軟考：高級軟件架構師學習筆記——嵌入式技術

學前說兩句

嵌入式技術在整個架構師軟考中占比也不是太高，而且和其它的章節關聯度不是太高，我當時準備了鴻蒙操作系統，也沒有考，這個章節還是比較簡單的，主要是看幾遍刷刷題就好了，不需要理解啥。

課程概要

嵌入式系統概述

硬件抽象層是為了解決操作系統和硬件層之間的關系，抽象硬件層

中間件層：屏蔽底層操作系統層
板級支持包：易抑制

嵌入式組成部件（硬件）

典型架構層次架構

遞歸架構

層次化模式架構核心知識

1. 核心結構

• 分層依賴：高層抽象依賴低層具體實現，通過接口交互。例如應用層調用操作系統API，操作系統管理硬件驅動。
• 雙類型分類
• • 封閉型：嚴格限制層間調用（如只能調用同層或下一層），確保高移植性（如嵌入式系統跨平臺適配）。
  • 開放型：允許跨多層調用，優化性能（如實時系統直接訪問硬件加速模塊）。

1. 關鍵優勢

• 模塊化清晰，故障隔離（如某層故障不影響其他層）。
• 接口標準化，降低開發復雜度（如POSIX標準接口）。

1. 核心機制

• 雙向開發流
• • 自頂向下：從系統級需求分解為子系統（如先定義網絡模塊，再細化協議棧）。
  • 自底向上：從基礎組件構建高級功能（如先實現傳感器驅動，再集成環境監測系統）。
• • 包含關系迭代：通過重復嵌套對象/子系統實現復雜功能（如嵌套的異常處理機制）。

1. 關鍵優勢

• 靈活適應需求變化（如快速調整算法模塊位置）。
• 協作式開發支持（如多個團隊并行開發不同層級模塊）。

歷史階段

一句話說明

核心差異點

單片微型計算機

（SCM）

將CPU、存儲器、I/O接口集成于單一芯片，實現基礎計算與控制功能

首次實現"

芯片級系統

"概念，奠定嵌入式物理基礎

微控制器（MCU）

集成ADC/DAC、定時器等外設并引入低功耗設計，提升系統可靠性

從"純計算"轉向"計算+外設"集成，支持復雜控制場景

片上系統（SoC）

集成GPU/DSP/

基帶處理器

等專用模塊，支持多媒體處理與

異構計算

從"

