卷梦残缇
0%

发表于 更新于

嵌入式基础知识

  1. 嵌入式系统与通用计算机一样，硬件的主体都是
  2. 带有微处理器的专用软硬件系统都可以被称为嵌入式系统（服务器是网络环境的高性能计算机，不属于嵌入式系统）、
  3. 模拟信号的数字化分为四步：扫描、分色、取样、量化
  4. 数字信号处理器（DSP）（不是DPS！！！）：适合处理音频、视频灯数字信号的数据据处理效率（不是文字和图形用户界面）
  5. 量化后的样本一般都用8位、12位或16位二进制整数来表示，称为量化精度
  6. 嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，人们日常使用的通用计算机不是典型的嵌入式系统
  7. alt text
  8. 嵌入式系统按产品形态分为三类：

系统级产品：完整的设备，如智能手机、智能家居，直接使用。

板级产品：核心电路板，如Arduino、Raspberry Pi，需要进一步开发。

片级产品：核心芯片，如ARM Cortex、Intel Atom，需与其他组件集成。
19. I/O口也包括蓝牙接口、WiFi接口等等
25. 嵌入式系统通常包含以下几个关键组成部分：

  • 处理器（CPU）：
    类型：微控制器（MCU）、微处理器（MPU）、数字信号处理器（DSP）。

  • 功能：执行控制和处理任务。

  • 存储器：
    类型：RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）、Flash存储器。

  • 功能：存储程序代码和数据。

  • 输入/输出接口（I/O）：
    类型：GPIO（通用输入输出）、UART（通用异步收发传输器）、SPI（串行外设接口）、I2C（ inter-integrated circuit）。

  • 功能：与外部设备通信。

  • 操作系统（可选）：
    类型：实时操作系统（RTOS）、嵌入式Linux。

  • 功能：管理硬件资源和任务调度。

  • 软件：
    类型：固件、应用程序。

  • 功能：实现特定功能和控制逻辑。

  • 电源管理：

  • 功能：提供和管理系统电源。

  • 外围设备：
    类型：传感器、执行器、显示器。

  • 功能：与环境交互。

  1. 路由器也是一种嵌入式系统
  2. 通用计算机 CPU 为追求极致运算速度，常采用高主频设计。但嵌入式系统 CPU 更注重满足特定应用需求，并非一味追求高主频。高主频会带来高功耗、高发热等问题，这对于嵌入式系统尤其是对功耗、散热要求严苛的场景是不利的，所以高主频不是嵌入式系统 CPU 特点。
  3. DSP不是一种高性能通用微处理器，而是一种专用于数字信号处理的微处理器
  4. 量化位数=波形声音的码率/（取样频率x声道数）（1kB=810的三次方bit）*
  5. 片上系统SoC也成为系统级芯片，称为嵌入式处理芯片的主流发展趋势了，再集成电路加工工艺进入纳米时代之前就已经出现了
  6. 嵌入式存储器是陷入是系统硬件必不可少的组成部分，按照存取特性可以分为RAM和ROM，RAM包括静态和动态两种形式，即SRAM和DRAM，都是易失性存储器，掉电后信息丢失；ROM是只读存储器，用户不能随意变更其中的内容。
  • Mask ROM是基于淹没工艺技术的只读存储器，一诞生就不可以该百年信息，主要用于不可以升级的成熟产品存储程序或不变的参数等信息；
  • SSD是固态硬盘的缩写，具有读写速度快，功耗低等优点；闪存（Flash Memory）是一种非易失性存储器，是只读。存储器
  1. 低端系统一般在工业领域和加蒂纳领域有比较高的使用率。AMBA是只有ARM公司遵守，别的公司不遵守
    alt text
  2. 异步串行接口：是一种按位（bit）依次传输数据的通信接口，数据传输时没有统一的时钟信号进行同步，而是依靠数据帧中的起始位、停止位等标志来区分数据的开始和结束，常见的如 RS - 232 - C、UART（通用异步收发器）等都属于异步串行接口 。
    通用串行总线式接口（USB）：是由多家公司为简化 PC 与外设之间的互连而共同研究开发的一种标准化连接器，支持各种 PC 与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成（IEEE1394和以太网接口也都是通用串行总线式接口）
  3. AMBA总线主要有三种总线，所以是并行而非串行
  4. 数字电路：处理离散的数字信号，只有高电平和低电平两种状态，用 “0” 和 “1” 表示。
    模拟电路：处理连续变化的模拟信号，信号的幅度、频率等参数可在一定范围内连续取值。
    射频电路：处理的是高频模拟信号，频率通常在 300kHz～300GHz 之间。
  5. alt text
  6. 闪存卡（如CF、SD卡）都是外存，一般断电后能保存但是速度慢；RAM是内存，断电后不能保存但是速度快。
  7. alt text
  8. alt text
  9. alt text
    alt text
  10. alt text
  11. alt text
  12. 串行通信协议和并行通信协议
    串行通信协议：数据按位（bit）依次顺序传送，在一条传输线上逐位传输数据，比如常见的 USB、SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口 ）、I2C（Inter - Integrated Circuit，集成电路总线 ）等都属于串行通信协议。它只需一对传输线（如 USB 的两根数据线 ）就能实现双向通信，成本较低，适用于远距离通信，但在早期通常被认为传送速度较慢。不过，随着技术发展，串行通信能通过不断提高时钟频率来提升传输速率，在高速传输领域应用越来越广泛。
    并行通信协议：数据的每一位同时在多根数据线上发送或者接收，通常以字或者字节为单位并行传输，比如早期计算机中 CPU 与内存之间的数据传输、8080 并行通信协议等。并行通信在时钟线频率相同的情况下，若有多条数据线，传输速度理论上会比串行通信快。例如 8 总线的并行通信速度在理想情况下是串行通信的 8 倍。但并行通信存在一些缺点，如需要较多的物理通道，成本较高，且随着时钟频率提高，并行导线之间的相互干扰会越来越严重，不适合远距离通信。
  13. 局域网
    局域网（Local Area Network，LAN）是在局部范围（如家庭、学校、企业园区等）内由多台计算机或其他设备通过网络设备（如交换机、路由器等）连接组成的计算机网络。

