断提出中断请求,这是会暂时终止当前正在执行的级别较低的中断源的服务程序,取处理级别更高的中断源,待处理完毕,再返回到被中断了的中断服务程序继续执行,这个过程就是中断嵌套。

中断响应时间

从触发中断到进入中断处理所用的时间。

中断处理时间

中断处理开始到中断处理结束的时间。

中断响应过程

  • 保护现场:将当前地址、累加器ACC、状态寄存器保存到堆栈中。
  • 切换PC:根据不同的中断源所产生的中断,切换到响应的中断入口地址。
  • 执行中断服务处理程序。
  • 恢复现场:将保存在堆栈中的主程序地址、累加器ACC、状态寄存器恢复。
  • 中断返回:从中断处返回到主程序,继续执行。

中断入口地址

单片机为每个中断源分类了不同的中断入口地址,也称为中断向量。

Flash

Flash memory(闪速存储器)是嵌入式系统中重要的组成部分,用来存储程序和数据,掉电后数据不会丢失。
但是在使用Flash memory时,必须根据其自身的特性,对存储系统进行特殊设计,以保证系统的性能达到最优。
Flash memory是一种非易失性存储器,根据结构的不同可以分为NOR Flash和NAND Flash。
应用程序可以直接在NOR Flash中运行,不需要再把代码读到系统RAM中运行。NAND Flash则需要把代码读到系统RAM中运行。

A/D接口原理与接口

计数法

计数式A/D转换器电路主要部件包括:比较器、计数器、D/A转换器和标准电压源。计数器从0开始进行加1计数,每进行一次加1,该数值作为D/A转换器的输入,产生一个比较电压Vo与输入模拟电压Vi进行比较。如果Vo小于Vi则继续进行加1计数,直到Vo大于Vi,这时计数器的累加数值就是A/D转换器的输出值。

双积分法

双积分式A/D转换电路的主要主要部件包括:积分器、比较器、计数器和标准电压源。
对输入模拟电压和参考电压进行两次积分,将电压变换成与其成正比的时间间隔,利用时钟脉冲和计数器测出其时间间隔,完成A/D转换。

逐次逼近法

逐次逼近式A/D转换器的主要部件包括:比较器、D/A转换器和基准电压源。

  • 实质上就是对分搜索法,和天平称重使用的原理一样。
  • 在进行A/D转换式,由D/A转换器从高位到低位逐位增加转换位数,产生不同的输出电压,把输入电压与输出电压进行比较而实现。
  • 受限逐次逼近寄存器的最高位为1,这相当于取出基准电压的1/2与拴上电压比较,如果在输入电压小于1/2的基准电压,则最高位置0,反之置1。之后,次高位置1,相当于在1/2的范围内再作对分搜索,以此类推,逐次逼近。

D/A接口原理与接口

一个4为T型电阻网络DAC如图所示。电路由R-2R电阻解码网络、模拟电子开关和求和放大电路构成,因为R和2R组成T型,故称为T型电阻网络DAC。

电阻网络DAC

分辨率(Resolution)

DAC电路所能分辨的最小输出电压与满量程输出电压之比称为DAC的分辨率。最小输出电压是指数字量只有最低有效位为1时的输出电压,最大输出电压是指输入数字量各位全为1时的输出电压。DAC的分辨率可用下式表示:分辨率=1/(2^n-1),式中,n表示数字量的二进制位数。

串行接口的基本结构与原理

串行通信:数据是一位一位地进行传输的,在传输中每一位数据都占据一个固定的时间长度。串行数据传送有3中基本的通信模式:单工通信、半双工通信和全双工通信。串行信息在信息格式上可分为:异步通信和同步通信方式。

并行接口的基本原理与结构

并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。一般用来连接打印机、扫描仪等,所以又称为打印口。
特点:控制简单、传输组速快。
由于传输线较多,长距离传送时成本高,且接收方的各位同时接收存在困难。

