軟考：高級軟件架構(gòu)師學(xué)習(xí)筆記——嵌入式技術(shù)

學(xué)前說兩句

嵌入式技術(shù)在整個架構(gòu)師軟考中占比也不是太高，而且和其它的章節(jié)關(guān)聯(lián)度不是太高，我當(dāng)時準(zhǔn)備了鴻蒙操作系統(tǒng)，也沒有考，這個章節(jié)還是比較簡單的，主要是看幾遍刷刷題就好了，不需要理解啥。

課程概要

嵌入式系統(tǒng)概述

硬件抽象層是為了解決操作系統(tǒng)和硬件層之間的關(guān)系，抽象硬件層

中間件層：屏蔽底層操作系統(tǒng)層
板級支持包：易抑制

嵌入式組成部件（硬件）

典型架構(gòu)層次架構(gòu)

遞歸架構(gòu)

層次化模式架構(gòu)核心知識

1. 核心結(jié)構(gòu)

• 分層依賴：高層抽象依賴低層具體實(shí)現(xiàn)，通過接口交互。例如應(yīng)用層調(diào)用操作系統(tǒng)API，操作系統(tǒng)管理硬件驅(qū)動。
• 雙類型分類
• • 封閉型：嚴(yán)格限制層間調(diào)用（如只能調(diào)用同層或下一層），確保高移植性（如嵌入式系統(tǒng)跨平臺適配）。
  • 開放型：允許跨多層調(diào)用，優(yōu)化性能（如實(shí)時系統(tǒng)直接訪問硬件加速模塊）。

1. 關(guān)鍵優(yōu)勢

• 模塊化清晰，故障隔離（如某層故障不影響其他層）。
• 接口標(biāo)準(zhǔn)化，降低開發(fā)復(fù)雜度（如POSIX標(biāo)準(zhǔn)接口）。

1. 核心機(jī)制

• 雙向開發(fā)流
• • 自頂向下：從系統(tǒng)級需求分解為子系統(tǒng)（如先定義網(wǎng)絡(luò)模塊，再細(xì)化協(xié)議棧）。
  • 自底向上：從基礎(chǔ)組件構(gòu)建高級功能（如先實(shí)現(xiàn)傳感器驅(qū)動，再集成環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)）。
• • 包含關(guān)系迭代：通過重復(fù)嵌套對象/子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能（如嵌套的異常處理機(jī)制）。

1. 關(guān)鍵優(yōu)勢

• 靈活適應(yīng)需求變化（如快速調(diào)整算法模塊位置）。
• 協(xié)作式開發(fā)支持（如多個團(tuán)隊(duì)并行開發(fā)不同層級模塊）。

歷史階段

一句話說明

核心差異點(diǎn)

單片微型計算機(jī)

（SCM）

將CPU、存儲器、I/O接口集成于單一芯片，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)計算與控制功能

首次實(shí)現(xiàn)"

芯片級系統(tǒng)

"概念，奠定嵌入式物理基礎(chǔ)

微控制器（MCU）

集成ADC/DAC、定時器等外設(shè)并引入低功耗設(shè)計，提升系統(tǒng)可靠性

從"純計算"轉(zhuǎn)向"計算+外設(shè)"集成，支持復(fù)雜控制場景

片上系統(tǒng)（SoC）

集成GPU/DSP/

基帶處理器

等專用模塊，支持多媒體處理與

異構(gòu)計算

從"

通用計算

"轉(zhuǎn)向"專用計算"集成，實(shí)現(xiàn)片上

異構(gòu)架構(gòu)

聯(lián)網(wǎng)嵌入式

集成TCP/IP協(xié)議棧與無線通信模塊，支持物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與云端交互

從"單機(jī)運(yùn)行"轉(zhuǎn)向"設(shè)備-云端"雙向通信，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)

智能云化

集成AI加速單元并支持邊緣-云端協(xié)同，實(shí)現(xiàn)實(shí)時智能決策

從"被動響應(yīng)"轉(zhuǎn)向"主動智能"，形成"端-邊-云"三級架構(gòu)

嵌入式微處理器

SOC不只是一款有運(yùn)算能力的芯片

嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)的定義

按時間敏感度進(jìn)行分類

還有一個特點(diǎn)就是固化，可裁剪、可配置是說可定制化

沒有明確在什么時間內(nèi)處理完成

嵌入式操作系統(tǒng)調(diào)度算法

按安全進(jìn)行分類

操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)微內(nèi)核和宏內(nèi)核

操作系統(tǒng)的空間分為用戶空間和內(nèi)核空間

按照內(nèi)核空間的復(fù)雜程度可以分為宏內(nèi)核和微內(nèi)核，可以看到，宏內(nèi)核（單體內(nèi)核）內(nèi)部的功能很多，而微內(nèi)核的功能不多，然后把一部分功能放到了用戶空間來做了。