故：局域网和广域网（大的局域网）可以组成互联网
92. alt text
93. alt text
98. alt text
100. 功耗越来越高
106. 平板电脑也大多用的是SOC片上系统，而不是Intel处理器
108. 图像数据量=图像水平分辨率图像垂直分辨率像素深度/8.
alt text
上图看出来像素深度是24的原因：2^24≈1600万，故24
111. 嵌入式系统中负责运行系统软件和应用软件的处理器称为中央处理器
116. 嵌入式处理器的字长指的是处理器中通用寄存器和定点运算器的二进位宽度
（定点运算器是负责执行算术运算（如加、减、乘、除）和逻辑运算（如与、或、非）的部件。）
（通用寄存器是嵌入式处理器中可用于多种用途的存储单元，用于暂存数据、地址或指令等信息。）
118. 用于机机交互的设备：①各种类型的传感器、各种伺服执行机构
119. alt text
122. 冯诺依曼结构：地址空间和数据空间分开了
哈佛结构：地址空间和数据空间不分开
127. 数码相机中有一个8位的MCU,负责进行操作控制；DSP来负责数字图像处理
128. 嵌入式处理芯片通常是超大规模和极大规模，不是大规模。
129. GB2312（都为双字符）是我国目前广泛使用的汉字编码国家标准之一，包含西文、俄文等其他字符
GB18030（单字节编码表示ASCII，双字节编码表示汉字）
UTF-8采用单子节可变长编码（有1、2、3、4个字节）,UTF-16表示的是双子节可变长编码（有2、4个字节可以使用）
alt text
134. alt text
136. 图像的量化是：扫描、分色、取样、量化
137. alt text
138. WiFi无线局域网：主要用的是2.4GHz和5.8GHz（不是2.4MHz和5.8MHz）
140. alt text
148. GB18030采用不等长编码，而不是不等长双字节编码（因为有1、2、4位）
155. ASCII不包含注音符号、希腊字母、拉丁字母、控制字符，包含日文片假名
164. alt text
167. 码率=取样频率x量化位数x声道数
167. RISC和CISC区别：
alt text
169. 手机和平板电脑通过 WiFi 接入互联网时，WiFi 路由器所连接的网络可能是通过 ADSL、Cable Modem
或光纤接入等方式获得的网络 。也就是说，WiFi 接入的网络来源可以与 ADSL、Cable Modem 和光纤接入等方式相关，
169. 寄存器与Cache分别是什么：
Cache和寄存器都是计算机中用于存储数据的部件，但它们在功能、速度、容量等方面有所不同，以下是用通俗的方式对它们的解释：

Cache（高速缓冲存储器）

  • 是什么：可以把Cache想象成一个小而快的“私人图书馆”。它是位于CPU和主内存之间的一种高速存储部件，
    用来临时存放CPU近期可能会频繁使用的数据和指令。
  • 有什么用：CPU的运行速度非常快，而主内存的速度相对较慢，就好像一个人看书的速度很快，
    但去大图书馆找书的速度比较慢。Cache的作用就是在CPU和主内存之间起到一个缓冲的作用，
    把CPU可能马上要看的“书”（数据和指令）提前从主内存这个大图书馆里拿出来，放在这个小而快的“私人图书馆”里，
    这样CPU需要这些数据和指令时，就能以更快的速度找到，不用每次都去主内存这个大图书馆里慢慢找，
    从而大大提高了CPU的工作效率。