相关总线

总线名称总线分类通信方式备注
RS232C外部总线串行通信,全双工RS232C 是美国电孑工业协会(EIA)制定的一种串行通信接口标准
RS422外部总线串行通信,全双工RS422标准是RS232的改进型,是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范,传输速率可达10Mb/s。采用差分传输方式,也称作平衡传输
RS485外部总线串行通信,全双工在RS422的基础上,为拓展应用范围,增加了多点、双向通信能力
IEEE488外部总线位并行,字节串行通信,标准又称为GPIB总线,通用接口总线,8位,传输距离20m,最大传输 速度位1Mb/s,总此案上最多挂接15台设备。应用在仪器、仪表、控测领域
SCSI外部总线并行通信,标准小型计算机系统接口,8位或32位。传输距离6m,速度可达5Mb/s。用于计算机与磁带机、软磁盘机、硬磁盘机、CDROM、可重写光盘、扫描仪、通信设备和打印机等外部设备的连接。如连接到高速硬盘驱动器
MXI外部总线并行通信,非标所系统拓展接口总线,32位高速并行总线。距离可达20m,速度可达23Mb/s。用于计算机与测控机箱的连接
PCI内部总线并行通信外围设备互联总线,32位或64位。局部总线,最高工作频率33MHz,数据传输率为132Mbps(32位)和264Mbps(64位)。主要用于连接显卡、网卡、声卡、IDE接口卡等
USB外部总线串行总线通用串行总线,连接计算机与外围设备的机外串行总线。用于多种嵌入式系统设备的数据通信。如移动硬盘、PDA
SPI内部总线串行总线,全双工串行外围设备接口。是一个4线接口,主要用在MCU和外围设备芯片之间的连接,可以用来连接存储器、A/D转换器、D/A转换器、实时时钟日历、LCD屏幕、传感器、音频芯片、其他处理器等
IIC内部总线串行总线,半双工内部集成电路总线,二线串行拓展总线,用于连接位控制器及其外围设备
IEEE1394外部总线串行总线又称为火线,是苹果公司开发的一种高速串行总线。用于连接计算机与外围设备,如数码相机、摄像机、打印机、扫描仪等
CAN总线外部总线串行总线,半双工CAN全称为Controller Area Network,即控制器局域网,是国际上最广泛的现场总线之一,是一种高速、可靠、实时性好的总线,广泛应用于汽车、工业控制等领域
SCI外部总线同步串口,全双工串行通讯接口,是相对与并行通信的,是串行通信技术的一种总成,最早由Motorola公司提出。包括同步和异步串行通信。RS232、RS422、RS485等都是SCI
UART外部总线异步串口,全双工通用异步收发器

PCB设计中的可靠性设计

地线设计

在电子设备中,接地是控制干扰的重要方法。
正确选择单点接地与多点接地。

  • 在低频电路中(工作频率小于1MHz),采用一点接地。
  • 在高频电路中(工作频率大于1MHz),采用就近多点接地。

将数字电路与模拟电路分开,两者地线不要相混。分别与电源地线相连。

  • 尽量加粗地线。若地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,如有可能,接地线的宽度应大于3mm。
  • 将接地线构成闭环路,可以明显提高抗噪声能力。

电磁兼容设计

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

  • 选择合理的导线宽度。
  • 采用正确的布线策略:最好采用井字形网状布线结构。
  • 抑制反射干扰

去偶电容配置

配合去偶电容可以抑制因负载变化而产生的噪声,是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法。配置原则如下:

  • 电源输入端跨接一个10~100uF的电解电容。
  • 为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容。
  • 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件,应在芯片的电源线与地之间直接接入去耦电容。
  • 去耦电容的引线不能过长。

PCB尺寸与元器件的配置

  • 相互关有关的元器件尽量放得靠近一些。
  • 时钟发生器、晶振和CPU时钟输入端易产生干扰,要相互靠近一些。
  • 易产生噪声的元器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。

资料来自希赛网


文章来源: https://www.chenxublog.com/2024/05/15/embedded-system-designer-exam-first-few-pages.html
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