優(yōu)缺點(diǎn)

微內(nèi)核代碼量少，一般不會相互調(diào)用的，而且性能偏低

為什么說微內(nèi)核適合于分布式系統(tǒng)呢？

在微內(nèi)核中，客戶進(jìn)程通過核心態(tài)請求到用戶態(tài)中的服務(wù)器，是一種B/S架構(gòu)，所以可以分布式調(diào)用。

鴻蒙系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)

鴻蒙系統(tǒng)使用的是微內(nèi)核

嵌入式數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)

按照數(shù)據(jù)存儲位置進(jìn)行分類

嵌入式軟件開發(fā)

中斷和查詢是IO數(shù)據(jù)傳輸方式的兩種。中斷情況下微處理器的效率會更高一些

思維導(dǎo)圖

# 嵌入式技術(shù) - 核心知識思維導(dǎo)圖 │ ├── 0?? 嵌入式系統(tǒng)概述 (★★) │ ├── 基本概念 │ │ ├── 以應(yīng)用為中心， 計算機(jī)技術(shù) 為基礎(chǔ) │ │ ├── 軟硬件可配置、可裁剪 │ │ ├── 滿足功能、可靠性、成本、體積、功耗要求 │ │ └── 作為部件埋藏于控制裝置中 │ ├── 組成 │ │ ├── 嵌入式處理器 │ │ ├── 相關(guān)支撐硬件 │ │ ├── 嵌入式操作系統(tǒng) │ │ ├── 支撐軟件 │ │ └── 應(yīng)用軟件 │ ├── 嵌入式中間件 │ │ └── 作用：抽象底層硬件 │ ├── 典型架構(gòu) │ │ ├── 層次化模式架構(gòu) │ │ │ ├── 封閉型 │ │ │ │ └── 一層中的對象只能調(diào)用同一層或下一底層（封裝移植性好） │ │ │ └── 開放型 │ │ │ └── 一層中的對象可以調(diào)用任意一層（性能好） │ │ └── 遞歸模式架構(gòu) │ │ ├── 自頂向下 │ │ │ └── 從系統(tǒng)層級開始，標(biāo)識結(jié)構(gòu)對象，分為 子系統(tǒng) ，向下推進(jìn) │ │ └── 自底向上 │ │ └── 專注于域的構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)級的抽象 │ └── 初始化過程 │ ├── 片級初始化 │ ├── 板級初始化 │ └── 系統(tǒng)級初始化 │ ├── 1?? 嵌入式硬件 (★★) │ ├── 發(fā)展歷程 │ │ ├── 第一階段：單片微型計算機(jī)（SCM） │ │ ├── 第二階段：微控制器（MCU） │ │ ├── 第三階段：片上系統(tǒng)（SoC） │ │ ├── 第四階段：以Internet為基礎(chǔ) │ │ └── 第五階段：智能化、云技術(shù)推動 │ └── 嵌入式微處理器 │ ├── MPU（微處理器） │ ├── MCU（微控制器， 單片機(jī) ） │ ├── DSP（信號處理器， 哈佛結(jié)構(gòu) ） │ ├── GPU（ 圖形處理器 ） │ │ └── 峰值性能可高達(dá)100 TFlops以上 │ └── SoC（片上系統(tǒng)） │ ├── 不只是一塊 處理器芯片 │ ├── 是一個微小型系統(tǒng) │ ├── CPU是大腦 │ ├── SoC包含：大腦、心臟、眼睛和手 │ ├── 集成微處理器 、模擬IP核、數(shù)字IP核、存儲器 │ └── 面向特定用途的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 │ ├── 2?? 嵌入式操作系統(tǒng) (★★★) │ ├── 定義與特點(diǎn) │ │ ├── 負(fù)責(zé)軟硬件資源分配、任務(wù)調(diào)度 │ │ ├── 包括底層驅(qū)動、內(nèi)核、設(shè)備接口、 通信協(xié)議 、圖形界面等 │ │ ├── 微型化 │ │ ├── 代碼質(zhì)量高 │ │ ├── 專業(yè)化 │ │ ├── 實(shí)時性強(qiáng) │ │ ├── 可裁剪、可配置 │ │ └── 可固化 │ ├── 系統(tǒng)分類 │ │ ├── 按時間敏感度 │ │ │ ├── 嵌入式非實(shí)時系統(tǒng) │ │ │ └── 嵌入式實(shí)時系統(tǒng) │ │ └── 按安全性要求 │ │ ├── 安全攸關(guān)系統(tǒng) │ │ └── 非安全攸關(guān)系統(tǒng) │ ├── 實(shí)時操作系統(tǒng) 實(shí)時性評價指標(biāo) │ │ ├── 中斷響應(yīng)和延遲時間 │ │ ├── 任務(wù)切換時間 │ │ └── 信號量 混洗時間 │ ├── 實(shí)時操作系統(tǒng)調(diào)度算法 │ │ ├── 時間片輪轉(zhuǎn) │ │ ├── 優(yōu)先級調(diào)度 │ │ │ ├── 系統(tǒng)為每個任務(wù)分配一個相對固定的優(yōu)先順序 │ │ │ └── 調(diào)度程序 根據(jù)優(yōu)先級的高低排序 │ │ ├── 搶占式優(yōu)先級調(diào)度 │ │ │ ├── 在 優(yōu)先級算法 的基礎(chǔ)上，允許高優(yōu)先級搶占低優(yōu)先級任務(wù) │ │ │ └── 根據(jù)緊急程度確定該任務(wù)的優(yōu)先級 │ │ ├── RMS（單調(diào)速率調(diào)度） │ │ │ └── 任務(wù)周期越短，優(yōu)先級越高 │ │ ├── EDF（最早截止期調(diào)度） │ │ │ └── 根據(jù)任務(wù)截止時間頭端來確定優(yōu)先級 │ │ └── LLF（最低松弛度優(yōu)先） │ │ └── 根據(jù)任務(wù)截止時間末端來確定優(yōu)先級 │ └── 操作系統(tǒng) 內(nèi)核架構(gòu) │ ├── 核心概念：操作系統(tǒng)內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，管理各種資源 │ ├── 單體內(nèi)核（宏內(nèi)核） │ │ ├── 將圖形、 設(shè)備驅(qū)動 及文件系統(tǒng)等功能全部在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn) │ │ ├── 優(yōu)點(diǎn)：效率高 │ │ └── 缺點(diǎn)：內(nèi)核龐大，穩(wěn)定性安全性差 │ └── 微內(nèi)核 │ │ ├── 只實(shí)現(xiàn)基本功能，將圖形系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動及通信功能放在內(nèi)核之外 │ │ ├── 代表：鴻蒙操作系統(tǒng) │ │ ├── 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)清晰、可裁剪、安全穩(wěn)定 │ │ └── 缺點(diǎn)：性能偏低 │ ├── 3?? 鴻蒙操作系統(tǒng) (★★★) │ ├── 技術(shù)特性 │ │ ├── 分布式架構(gòu) │ │ ├── 確定時延引擎 + 高性能IPC │ │ ├── 基于微內(nèi)核架構(gòu)的可信安全 │ │ └── 統(tǒng)一IDE，一次開發(fā)多端部署 │ └── 架構(gòu)層次 │ ├── 內(nèi)核層（微內(nèi)核設(shè)計） │ ├── 系統(tǒng)服務(wù)層 │ ├── 框架層 │ └── 應(yīng)用層 │ ├── 4?? 嵌入式數(shù)據(jù)庫 (★) │ ├── 特點(diǎn) │ │ ├── 嵌入式 │ │ ├── 實(shí)時性 │ │ ├── 移動性 │ │ └── 伸縮性 │ └── 分類 │ ├── 基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫（MDB） │ ├── 基于文件的數(shù)據(jù)庫（FDB） │ │ └── 安全性低，但滿足空間/時間要求 │ └── 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫（NDB） │ ├── 客戶端 + 通信協(xié)議 + 遠(yuǎn)程服務(wù)器 │ ├── 無需解析SQL，客戶端小 │ └── 不正確的是：以文件方式存儲 │ ├── 5?? 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 (★) │ ├── 軟件開發(fā)與調(diào)試 │ │ └── JTAG（ 國際標(biāo)準(zhǔn)測試 協(xié)議） │ └── 功耗控制 │ ├── 軟硬件協(xié)同設(shè)計 │ ├── 編譯優(yōu)化 │ ├── 減少持續(xù)運(yùn)行時間（算法優(yōu)化） │ ├── 用“中斷”代替“查詢” │ └── 電源有效管理 │ └── 6?? 習(xí)題與考點(diǎn)提示 (★★★) ├── 嵌入式中間件作用：抽象底層硬件 ├── 典型架構(gòu)：層次化 + 遞歸模式 ├── GPU峰值性能：100 TFlops以上 ├── 實(shí)時操作系統(tǒng)特點(diǎn)：不包括“通用性” ├── 實(shí)時系統(tǒng)響應(yīng)時間：被控對象允許的時間范圍內(nèi) ├── 微內(nèi)核特征：不包括“功能代碼互相調(diào)用，性能很高” ├── 鴻蒙內(nèi)核：微內(nèi)核，不是宏內(nèi)核 └── NDB特征：不包括“以文件方式存儲”