学前说两句

嵌入式技术在整个架构师软考中占比也不是太高，而且和其它的章节关联度不是太高，我当时准备了鸿蒙操作系统，也没有考，这个章节还是比较简单的，主要是看几遍刷刷题就好了，不需要理解啥。

课程概要

嵌入式系统概述

硬件抽象层是为了解耦操作系统和硬件层之间的关系，抽象硬件层

中间件层：屏蔽底层操作系统层
板级支持包：易抑制

嵌入式组成部件（硬件）

典型架构

层次架构

递归架构

层次化模式架构核心知识

1. 核心结构
   • 分层依赖：高层抽象依赖低层具体实现，通过接口交互。例如应用层调用操作系统API，操作系统管理硬件驱动。
   • 双类型分类：
     • 封闭型：严格限制层间调用（如只能调用同层或下一层），确保高移植性（如嵌入式系统跨平台适配）。
     • 开放型：允许跨多层调用，优化性能（如实时系统直接访问硬件加速模块）。
2. 关键优势
   • 模块化清晰，故障隔离（如某层故障不影响其他层）。
   • 接口标准化，降低开发复杂度（如POSIX标准接口）。

递归模式架构核心知识

1. 核心机制
   • 双向开发流：
     • 自顶向下：从系统级需求分解为子系统（如先定义网络模块，再细化协议栈）。
     • 自底向上：从基础组件构建高级功能（如先实现传感器驱动，再集成环境监测系统）。
   • 包含关系迭代：通过重复嵌套对象/子系统实现复杂功能（如嵌套的异常处理机制）。
2. 关键优势
   • 灵活适应需求变化（如快速调整算法模块位置）。
   • 协作式开发支持（如多个团队并行开发不同层级模块）。

