系统架构设计师-嵌入式系统

目录

一、嵌入式系统概述

        1、基本概念

        2、嵌入式系统软件组成架构

二、嵌入式软件开发

三、嵌入式硬件

        1、嵌入式微处理器

        2、人工智能芯片

        3、嵌入式微处理器体系结构

        4、总线

四、嵌入式操作系统

        1、嵌入式实时操作系统

        2、操作系统内核架构

        3、鸿蒙操作系统

五、嵌入式数据库

        1、嵌入式数据库分类


一、嵌入式系统概述

        1、基本概念

        (1)嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础,并将可配置与可裁剪的软、硬件集成于一体的专用计算机系统,需要满足应用对功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求。

        (2)从计算机角度看,嵌入式系统是指嵌入各种设备及应用产品内部的计算机系统。它主要完成信号控制,体积小、结构紧凑,可作为一个部件埋藏于所控制的装置中。

        (3)一般嵌入式系统由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件以及应用软件组成。

        2、嵌入式系统软件组成架构

                嵌入式系统初始化过程:片级初始化 -> 板级初始化 -> 系统初始化

                从传统意义上讲,嵌入式系统主要由以下部件组成:

                (1)嵌入式微处理器(MCU)(2)存储器(RAM/ROM)

                (3)内(外)总线逻辑(4)定时/计数器

                (5)看门狗电路:定时器溢出则中断,系统复位处理

                (6)I/O接口(串口、网络、USB、JTAG接口--用来进行CPU调试的常用接口)

                (7)外部设备(UART、LED等)(8)其他部件

二、嵌入式软件开发

        嵌入式软件设计层面的功耗控制主要可以从以下方面展开:

        (1)软硬件协同设计,即软件的设计要与硬件的匹配,考虑硬件因素。

        (2)编译优化,采用低功耗优化的编译技术。

        (3)减少系统的持续运行时间,可从算法角度进行优化。

        (4)用 “中断” 代替 “查询”。

        (5)进行电源的有效管理。

三、嵌入式硬件

        1、嵌入式微处理器

                通常嵌入式处理器需要根据不同的使用场景选择不同类型的处理器,从处理器分类看,大致可分为MPU、MCU、DSP、GPU、SoC:

                (1)微处理器(MPU):将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留与嵌入式应用有关的母板功能。微处理器一般以某一种微处理内核为核心,每一种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。

                (2)微控制器(MCU):又称单片机。与MPU相比MCU的最大优点在于单片化,体积大大减小,,从而使功耗和成本下降,可靠性提高。

                (3)信号处理器(DSP):DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计(通常,DSP采用一种哈佛结构),使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。

                (4)图形处理器(GPU):GPU是图形处理单元的缩写,是一种可执行3D图形渲染等图修的半导体芯片(处理器)。GPU可用于个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备上做图像和图形相关运算工作的微处理器。它可减少对CPU的依赖,并执行部分原本属于CPU的工作,尤其是在3D图形处理中,GPU采用了核心技术(如:硬件T&L、纹理压缩等)保证了3D快速渲染的能力。GPU目前已广泛应用于各行各业,GPU中集成了同时运行在GHz的频率上的成千上万个core,可以高速处理图像数据。最新的GPU峰值性能可高达100TFlops以上

                (5)片上系统(SoC):

                        - 追求产品系统最大包容的集成器件。

                        - 它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。

                        - 同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。

                        - 成功实现了软硬件的无缝结合,直接在微处理器片内嵌入操作系统的代码模块

                        - 减小了系统的体积和功耗、提高了可靠性和设计生产效率。

                        - 狭义角度:信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一片芯片上。

                        - 广义角度:SoC是一个微小型系统,如果说中央处理器(CPU)是大脑,那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。

                        - 国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上,它通常是客户定制的,或是面向特定用途的标准产品。

        2、人工智能芯片

                人工智能(Artificial intelligence,AI)芯片的定义:从广义上讲只要能够运行人工智能算法的芯片都叫做AI芯片。但是通常意义上的AI芯片指的是针对人工智能算法做了特殊加速设计的芯片,现阶段,这些人工智能算法一般以深度学习算法为主,也可以包括其他机器学习算法。

                人工智能芯片四大类(按技术架构分类):

                (1)GPU

                (2)FPGA(现场可编程门阵列)

                (3)ASIC(专用集成电路)

