Linux 与嵌入式通信系统2014 复习大纲1.简述嵌入式系统的概念、组成、特点及发展趋势。简述嵌入式系统的概念、组成、特点及发展趋势。IEEEIEEE 定义定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”一般定义一般定义：“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。”微机协会定义：微机协会定义：嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级。组成：组成： 硬件：存储器、处理器、外围电路软件：操作系统各应用程序特点特点：（1）系统内核小（）专用性强，（）系统精简，（）高实时性 OS，（5）嵌入式软件开发走向标准化，（6）嵌入式系统需要开发工具和环境，发展趋势发展趋势：（1）软件设计比重日益突出，（2）组件设计技术，（3）SOC，（4）硬件软件化，（5）宏观方面的发展趋势：经济性，小型化，可靠性，高速度，智能性2.简述嵌入式处理器的分类和各自特点。简述嵌入式处理器的分类和各自特点。分类分类: :特点：特点：（1）嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MCU)(MCU)：其最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。（2）嵌入式嵌入式 DSPDSP 处理器处理器(DSP)(DSP)：专门用于信号处理，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上获得了大规模的应用。（3）嵌入式微处理器（嵌入式微处理器（MPUMPU）：）：由通用计算机中的 CPU 演变而来，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。（4）嵌入式片上系统嵌入式片上系统(System(System OnOn Chip)Chip) ：就是一种电路系统。结合了许多功能区块，将多种功能做在一个芯片上。成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。优点有：芯片功耗低，制作过程简单，微处理器数据处理速度快，内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造成系统杂讯。3.举例说明常见的嵌入式操作系统及特点。（1）VxWorks:VxWorks:可靠性、实时性和可裁减性。支持多种处理器。（2）WindowsWindows CECE 3.03.0：一种针对小容量、移动式、智能化、32 位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统。（3）PalmPalm OSOS：主要用于 PDA。（4）LinuxLinux：开放源码，内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。4.简述嵌入式系统的开发流程。简述嵌入式系统的开发流程。嵌入式系统开发流程嵌入式系统开发流程嵌入式软件开发流程嵌入式软件开发流程（ARM还有些芯片组由于纳入了 3D 加速显示（集成显示芯片）、AC97 声音解码等功能，还决定着计算机系统的显示性能和音频播放性能等。6.操作系统的作用、功能、结构及特性。操作系统的作用、功能、结构及特性。操作系统常见的结构包括：单体系统、层次式系统、微内核、客户-服务器系统 和虚拟机等。7.简述简述 Linux 的主要特点，它与其它操作系统的区别是什么？的主要特点，它与其它操作系统的区别是什么？ 特点：特点： （1）开放性开放性 开放性是指系统遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连（ OSI ）国际标准。（2）多用户多用户 多用户是指系统资源可以被不同用户各自拥有使用，即每个用户对自己的资源（例如：文件、设备）有特定的权限，互不影响。（3）多任务多任务它是指计算机同时执行多个程序，而且各个程序的运行互相独立。（4）良好的用户界面良好的用户界面 Linux 向用户提供了两种界面：用户界面和系统调用。Linux 还为用户提供了图形用户界面。（5） 设备独立性设备独立性 操作系统把所有外部设备统一当作成文件来看待（6） 提供了丰富的网络功能：提供了丰富的网络功能：支持 Internet ，文件传输，远程访问（7） 可靠的系统安全可靠的系统安全（8） 良好的可移植性良好的可移植性可移植性是指将操作系统从一个平台转移到另一个平台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。Linux 能够在从微型计算机到大型计算机的任何环境中和任何平台上运行 （9）相对比较不耗系统资源相对比较不耗系统资源 Linux 只要一部 p-100 以上等级的计算机就可以安装并且使用愉快，还不需要到 P-III 等级的计算机。区别：区别：（1）Linux 与主要与主要 UNIX 系统：系统：Linux 采用了 SVR4 的进程间通信（IPC）机制：共享内存、消息队列、信号灯；Linux 支持 BSD Socket 网络编程接口；许多 Linux 发行版采用 SysV init 机制，支持运行级别；LINUX 具有 Unix 的全部功能，任何使用 Unix 操作系统或想要学习 Unix 操作系统的人都可以从 Linux 中获益。（2）Linux 与与 MS-DOS： 没有完全实现 x86 处理器的功能，而 Linux 完全在处理器保护模式下运行，并且开发了处理器的所有特性；Linux 可以直接访问计算机内的所有可用内存，提供完整的 Unix 接口。而 MS-DOS 只支持部分 Unix 的接口；MS-DOS 是单任务的操作系统。（3）Linux 与与 OS/2 、 Windows 、 Windows NT：Linux 是从一个比较成熟的操作系统发展而来的，而其他操作系统，如 Windows NT 等，都是自成体系，无对应的相依托的操作系统。