寄存器

  • 是什么：可以把寄存器理解为CPU身边的几个非常小但超级方便的“口袋”。
    它是CPU内部用来暂时存储数据和指令的最快速的存储单元，数量比较少，通常只有几个到几十个。
  • 有什么用：因为寄存器就在CPU内部，所以CPU访问寄存器的速度是最快的，就像人伸手到自己身边的口袋拿东西一样快。
    CPU在进行运算的时候，会把马上要用到的数据和指令先放在这些“口袋”里，这样在运算时就能以最快的速度拿到数据进行处理，
    不用再到其他地方去取数据，能让CPU的运算速度达到最快。比如在做加法运算时，会把要相加的两个数先放在寄存器里，
    然后CPU直接从寄存器中取出这两个数进行相加，得出结果后也可以先放在寄存器里，方便后续使用。
  1. alt text
  2. 在 IPv4 的 C 类地址中，每个网络最多连接 254 台计算机，原因如下：
    地址构成：C 类 IP 地址由 3 字节（24 位）的网络地址和 1 字节（8 位）的主机地址组成。8 位主机地址用二进制表示的范围是从 00000000 到 11111111 。
    特殊地址：在这 8 位主机地址中，全 0 和全 1 的地址有特殊用途。主机地址全为 0（如 192.168.1.0，这里假设 192.168.1 是网络号部分）表示网络本身，用于标识整个网络；主机地址全为 1（如 192.168.1.255 ）是广播地址，用于向该网络内所有主机发送广播消息。这两个地址不能分配给实际的计算机。
    可用地址计算：因为 8 位主机地址总共能表示 2⁸ = 256 个不同的状态，减去全 0 和全 1 这两个特殊地址，所以剩下 254 个地址可用于分配给网络中的计算机，即每个 C 类网络最多只能包含 254 台计算机。

A. 将有线通信网络与无线网络进行互连
通常由无线接入点（AP）等设备担任。AP 可以接收有线网络的信号，并将其转换为无线信号发射出来，供无线设备连接；同时也能将无线设备发送的信号转换为有线信号传输到有线网络中，实现有线和无线通信网络的互连。

B. 将多个异构或同构的物理网络进行互连
主要由路由器担任。路由器工作在网络层，它能够根据网络层的地址（如 IP 地址），将数据包从一个网络转发到另一个网络。无论是不同类型的网络（异构网络，如以太网和令牌环网），还是相同类型的网络（同构网络，如多个以太网），路由器都能实现它们之间的互连，并进行数据包的路由选择和转发，以确保数据在不同网络间的正确传输。

C. 放大传输信号，实现远距离数据传输
一般由中继器或放大器担任。中继器是一种简单的网络设备，它会接收并重新生成信号，在信号传输过程中对衰减的信号进行放大和整形，以延长信号的传输距离，从而实现远距离数据传输。放大器则更侧重于对信号的功率放大，提高信号强度，也可用于增强信号传输距离。

D. 用于传输层及以上各层的协议转换
主要由网关担任。网关是一种复杂的网络设备，它可以在不同的协议栈之间进行转换，不仅能处理传输层（如 TCP、UDP 协议）的协议转换，还能处理应用层等更高层次的协议转换。例如，当一个基于 IPv4 协议的网络要与一个基于 IPv6 协议的网络进行通信时，网关可以进行两种协议之间的转换，使得不同协议的网络能够相互通信和交互数据。
172. 像素深度就是量化位数
173. 固定电话通信中使用PCM编码的码率为64kb/s
175. 量化位数：表示每个像素或采样点颜色、声音等信息的二进制位数，是具体数字。

量化精度：衡量模拟信号转数字信号时幅度量化的精确程度，由量化位数体现，位数越多精度越高。
176. alt text
180. www网页中包含的指向其他网页的超链是又向的，起点位置成为链源，目的地称为链宿，是典型的超文本结构。
181. - 字符的形状又两种描述方法：点阵法和轮廓法（不是扫描法）

  • 电子文档交换的文件格式是MPEG-4
    • BMP：每个文件存放一幅图像
  • JPEG：静止图像数据要缩编码的国际标准
  • TIF：支持多种压缩方法
    • MPEG-2（最常用）：数字有线电视转播、数字有限电视、DVD
  • MPEG-4：监控、IPTV、手机、MP4播放器
  1. 音频信号量化后的样本一般用8、12、16位的二进制整数表示（也就是量化精度）
  2. alt text
  3. 由于语音信号的频率仅为300~2400Hz，因此电话通信语音的取样频率为8kHz，而音乐是全频带信号，取样频率通常在40kHz以上

哈夫曼编码是一种无损压缩编码
206. JPEG关注的是静态图像，GIF、AVI、MP4都可以将多张图像保存在同一个文件中，形成动画的效果
207. 数字图像的位平面数目就是像素颜色分量的数目
212. GIF是无损的
213. WAV是未压缩，不是无损压缩！
217. - A选项：C类IP地址适用于小规模局域网，而非中型网络。

  • C选项：C类IP地址可用于多目地址发送（组播） 。
  • D选项：C类IP地址二进制表示中最高3位是“110”，不是“101” 。
  1. 光纤的强度差
  2. alt text
    alt text
  • EEPROM是一种非易失性存储器，通过专用设备离线修改才可以
  • GIF是静态和动态都可以
  • 拉丁字母源自希腊字母，故拉丁字母在ASCII中，希腊字母没有
  • 音频：量化位数
  • 图像：像素深度
  • alt text