嵌入式系统的发展历史

嵌入式微处理器

SOC不只是一款有运算能力的芯片

嵌入式操作系统

嵌入式操作系统的定义

按时间敏感度进行分类

还有一个特点就是固化，可裁剪、可配置是说可定制化

没有明确在什么时间内处理完成

嵌入式操作系统调度算法

按安全进行分类

操作系统内核架构

微内核和宏内核

操作系统的空间分为用户空间和内核空间

按照内核空间的复杂程度可以分为宏内核和微内核，可以看到，宏内核（单体内核）内部的功能很多，而微内核的功能不多，然后把一部分功能放到了用户空间来做了。

优缺点

微内核代码量少，一般不会相互调用的，而且性能偏低

为什么说微内核适合于分布式系统呢？

在微内核中，客户进程通过核心态请求到用户态中的服务器，是一种B/S架构，所以可以分布式调用。

鸿蒙系统内核架构

鸿蒙系统使用的是微内核

嵌入式数据库

特点

按照数据存储位置进行分类

嵌入式软件开发

中断和查询是IO数据传输方式的两种。中断情况下微处理器的效率会更高一些

思维导图

# 嵌入式技术 - 核心知识思维导图 │ ├── 0️⃣ 嵌入式系统概述 (★★) │ ├── 基本概念 │ │ ├── 以应用为中心，计算机技术为基础 │ │ ├── 软硬件可配置、可裁剪 │ │ ├── 满足功能、可靠性、成本、体积、功耗要求 │ │ └── 作为部件埋藏于控制装置中 │ ├── 组成 │ │ ├── 嵌入式处理器 │ │ ├── 相关支撑硬件 │ │ ├── 嵌入式操作系统 │ │ ├── 支撑软件 │ │ └── 应用软件 │ ├── 嵌入式中间件 │ │ └── 作用：抽象底层硬件，屏蔽硬件差异 │ ├── 典型架构 │ │ ├── 层次化模式架构 │ │ │ ├── 封闭型：一层只能调用同层或下一层（封装性好，移植性强） │ │ │ └── 开放型：一层可调用任意层（性能高，耦合度高） │ │ └── 递归模式架构 │ │ ├── 自顶向下：从系统整体拆分为子系统 │ │ └── 自底向上：从功能域构建抽象 │ └── 初始化过程 │ ├── 片级初始化：CPU内核、寄存器、中断向量 │ ├── 板级初始化：内存、时钟、外设等板级硬件 │ └── 系统级初始化：OS启动、任务/服务创建 │ ├── 1️⃣ 嵌入式硬件 (★★) │ ├── 发展历程 │ │ ├── 第一阶段：单片微型计算机（SCM） │ │ ├── 第二阶段：微控制器（MCU） │ │ ├── 第三阶段：片上系统（SoC） │ │ ├── 第四阶段：以Internet为基础（联网嵌入式） │ │ └── 第五阶段：智能化、云技术推动（AIoT） │ └── 嵌入式微处理器 │ ├── MPU（微处理器）：仅CPU，需外配存储器和I/O │ ├── MCU（微控制器/单片机）：集成CPU、RAM、ROM、I/O │ ├── DSP（数字信号处理器）：哈佛结构，擅长数学计算 │ ├── GPU（图形处理器）：并行计算强，峰值可达100 TFlops以上 │ └── SoC（片上系统） │ ├── 不只是一块处理器，而是一个微小型系统 │ ├── CPU是大脑 │ ├── SoC包含：大脑（CPU）、心脏（总线/DMA）、眼睛和手（外设接口） │ ├── 集成微处理器、模拟IP核、数字IP核、存储器 │ └── 面向特定用途的标准产品（ASSP） │ ├── 2️⃣ 嵌入式操作系统 (★★★) │ ├── 定义与特点 │ │ ├── 负责软硬件资源分配、任务调度 │ │ ├── 包含：底层驱动、内核、设备接口、通信协议、图形界面等 │ │ ├── 微型化 │ │ ├── 代码质量高 │ │ ├── 专业化 │ │ ├── 实时性强 │ │ ├── 可裁剪、可配置 │ │ └── 可固化（程序固化在ROM中） │ ├── 系统分类 │ │ ├── 按时间敏感度 │ │ │ ├── 嵌入式非实时系统（如老式手机） │ │ │ └── 嵌入式实时系统（RTOS） │ │ └── 按安全性要求 │ │ ├── 安全攸关系统（汽车、医疗） │ │ └── 非安全攸关系统（普通家电） │ ├── 实时操作系统实时性评价指标 │ │ ├── 中断响应和延迟时间 │ │ ├── 任务切换时间 │ │ └── 信号量混洗时间（任务间同步的开销） │ ├── 实时操作系统调度算法 │ │ ├── 时间片轮转 │ │ ├── 优先级调度（非抢占） │ │ │ ├── 为每个任务分配固定优先级 │ │ │ └── 按优先级高低排队运行 │ │ ├── 抢占式优先级调度 │ │ │ ├── 高优先级任务可抢占低优先级 │ │ │ └── 优先级由任务紧急程度决定 │ │ ├── RMS（单调速率调度） │ │ │ └── 周期越短，优先级越高（固定优先级） │ │ ├── EDF（最早截止期优先） │ │ │ └── 截止时间越早，优先级越高（动态优先级） │ │ └── LLF（最低松弛度优先） │ │ └── 松弛度 = 截止期 - 当前时间 - 剩余执行时间 │ └── 操作系统内核架构 │ ├── 核心概念：内核是操作系统核心，管理资源 │ ├── 单体内核（宏内核） │ │ ├── 功能：图形、驱动、文件系统全在内核中 │ │ ├── 优点：函数直接调用，效率高 │ │ ├── 缺点：庞大、稳定性差、安全性低 │ │ └── 代表：Linux内核（早期/传统） │ └── 微内核 │ ├── 功能：只实现IPC、调度、内存管理等基本功能 │ ├── 特点：服务和驱动在用户态（服务化） │ ├── 代表：鸿蒙、QNX、L4 │ ├── 优点：结构清晰、可裁剪、安全稳定、高可靠 │ └── 缺点：传统实现效率较差（IPC/上下文切换开销），现代微内核已大幅优化 │ ├── 3️⃣ 鸿蒙操作系统 (★★★) │ ├── 概述：华为研发的面向全场景的分布式操作系统 │ ├── 技术特性 │ │ ├── 分布式架构（软总线） │ │ ├── 确定时延引擎 + 高性能IPC │ │ ├── 基于微内核架构的可信安全 │ │ └── 统一IDE，一次开发多端部署 │ └── 架构层次（自下而上） │ ├── 内核层 │ │ ├── 微内核设计（LiteOS-A） │ │ └── 内核抽象层（支持多内核，含Linux） │ ├── 系统服务层 │ ├── 框架层 │ └── 应用层 │ ├── 4️⃣ 嵌入式数据库 (★) │ ├── 特点 │ │ ├── 嵌入式（无需独立数据库服务器进程） │ │ ├── 实时性 │ │ ├── 移动性 │ │ └── 伸缩性 │ └── 分类 │ ├── 基于内存的数据库（MDB）：速度快，掉电易失 │ ├── 基于文件的数据库（FDB） │ │ ├── 以文件方式存储，安全性低 │ │ └── 满足空间/时间受限场景（如SQLite） │ └── 基于网络的数据库（NDB） │ ├── 客户端 + 通信协议 + 远程服务器 │ ├── 无需解析SQL（客户端小巧） │ └── 注意：不正确的是“以文件方式存储” │ ├── 5️⃣ 嵌入式系统设计 (★) │ ├── 软件开发与调试 │ │ ├── JTAG：国际标准测试协议（调试/烧录接口） │ │ ├── 仿真器/烧录器 │ │ └── 串口调试输出 │ ├── 功耗控制 │ │ ├── 软硬件协同设计 │ │ ├── 编译优化 │ │ ├── 减少持续运行时间（算法优化） │ │ ├── 用“中断”代替“查询”（避免空转） │ │ └── 电源有效管理（调频/休眠/动态电压调节） │ ├── 常见考点：Bootloader（U-Boot）、看门狗、中断处理流程 │ └── 内存管理：MMU、虚拟地址与物理地址映射（部分RTOS无MMU） │ └── 6️⃣ 习题与考点提示 (★★★) ├── 嵌入式中间件作用：抽象底层硬件（正确） ├── 典型架构：层次化 + 递归模式（正确） ├── GPU峰值性能：100 TFlops以上（正确） ├── 实时操作系统特点：不包括“通用性”（正确） ├── 实时系统响应时间：被控对象允许的时间范围内（正确） ├── 微内核特征：不包括“功能代码互相调用，性能很高”（正确） ├── 鸿蒙内核：微内核（基本正确，注意实际实现中存在多内核） ├── NDB特征：不包括“以文件方式存储”（正确） ├── 补充考点：Bootloader的作用（硬件初始化→加载OS） ├── 补充考点：看门狗定时器（防止系统死锁） ├── 补充考点：中断响应流程（保护现场→执行ISR→恢复现场） └── 补充考点：任务间通信方式（信号量、消息队列、事件标志组）