                (4)类脑芯片

                AI芯片的关键特征

                (1)新型的计算范式:AI计算既不脱离传统计算,也具有新的计算特质

                (2)训练和推断:AI系统通常涉及训练和推断过程。

                (3)大数据处理能力:满足高效能机器学习的数据处理要求。

                (4)数据精度:降低精度的设计。

                (5)可重构的能力针对特定领域而不针对特定应用的设计,可以通过重新配置,适应新的AI算法、架构和任务。

                (6)开发工具:AI芯片需要软件工具链的支持

        3、嵌入式微处理器体系结构

        4、总线

                总线是一组能为多个部件分时共享的信息传送线,用来连接多个部件并为之提供信息交换通路。【总线通常是半双工的】

                特点:

                (1)挂接在总线上的多个部件只能分时向总线发送数据,但可同时从总线接收数据。

                (2)通过总线复用方式可以减少总线中信号线的数量,以较少的信号线传输更多的信息。

                (3)从功能上将总线划分为数据总线、地址总线和控制总线。

                (4)从数据传输的方式将总线划分为并行总线和串行总线。

                并行总线:将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。【距离

                穿行总线: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。【距离,传输波特率可调整,正确性依赖于校验码,数据传输方式可以使用多种

四、嵌入式操作系统

        嵌入式操作系统(Embedded Operating System,EOS)是指用于嵌入式系统的操作系统。嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件,负责嵌入式系统的全部软、硬件资源分配、任务调度、控制、协调并行活动等工作。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。

        根据系统对时间敏感程度可将嵌入式系统划分为:

        (1)嵌入式非实时系统

        (2)嵌入式实时系统:能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和外部或内部、同步或异步时间作出响应的系统。

        1、嵌入式实时操作系统

                嵌入式实时操作系统兼具嵌入式操作系统的特点和实时操作系统的特点。

                嵌入式操作系统主要有以下特点:

                (1)微型化(2)代码质量高(3)专业化(4)实时性强(5)可裁剪、可配置

                嵌入式实时操作系统实时性的评价指标

                (1)中断响应和延迟时间

                (2)任务切换时间

                (3)信号量混洗时间

                嵌入式实时操作系统调度算法

                (1)优先级调度算法:系统为每个任务分配一个相对固定的优先顺序。

                (2)抢占式优先级调度算法:根据任务的紧急程度确定该任务的优先级。大多数RTOS调度算法都是抢占方式(可剥夺方式)。

                (3)最早截止期调度算法(EDF算法):根据任务的截止时间头端来确定优先级,对于时间期限最近的任务,分配最高的优先级。指一个任务执行到接近自己的截止期,就优先调度,但是此时自己的截止期不一定是所有任务中最早的。(比较的是任务截止期-执行时间,越小越先执行)
 

                (4)最晚截止期调度算法:根据任务的截止时间末端来确定其优先级,对于时间期限最近的任务,分配最高的优先级。指按每个任务的截止期时间比较,谁的截止期最靠早,谁优先调度执行。(比较就是每个任务的截止期)

        2、操作系统内核架构

                内核是操作系统的核心部分,它管理着系统的各种资源。内核可以看成连接应用程序和硬件的一座桥梁,是直接运行在硬件上的最基础的软件实体。

                目前从内核架构来划分,可分为宏内核(Monolithic Kernel,也称单体内核)和微内核(Micro kernel)。

        3、鸿蒙操作系统

                鸿蒙(Harmony OS)整体采用分层的层次化设计,从下向上依次为:内核层、系统服务层、框架层和应用层。系统功能按照 “系统” - “子系统” - “功能/模块” 逐级展开,在多设备部署场景下,支持根据实际需求裁剪某些非必要的子系统或功能/模块,如图所示。 

        鸿蒙操作系统架构具有4个技术特性:

        (1)分布式架构首次用于终端OS,实现跨终端无缝协同体验

                Harmony OS的 “分布式OS架构” 具有分布式软总线、分布式数据管理、分布式任务调度和虚拟外设等4大能力,将相应分布式应用的底层技术难点对应用开发者屏蔽,使开发者能够聚焦自身业务逻辑,像开发同一终端一样开发跨终端分布式应用,也使最终消费者享受到强大的跨终端业务协同能力为各使用场景带来无缝体验。

        (2)确定时延引擎和高性能IPC技术实现系统天生流畅

                确定时延引擎可在任务执行前分配系统中任务执行优先级及时限进行调度处理,优先级高的任务资源将优先保障调度,应用响应时延降低25.7%。鸿蒙微内核结构小巧的特性使IPC(进程通信间)性能大大提高,进程通信效率较现有系统提成5倍。

        (3)基于微内核架构重塑终端设备可信安全

                Harmony OS采用全新的微内核设计,拥有更强的安全特性和低时延等特点。

                Harmony OS架构的系统安全性主要体现在搭载Harmony OS的分布式终端上,可以保证 “正确的人,通过正确的设备,正确的使用数据”。这里通过 “分布式多端协同身份认证” 来保证 “正确的人” ,通过 “在分布式终端上构筑可信运行环境” 来保证 “正确的设备” ,通过 “分布式数据在跨终端流动的过程中,对数据进行分类分级管理” 来保证 “正确的使用数据”。