通用計算

"轉向"專用計算"集成，實現片上

異構架構

聯網嵌入式

集成TCP/IP協議棧與無線通信模塊，支持物聯網協議與云端交互

從"單機運行"轉向"設備-云端"雙向通信，構建物聯網基礎

智能云化

集成AI加速單元并支持邊緣-云端協同，實現實時智能決策

從"被動響應"轉向"主動智能"，形成"端-邊-云"三級架構

嵌入式微處理器

SOC不只是一款有運算能力的芯片

嵌入式操作系統嵌入式操作系統的定義

按時間敏感度進行分類

還有一個特點就是固化，可裁剪、可配置是說可定制化

沒有明確在什么時間內處理完成

嵌入式操作系統調度算法

按安全進行分類

操作系統內核架構微內核和宏內核

操作系統的空間分為用戶空間和內核空間

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

優缺點

微內核代碼量少，一般不會相互調用的，而且性能偏低

為什么說微內核適合于分布式系統呢？

在微內核中，客戶進程通過核心態請求到用戶態中的服務器，是一種B/S架構，所以可以分布式調用。

鴻蒙系統內核架構

鴻蒙系統使用的是微內核

嵌入式數據庫特點

按照數據存儲位置進行分類

嵌入式軟件開發

中斷和查詢是IO數據傳輸方式的兩種。中斷情況下微處理器的效率會更高一些

思維導圖

# 嵌入式技術 - 核心知識思維導圖 │ ├── 0?? 嵌入式系統概述 (★★) │ ├── 基本概念 │ │ ├── 以應用為中心， 計算機技術 為基礎 │ │ ├── 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 │ │ ├── 相關支撐硬件 │ │ ├── 嵌入式操作系統 │ │ ├── 支撐軟件 │ │ └── 應用軟件 │ ├── 嵌入式中間件 │ │ └── 作用：抽象底層硬件 │ ├── 典型架構 │ │ ├── 層次化模式架構 │ │ │ ├── 封閉型 │ │ │ │ └── 一層中的對象只能調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用任意一層（性能好） │ │ └── 遞歸模式架構 │ │ ├── 自頂向下 │ │ │ └── 從系統層級開始，標識結構對象，分為 子系統 ，向下推進 │ │ └── 自底向上 │ │ └── 專注于域的構造，實現子系統級的抽象 │ └── 初始化過程 │ ├── 片級初始化 │ ├── 板級初始化 │ └── 系統級初始化 │ ├── 1?? 嵌入式硬件 (★★) │ ├── 發展歷程 │ │ ├── 第一階段：單片微型計算機（SCM） │ │ ├── 第二階段：微控制器（MCU） │ │ ├── 第三階段：片上系統（SoC） │ │ ├── 第四階段：以Internet為基礎 │ │ └── 第五階段：智能化、云技術推動 │ └── 嵌入式微處理器 │ ├── MPU（微處理器） │ ├── MCU（微控制器， 單片機 ） │ ├── DSP（信號處理器， 哈佛結構 ） │ ├── GPU（ 圖形處理器 ） │ │ └── 峰值性能可高達100 TFlops以上 │ └── SoC（片上系統） │ ├── 不只是一塊 處理器芯片 │ ├── 是一個微小型系統 │ ├── 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、數字IP核、存儲器 │ └── 面向特定用途的標準產品 │ ├── 2?? 嵌入式操作系統 (★★★) │ ├── 定義與特點 │ │ ├── 負責軟硬件資源分配、任務調度 │ │ ├── 包括底層驅動、內核、設備接口、 通信協議 、圖形界面等 │ │ ├── 微型化 │ │ ├── 代碼質量高 │ │ ├── 專業化 │ │ ├── 實時性強 │ │ ├── 可裁剪、可配置 │ │ └── 可固化 │ ├── 系統分類 │ │ ├── 按時間敏感度 │ │ │ ├── 嵌入式非實時系統 │ │ │ └── 嵌入式實時系統 │ │ └── 按安全性要求 │ │ ├── 安全攸關系統 │ │ └── 非安全攸關系統 │ ├── 實時操作系統 實時性評價指標 │ │ ├── 中斷響應和延遲時間 │ │ ├── 任務切換時間 │ │ └── 信號量 混洗時間 │ ├── 實時操作系統調度算法 │ │ ├── 時間片輪轉 │ │ ├── 優先級調度 │ │ │ ├── 系統為每個任務分配一個相對固定的優先順序 │ │ │ └── 調度程序 根據優先級的高低排序 │ │ ├── 搶占式優先級調度 │ │ │ ├── 在 優先級算法 的基礎上，允許高優先級搶占低優先級任務 │ │ │ └── 根據緊急程度確定該任務的優先級 │ │ ├── RMS（單調速率調度） │ │ │ └── 任務周期越短，優先級越高 │ │ ├── EDF（最早截止期調度） │ │ │ └── 根據任務截止時間頭端來確定優先級 │ │ └── LLF（最低松弛度優先） │ │ └── 根據任務截止時間末端來確定優先級 │ └── 操作系統 內核架構 │ ├── 核心概念：操作系統內核是操作系統的核心，管理各種資源 │ ├── 單體內核（宏內核） │ │ ├── 將圖形、 設備驅動 及文件系統等功能全部在內核中實現 │ │ ├── 優點：效率高 │ │ └── 缺點：內核龐大，穩定性安全性差 │ └── 微內核 │ │ ├── 只實現基本功能，將圖形系統、文件系統、設備驅動及通信功能放在內核之外 │ │ ├── 代表：鴻蒙操作系統 │ │ ├── 優點：結構清晰、可裁剪、安全穩定 │ │ └── 缺點：性能偏低 │ ├── 3?? 鴻蒙操作系統 (★★★) │ ├── 技術特性 │ │ ├── 分布式架構 │ │ ├── 確定時延引擎 + 高性能IPC │ │ ├── 基于微內核架構的可信安全 │ │ └── 統一IDE，一次開發多端部署 │ └── 架構層次 │ ├── 內核層（微內核設計） │ ├── 系統服務層 │ ├── 框架層 │ └── 應用層 │ ├── 4?? 嵌入式數據庫 (★) │ ├── 特點 │ │ ├── 嵌入式 │ │ ├── 實時性 │ │ ├── 移動性 │ │ └── 伸縮性 │ └── 分類 │ ├── 基于內存的數據庫（MDB） │ ├── 基于文件的數據庫（FDB） │ │ └── 安全性低，但滿足空間/時間要求 │ └── 基于網絡的數據庫（NDB） │ ├── 客戶端 + 通信協議 + 遠程服務器 │ ├── 無需解析SQL，客戶端小 │ └── 不正確的是：以文件方式存儲 │ ├── 5?? 嵌入式系統設計 (★) │ ├── 軟件開發與調試 │ │ └── JTAG（ 國際標準測試 協議） │ └── 功耗控制 │ ├── 軟硬件協同設計 │ ├── 編譯優化 │ ├── 減少持續運行時間（算法優化） │ ├── 用“中斷”代替“查詢” │ └── 電源有效管理 │ └── 6?? 習題與考點提示 (★★★) ├── 嵌入式中間件作用：抽象底層硬件 ├── 典型架構：層次化 + 遞歸模式 ├── GPU峰值性能：100 TFlops以上 ├── 實時操作系統特點：不包括“通用性” ├── 實時系統響應時間：被控對象允許的時間范圍內 ├── 微內核特征：不包括“功能代碼互相調用，性能很高” ├── 鴻蒙內核：微內核，不是宏內核 └── NDB特征：不包括“以文件方式存儲”