（Linux 是 Unix 的一个克隆 ）；Linux 是一种开放、免费的操作系统，而其他操作系统都是封闭的系统，需要有偿使用 。8.简述简述 Linux 的体系结构及各部分的功能。的体系结构及各部分的功能。LINUX 体系结构：体系结构：L i n u x 操作系统由 4 个主要的子系统所组成：(1) 用户应用程序用户应用程序:在某个特定的 L i n u x 系统上运行的应用程序集合，它将随着该计算机系统的用途不同而有所变化，但一般会包括文字处理应用程序和 Web 浏览器。(2) O / S 服务服务这些服务这些服务:般认为是操作系统的一 部分 （X Window 系统，命令外壳程序shell 等等）；此外，内核的编程接口（编译工具和库）也属于这个子系统。(3) L i n u x 内核内核:包括内核抽象和对硬件资源（如 C P U）的间接访问。(4) 硬件控制器硬件控制器:这个子系统包含在 L i n u x 实现中所有可能的物理设备，例如，C P U、内存硬件、硬盘以及网络硬件等都是这个系统的成员。各部分的功能：各部分的功能：(1) 内核：内核：在硬件方面，Kernel 负责控制电脑的硬件装置、内存管理以及提供完整的硬件接口与应用程序沟通(系统启动和初始化，硬件的驱动程序)；在软件方面，Kernel 负责管理文件系统、对正在运行的程序作内存管理与调整，并进行进程管理(内存管理，进程管理，中断处理，文件系统等)(2) Shell：Shell 提供了一个内核与用户之间的界面，是一种作为用户和操作系统之间的接口的命令解释程序。(3) 硬件平台：硬件平台：它是整个系统的实体工作者，是其他部分的基础。(4) 应用程序和系统程序：应用程序和系统程序：运用文字或者图形界面供用户使用操作系统完成具体的应用。9.简述简述 Linux 内核的构成，各部分的功能及相互关系。内核的构成，各部分的功能及相互关系。L i n u x 内核由 5 个主要的子系统构成：(1) 进程调度程序（进程调度程序（ SCHED）：）：负责控制进程访问 CPU。调度程序所使用的策略可以保证进程能够公平地访问 CPU，同时保证内核可以准时执行一些必需的硬件操作。(2) 内存单管理程序（内存单管理程序（ MM）：）：使多个进程可以安全地共享机器的主存系统。此外，内核管理程序支持虚拟内存。虚拟内存使得 Linux 可以支持进程使用超过系统中的内存数量的内存。暂时用不着的存储信息可以交换出内存，存放到使用文件系统的永久性存储器上，然后在需要它们的时候再交换回来。(3) 虚拟文件系统（虚拟文件系统（ VFS）：）：通过提供一个所有设备的公共文件接口， VFS 抽象了不同硬件设备的细节。此外， VFS 支持与其他操作系统兼容的不同的文件系统格式。(4) 网络接口（网络接口（ NET）：）：提供了对许多建网标准和网络硬件的访问。(5) 进程间通信（进程间通信（ IPC）：）：为单个 Linux 系统上进程与进程之间的通信提供了一些机制。子系统间的依赖关系如下图：10. 进程的定义、进程的定义、PCB 的作用与信息，进程切换、进程控制。的作用与信息，进程切换、进程控制。进程的定义：进程的定义：进程是操作系统结构的基础，是系统中程序执行和志愿分配的基本单位，是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。一个程序可以启动多个进程。PCB 的作用：PCB 即进程控制块，是操作系统用于记录和刻画划进程状态及有关信息的数据结构，也是操作系统掌握进程的唯一资料结构，它包括了进程执行时的情况，以及进程让出处理器后所处的状态、短短等信息。它使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序它使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程。PCB 包含的信息包含的信息：（1）标识信息（2）现场信息（3）控制信息进程控制：进程控制：进程是有生命周期的，包括产生、运行、暂停、终止，对进程的这些操作叫进程控制。进程控制包括：进程创建、进程阻塞、进程唤醒、进程挂起、进程激活、进程终止和进程撤销等。 进程切换：进程切换：让处于运行的进程中断运行，让出处理器，这时要做一次进程上下文切换、即保存老进程状态而装入被保护了的新进程的状态，以便新进程运行。11. 进程切换过程、进程控制的作用和过程。进程切换过程、进程控制的作用和过程。进程上下文切换由以下进程上下文切换由以下 4 个步骤组成个步骤组成:(1)决定是否作上下文切换以及是否允许作上下文切换。包括对进程调度原因的检查分析，以及当前执行进程的资格和 CPU 执行方式的检查等。在操作系统中，上下文切换程序并不是每时每刻都在检查和分析是否可作上下文切换，它们设置有适当的时机。(2)保存当前执行进程的上下文。这里所说的当前执行进程，实际上是指调用上下文切换程序之前的执行进程。如果上下文切换不是被那个当前执行进程所调用，且不属于该进程，则所保存的上下文应是先前执行进程的上下文，或称为“老”进程上下文。显然，上下文切换程序不能破坏“老”进程的上下文结构。(3)使用进程调度算法，选择一处于就绪状态的进程。(4)恢复或装配所选进程的上下文，将 CPU 控制权交到所选进程手中。进程控制是进程管理中最基本的功能。进程控制是进程管理中最基本的功能。它用于创建一个新进程，终止一个已完成的进程，或者去终止一个因出现某事件而使其无法运行下去的进程，还可负责进程运行中的状态转换。12. Linux 的启动过程，的启动过程，boot loader 的主要任务和典型框架结构是什么？的主要任务和典型框架结构是什么？启动过程：启动过程：（1）系统加电（2）Bootloader 或 BIOS 加电自检（3）读硬盘主引导扇区（4）分析分区表（5）执行 MBR 中的引导程序，读入活动分区的引导扇区（LILO 装在 boot 扇区），读入操作系统内核（LILO 装在 MBR）（6）进行初始化（7）执行 init主要任务：主要任务：bootloader 软件是属于引导加载程序的一部分，主要完成整个系统加载启动任务。典型框架结构为：典型框架结构为：St