# 嵌入式技术 - 核心知识思维导图

│
├── 0️⃣ 嵌入式系统概述 (★★)
│ ├── 基本概念
│ │ ├── 以应用为中心，计算机技术为基础
│ │ ├── 软硬件可配置、可裁剪
│ │ ├── 满足功能、可靠性、成本、体积、功耗要求
│ │ └── 作为部件埋藏于控制装置中
│ ├── 组成
│ │ ├── 嵌入式处理器
│ │ ├── 相关支撑硬件
│ │ ├── 嵌入式操作系统
│ │ ├── 支撑软件
│ │ └── 应用软件
│ ├── 嵌入式中间件
│ │ └── 作用：抽象底层硬件
│ ├── 典型架构
│ │ ├── 层次化模式架构
│ │ │ ├── 封闭型
│ │ │ │ └── 一层中的对象只能调用同一层或下一底层（封装移植性好）
│ │ │ └── 开放型
│ │ │ └── 一层中的对象可以调用任意一层（性能好）
│ │ └── 递归模式架构
│ │ ├── 自顶向下
│ │ │ └── 从系统层级开始，标识结构对象，分为子系统，向下推进
│ │ └── 自底向上
│ │ └── 专注于域的构造，实现子系统级的抽象
│ └── 初始化过程
│ ├── 片级初始化
│ ├── 板级初始化
│ └── 系统级初始化
│
├── 1️⃣ 嵌入式硬件 (★★)
│ ├── 发展历程
│ │ ├── 第一阶段：单片微型计算机（SCM）
│ │ ├── 第二阶段：微控制器（MCU）
│ │ ├── 第三阶段：片上系统（SoC）
│ │ ├── 第四阶段：以Internet为基础
│ │ └── 第五阶段：智能化、云技术推动
│ └── 嵌入式微处理器
│ ├── MPU（微处理器）
│ ├── MCU（微控制器，单片机）
│ ├── DSP（信号处理器，哈佛结构）
│ ├── GPU（图形处理器）
│ │ └── 峰值性能可高达100 TFlops以上
│ └── SoC（片上系统）
│ ├── 不只是一块处理器芯片
│ ├── 是一个微小型系统
│ ├── CPU是大脑
│ ├── SoC包含：大脑、心脏、眼睛和手
│ ├── 集成微处理器、模拟IP核、数字IP核、存储器
│ └── 面向特定用途的标准产品
│
├── 2️⃣ 嵌入式操作系统 (★★★)
│ ├── 定义与特点
│ │ ├── 负责软硬件资源分配、任务调度
│ │ ├── 包括底层驱动、内核、设备接口、通信协议、图形界面等
│ │ ├── 微型化
│ │ ├── 代码质量高
│ │ ├── 专业化
│ │ ├── 实时性强
│ │ ├── 可裁剪、可配置
│ │ └── 可固化
│ ├── 系统分类
│ │ ├── 按时间敏感度
│ │ │ ├── 嵌入式非实时系统
│ │ │ └── 嵌入式实时系统
│ │ └── 按安全性要求
│ │ ├── 安全攸关系统
│ │ └── 非安全攸关系统
│ ├── 实时操作系统实时性评价指标
│ │ ├── 中断响应和延迟时间
│ │ ├── 任务切换时间
│ │ └── 信号量混洗时间
│ ├── 实时操作系统调度算法
│ │ ├── 时间片轮转
│ │ ├── 优先级调度
│ │ │ ├── 系统为每个任务分配一个相对固定的优先顺序
│ │ │ └── 调度程序根据优先级的高低排序
│ │ ├── 抢占式优先级调度
│ │ │ ├── 在优先级算法的基础上，允许高优先级抢占低优先级任务
│ │ │ └── 根据紧急程度确定该任务的优先级
│ │ ├── RMS（单调速率调度）
│ │ │ └── 任务周期越短，优先级越高
│ │ ├── EDF（最早截止期调度）
│ │ │ └── 根据任务截止时间头端来确定优先级
│ │ └── LLF（最低松弛度优先）
│ │ └── 根据任务截止时间末端来确定优先级
│ └── 操作系统内核架构
│ ├── 核心概念：操作系统内核是操作系统的核心，管理各种资源
│ ├── 单体内核（宏内核）
│ │ ├── 将图形、设备驱动及文件系统等功能全部在内核中实现
│ │ ├── 优点：效率高
│ │ └── 缺点：内核庞大，稳定性安全性差
│ └── 微内核
│ │ ├── 只实现基本功能，将图形系统、文件系统、设备驱动及通信功能放在内核之外
│ │ ├── 代表：鸿蒙操作系统
│ │ ├── 优点：结构清晰、可裁剪、安全稳定
│ │ └── 缺点：性能偏低
│
├── 3️⃣ 鸿蒙操作系统 (★★★)
│ ├── 技术特性
│ │ ├── 分布式架构
│ │ ├── 确定时延引擎 + 高性能IPC
│ │ ├── 基于微内核架构的可信安全
│ │ └── 统一IDE，一次开发多端部署
│ └── 架构层次
│ ├── 内核层（微内核设计）
│ ├── 系统服务层
│ ├── 框架层
│ └── 应用层
│
├── 4️⃣ 嵌入式数据库 (★)
│ ├── 特点
│ │ ├── 嵌入式
│ │ ├── 实时性
│ │ ├── 移动性
│ │ └── 伸缩性
│ └── 分类
│ ├── 基于内存的数据库（MDB）
│ ├── 基于文件的数据库（FDB）
│ │ └── 安全性低，但满足空间/时间要求
│ └── 基于网络的数据库（NDB）
│ ├── 客户端 + 通信协议 + 远程服务器
│ ├── 无需解析SQL，客户端小
│ └── 不正确的是：以文件方式存储
│
├── 5️⃣ 嵌入式系统设计 (★)
│ ├── 软件开发与调试
│ │ └── JTAG（国际标准测试协议）
│ └── 功耗控制
│ ├── 软硬件协同设计
│ ├── 编译优化
│ ├── 减少持续运行时间（算法优化）
│ ├── 用“中断”代替“查询”
│ └── 电源有效管理
│
└── 6️⃣ 习题与考点提示 (★★★)
├── 嵌入式中间件作用：抽象底层硬件
├── 典型架构：层次化 + 递归模式
├── GPU峰值性能：100 TFlops以上
├── 实时操作系统特点：不包括“通用性”
├── 实时系统响应时间：被控对象允许的时间范围内
├── 微内核特征：不包括“功能代码互相调用，性能很高”
├── 鸿蒙内核：微内核，不是宏内核
└── NDB特征：不包括“以文件方式存储”