        (4)通过统一IDE支撑一次开发,多端部署,实现跨终端生态共享。 

五、嵌入式数据库

        与数据库相比,嵌入式数据库系统有以下几个主要特点:

        (1)嵌入式(2)实时性(3)移动性(4)伸缩性

        1、嵌入式数据库分类

                关于嵌入式数据库:

                实际上,嵌入式网络数据库是把功能强大的远程数据库映射到本地数据库,使嵌入式设备访问远程数据库就像访问本地数据库一样方便

                嵌入式网络数据库主要由三部分组成:客户端、通信协议和远程服务器。客户端主要负责提供接口给嵌入式程序,通信协议负责规范客户端与远程服务器之间的通信,还需要解决多客户端的并发问题,远程服务器负责维护服务器上的数据库数据。

                这里要说明的是,由嵌入式网络数据库、嵌入式本地数据库(内存或文件)和嵌入式Web服务器等构成了综合的嵌入式综合信息系统

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/76817.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

postman token 请求头添加

思路: 1、登录成功后将 得到的token设置为集合变量 2、在需要携带Authorization的请求头上使用该集合变量 关键代码 const responseData pm.response.json(); if(responseData.code 1) {// 获取tokenconst {data:{token}} responseData// 设置为集合变量pm.colle…

编译OpenWrt内核驱动

编译OpenWrt内核驱动可以参考OpenWrt内部其它驱动的编写例程,来修改成自己需要的驱动 一、OpenWrt源代码获取与编译 1.1、搭建环境 下载OpenWrt的官方源码: git clone https://github.com/openwrt/openwrt.git1.2、安装编译依赖项 sudo apt update -…

vue中如何给特殊字段设置插槽

大纲: <template><div><div><span>卡号</span><el-input type"text" v-model"cardNo" clearable placeholder"请输入卡号" /><el-button type"primary" plain icon"el-icon-search"…

我们如何在工作与生活中找到平衡点?

找到工作与生活中的平衡点是每个人都必须面对的问题。以下是一些建议&#xff0c;可以帮助你在工作和生活之间找到平衡&#xff1a; 制定时间表&#xff1a;确保你有足够的时间来处理工作和生活中的各种任务。为工作、学习和个人生活设定优先级&#xff0c;并确保时间分配合理…

ElasticSearch第三讲:ES详解 - Elastic Stack生态和场景方案

ElasticSearch第三讲&#xff1a;ES详解 - Elastic Stack生态和场景方案 本文是ElasticSearch第三讲&#xff0c;在了解ElaticSearch之后&#xff0c;我们还要了解Elastic背后的生态 即我们常说的ELK&#xff1b;与此同时&#xff0c;还会给你展示ElasticSearch的案例场景&…

浅谈限流式保护器在高校防火工作的应用

安科瑞 华楠 【摘要】摘要&#xff1a;为了预防火灾和减少火灾带来的危害&#xff0c;保护校园和师生生命财产安全&#xff0c; 建和谐安宁的校园环境&#xff0c;保障学校安全稳定发展&#xff0c;我们必须要时刻拧紧消防安全这弦&#xff0c;时刻注意这根高压线。随着近年来…

el-select下拉框定位问题

1.当el-select所在页面滚动时或者el-select上面区域高度发生变化时&#xff0c;定位存在偏差 2.解决办法&#xff1a; 1. el-select自带属性popper-append-to-body&#xff1a;true&#xff0c;可能会无效 2.设置ref,监听高度变化或者滚动时&#xff0c;手动执行刷新方法&…

应用在汽车新风系统中消毒杀菌的UVC灯珠

在病毒、细菌的传播可以说是一个让人敏感而恐惧的事情。而对于车内较小的空间&#xff0c;乘坐人员流动性大&#xff0c;更容易残留细菌病毒。车内缺少通风&#xff0c;残留的污垢垃圾也会滋生细菌&#xff0c;加快细菌的繁殖。所以对于车内消毒就自然不容忽视。 那么问题又来…

算法:贪心---跳一跳

1、题目&#xff1a; 给你一个非负整数数组 nums &#xff0c;你最初位于数组的 第一个下标 。数组中的每个元素代表你在该位置可以跳跃的最大长度。 判断你是否能够到达最后一个下标&#xff0c;如果可以&#xff0c;返回 true &#xff1b;否则&#xff0c;返回 false 。 2…

