嵌入式系统设计师考试大纲

嵌入式系统设计师考试大纲 一、考试说明 1、考试要求： （1）掌握科学基础知识； （2）掌握嵌入式系统的硬件、软件知识； （3）掌握嵌入式系统分析的方法； （4）掌握嵌入式系统设计与开发的方法及步骤； （5）掌握嵌入式系统实施的方法 （6）掌握嵌入式系统运行维护知识； （7）了解信息化基础知识、信息技术引用的基础知识； （8）了解信息技术标准、安全，以及有关法律的基本知识； （9）了解嵌入式技术发展趋势； （10）正确阅读和理解计算机及嵌入式领域的英文资料。 2、通过本考试的合格人员能根据项目管理和工程技术的实际要求，按照系统总体设计规格进行软、硬件实际，编写系统开发规格说明书等相应的文档；组织和指导嵌入式系统靠法实施人员实施硬件电路、编写和调试程序，并对嵌入式系统硬件设备和程序进行优化和集成测试，开发出符合系统总体设计要求的高质量嵌入式系统；具有工程师的实际工作能力和业务水平。 二、考试范围 考试科目1：嵌入式系统基础知识 1.计算机科学基础 1.1数制及转换 o 二进制、八进制、十进制和十六进制等常用数制及其相互转换 1.2数据的表示 o 数的机内表示（原码、反码、补码、移码，定点和浮点，精度和溢出） o 字符、汉字、声音、图像的编码方式 o 校验方法和校验码（奇偶验码、海明校验码、循环校验码） 1.3算术和逻辑运算 o 计算机中的二进制数运算方法 o 逻辑代数的基本运算和逻辑表达式的化简 1.4计算机系统结构和重要部件的基本工作原理 o CPU和存储器的组成、性能、基本工作原理 o 常用I/O设备、通信设备的性能，以及基本工作原理 o I/O接口的功能、类型和特点 o 虚拟存储存储基本工作原理，多级存储体系 1.5安全性、可靠性与系统性能评测基础知识 o 诊断与容错 o 系统可靠性分析评价 o 计算机系统性能评测方法 2.嵌入式系统硬件知识 2.1数字电路和逻辑电路基础 2.1.1组合电路和时序电路 2.1.2总线电路与电平转换电路 2.1.3可编程逻辑器件 2.2嵌入式微处理器基础 2.2.1嵌入式微处理器体系结构 o 冯.诺伊曼结构与哈佛结构 o CISC与RISC o 流水线技术 o 信息存储的字节顺序（大端存储法和小端存储法） 2.2.2嵌入式系统处理器的结构和类型 o 常用8位处理器的体系结构和类型 o 常用16位处理器的体系结构特点 o 常用32位处理器的体系结构特点 o 常用DSP处理器的体系结构特点 o 多核处理器的体系结构特点 2.2.3异常 o 同步异常（陷阱、故障、终止） o 异步异常（中断） o 可屏蔽中断、不可屏蔽中断 o 中断优先级、中断嵌套 2.3 嵌入式系统的存储体系 2.3.1存储器系统 o 存储器系统的层次结构 o 高速缓存（Cache） o 内存管理单元（MMU） 2.3.2 ROM的种类与选型 o 常见ROM的种类 o PROM、EPROM、E2PROM型ROM的典型特征和不同点 2.3.3 Flash Memory的种类与选型 o Flash Memory的种类 o NOR和NAND型Flash Memory的典型特征和不同点 2.3.4 RAM的种类与选型 o 常见RAM的种类 o SRAM、DRAM、DDRAM、NVRAM的典型特征和不同点 2.3.5 外存 o 常见外存的种类 o 磁盘、光盘、CF、SD等的典型特征和不同点 2.4 嵌入式系统I/O接口 2.4.1 定时器和计数器基本原理与结构 2.4.2 GPIO、PWM接口基本原理与结构 