【SpringMvc 丨跨域】

Spring MVC 支持跨域处理&#xff08;CORS&#xff09;。 CORS 简介处理CORS 过滤器CrossOrigin注解java配置xml配置 主页传送门&#xff1a;&#x1f4c0; 传送 简介 跨域是指在浏览器的同源策略下&#xff0c;不能执行其他网站的脚本。它是由浏览器的安全限制造成的&#xf…

2023-9-12 完全背包问题

题目链接&#xff1a;完全背包问题 初版(时间复杂度拉满) #include <iostream> #include <algorithm>using namespace std;const int N 1010;int n, m; int v[N], w[N]; int f[N][N];int main() {cin >> n >> m;for(int i 1; i < n; i ) cin >…

欧洲汽车制造商押注电力合成燃料 | 2023中国可持续燃料峰会

欧洲几家汽车制造商表示&#xff0c;所谓的电力合成燃料(e-fuels&#xff0c;利用可再生电力合成的化石燃料&#xff0c;又称电子燃料)将在欧洲汽车行业的未来发挥关键作用&#xff0c;它们相信&#xff0c;布鲁塞尔方面在替代燃料问题上的让步&#xff0c;将使它们能够在未来1…

VoxWeekly|The Sandbox 生态周报|20230904

欢迎来到由 The Sandbox 发布的《VoxWeekly》。我们会在每周发布&#xff0c;对上一周 The Sandbox 生态系统所发生的事情进行总结。 如果你喜欢我们内容&#xff0c;欢迎与朋友和家人分享。请订阅我们的 Medium 、关注我们的 Twitter&#xff0c;并加入 Discord 社区&#xf…

Python - PyQt6、QDesigner、pyuic5-tool 安装使用

Python 开发可视化界面可以使用原生的 tkinter&#xff0c;但是原生框架使用起来颇为不方便&#xff0c;所以最流行的还是QT UI框架&#xff0c;QT是使用C语言开发&#xff0c;Python 想使用需要对其进行封装&#xff0c;所以就出现了PyQt框架&#xff0c;这个框架使用极其方便…

u盘制成系统盘之后如何让恢复普通盘

U盘装完pe后怎么还原成普通U盘 1.插入U盘&#xff0c;按WindowsR 输入diskpart 2.输入“list disk”回车&#xff0c;查看U盘代号&#xff0c;例如下图里我的U盘代号是磁盘1&#xff08;你的不一定是1&#xff0c;一定要分清楚&#xff09; 3.输入“select disk 2”选中U盘磁…

学习day59

昨天学了插槽&#xff0c;但是没有即笔记了 今天的是vuex 总体来说&#xff0c;vuex就是一个共享单车&#xff0c;每个人都可以使用他&#xff0c;也可也对他进行反馈。即把一个数据列为vuex&#xff0c;然后每个组件可以使用这个对象&#xff0c;也可也反过来反馈他 这一个设…

vim的使用介绍以及命令大全

懒羊羊感谢大家的关注和三连支持~ 目录 前言 一、vim的使用介绍 二、命令大全 1.命令模式 &#xff08;1&#xff09;复制&#xff08;配合粘贴命令p使用&#xff09; &#xff08;2&#xff09;剪切 &#xff08;3&#xff09;粘贴 &#xff08;4&#xff09;删除 …

centos安装flink,通过windows访问webui

1. 安装flink 1.1. flink的下载 通过flink官网下载flink安装包 https://flink.apache.org/ 下载安装包 1.2 flink在centos上的安装 将下载好的flink-1.17.1-bin-scala_2.12.tgz安装包放到centos目录下 解压文件&#xff1a; [rootlocalhost ~]# tar -zxvf flink-1.17.…

数据分享|WEKA信贷违约预测报告:用决策树、随机森林、支持向量机SVM、朴素贝叶斯、逻辑回归...

完整报告链接&#xff1a;http://tecdat.cn/?p28579 作者&#xff1a;Nuo Liu 数据变得越来越重要&#xff0c;其核心应用“预测”也成为互联网行业以及产业变革的重要力量。近年来网络 P2P借贷发展形势迅猛&#xff0c;一方面普通用户可以更加灵活、便快捷地获得中小额度的贷…

【广州华锐互动】云智慧工厂数字孪生:打造高效、灵活的智能制造新模式

随着工业4.0的到来&#xff0c;数字孪生技术逐渐成为实现工业生产智能化升级的关键。云智慧工厂数字孪生利用先进的数字化技术&#xff0c;创建物理实体的虚拟模型&#xff0c;实现对生产过程的实时监控、优化与管理。 云智慧工厂数字孪生是指通过数字孪生技术&#xff0c;构建…