2.4.3 A/D、D/A接口基本原理与结构 2.4.4键盘、显示、触摸屏接口基本与结构 2.4.5嵌入式系统音频接口 2.5嵌入系统通信及网络接口 o PCI、USB、串口、红外、并口、SPI、IIC、PCMCIA的基本原理与结构 o 以太网、CAN、WLAN、蓝牙、1394的基本原理与结构 2.6嵌入式系统电源分类及电源原理 2.7电子电路设计 2.7.1电子电路设计基础知识 o 电子电路设计原理 o 电子电路设计方法及步骤 o 电子电路设计中的可靠知识 2.7.2 PCB设计基础知识 o PCB设计原理 o PCB设计方法及步骤 o 多层PCB设计的注意事项及布线原则 o PCB设计中的可靠性知识 2.7.3电子电路测试基础知识 o 电子电路测试原理与方法 o 硬件抗干扰测试 3. 嵌入式系统软件知识 3.1嵌入式软件基础知识 3.1.1嵌入式软件的分类（系统软件、支撑软件、应用软件） 3.1.2无操作系统支持的嵌入式软件体系结构（轮询、中断、前后台） 3.1.3有操作系统支持的嵌入式软件体系结构 3.1.4板极支持包基础知识（系统初始化、设备驱动程序） 3.1.5嵌入式中间件（GUI、数据库） 3.2 嵌入式操作系统基础知识 3.2.1嵌入式操作系统体系结构 o 单体结构、分层结构和微内核结构 3.2.2任务管理 o 多道程序技术 o 进程、线程、任务的概念 o 任务的实现（任务的层次结构、任务控制块、任务的状态及状态转换、任务队列） o 任务调度（调度算法的性能指标、可抢占调度、不可抢占调度、先来先服务、短作业优先算法、时间片轮转算法、优先级算法） o 实时系统及任务调度（RMS、EDF算法） o 任务间通信（共享内存、消息、管道、信号） o 同步与互斥（竞争条件、临界区、互斥、信号量、死锁） 3.2.3存储管理 o Flat存储管理方式 o 分区存储管理（固定分区、可变分区） o 地址重定位（逻辑地址、物理地址、地址映射） o 页式存储管理 o 虚拟存储技术（程序局部性原理、虚拟页式存储管理、页面置换算法、工作集模型） 3.2.4设备管理 o 设备无关性、I/O地址、I/O控制、中断处理、缓冲技术、假脱机技术） 3.2.5文件系统基础知识 o 文件和目录 o 文件的结构和组织 o 存取方法、存取控制 o 常见嵌入式文件系统（FAT、JFFS、YAFFS） 3.2.6操作系统移植基础知识 3.3 嵌入式系统程序设计 3.3.1嵌入式软件开发基础知识 3.3.2嵌入式程序设计语言 o 汇编、编译、解释系统的基础知识和基本工作原理 o 汇编语言 o 基于过程的语言（过程/函数、参数传递、全局变量、递归、动态内存分配、数据类型） o 面向对象的语言（对象、数据抽象、继承、多态、自动内存管理） o 各类程序设计语言的主要特点和适用情况 3.3.3嵌入式软件开发环境 o 宿主机、目标机 o 编辑器、编译器、链接器、调试器、模拟器 o 常用嵌入式开发工具（编程器、硬件仿真器、逻辑分析仪、示波器） o 集成开发环境 o 开发辅助工具 3.3.4嵌入式软件开发 o 软件设计（模块结构设计、数据结构设计、内存布局、面向对象的分析与设计） o 嵌入式引导程序的设计、设备驱动程序设计、内核设计、网络程序设计、应用软件设计） o 编码（编程规范、代码审查） o 测试（测试环境、测试用例、测试方法、测试工具） o 下载和运行 3.3.5嵌入式应用软件移植 4.嵌入式系统的开发与维护知识 4.1系统开发过程及其项目管理 o 系统开发生命周期各阶段的目标和任务的划分方法 o 系统开发项目挂你基础知识及其常用管理工具使用方法 o 主要的系统开发方法 o 系统开发工具与环境知识 4.2 系统分析基础知识 o 系统分析的目的和任务 o 系统分析方法 o 系统规格说明书的编写方法 4.3 系统设计知识 o 传统系统设计方法 o 软硬件协同设计方法 4.4 系统实施知识 o 系统架构设计 o 系统详细设计 o 系统调试技术 o 系统测试 4.5 系统维护知识 o 系统运行管理知识 o 系统维护知识 o 系统评价知识 5.安全性知识 o 安全性基本概念 o 加密与解密机制 6.标准化知识 o 标准化的概念 o 国际标准、国家标准、行业标准、企业标准基本知识 o 代码标准、文件格式标准、安全标准、软件开发规范和文档标准知识 o 标准化机构 o 嵌入式系统相关标准 7.信息化基础知识 o 信息化和信息系统基本概念 o 有关的法律、法规 8.嵌入式技术发展趋势 9.计算机专业英语 o 正确阅读和理解相关领域的英文资料 考试科目2：嵌入式系统设计应用技术 1.嵌入式系统开发过程 1.1系统需求分析方法与步骤 1.2系统设计 o 系统硬件配置 o 系统功能组成分配 o 软硬件功能的分配 o 可行性验证及设计审查 o 系统规格 o 周期，成本及工作量估计 o 开发计划 1.3软硬件协同设计 1.4硬件设计 1.5软件设计 o 软件结构 o 设计评审 o 软件详细设计 1.6系统测试 o 测试环境 o 测试计划（内容、方法、标准、过程、检验） o 硬件测试 o 软件测试（单元测试、集成测试） o 软硬件联合测试 o 实施测试 1.7系统评估 1.8 软件维护 2.嵌入式系统硬件设计 2.1嵌入式系统硬件基本结构 2.1.1嵌入式微处理结构与应用 2.1.2 异常及中断处理技术 2.1.3 DMA技术 2.1.4 多处理系统 o 多处理器系统特点 o 多处理器系统构建技术 2.1.5 总线架构 o 应用系统中的总线配置 2.1.6 内存种类及架构 o 存储器系统接口设计 2.1.7数字电路和逻辑电路 o 专用集成电路 o 可编程逻辑控制器件 2.2输入/输出接口设计 2.2.1 输入/输出接口 o 接口信号电平转换 o 接口驱动电路设计 2.2.2输入/输出接口应用技术 o 外围设备 o 串口通信 o 并口通信 o 模拟接口 o 通信接口设备 o 通信标准和协议 o 数据传输方式 2.3外围设备接口应用技术 2.3.1 外围存储设备 o 存储卡，记忆棒，IC卡，MMC卡，SD卡 o DVD 、CD-R 、CD-RW 2.3.2外围输入/输出设备 o 键盘，鼠标，触摸屏 o 液晶板、LED、7段数码管、蜂鸣器 2.3.3电源设计技术 2.4可靠性与安全性设计技术 2.4.1 错误检测与隔离技术 2.4.2 冗余设计 2.4.3 系统恢复设计 2.4.4 诊断技术 2.4.5常用安全标准 2.4.6 抗干扰设计 2.4.7电磁兼容设计 2.4.8系统加密 3.嵌入式系统软件设计 3.1嵌入式系统软件结构设计 3.2嵌入式操作系统应用技术 3.2.1 时间管理 o 系统时间 o 时钟中断 3.2.2内存管理 o 静态内存管理 o 动态内存管理 3.2.3任务管理和任务间的通信 o 任务间的通信机制 o 信号量 o 邮箱 o 消息队列 3.2.4异常处理 o 异常处理方法 o 中断优先级处理方法 o 系统调用 3.2.5嵌入式文件系统应用技术 3.2.6嵌入式系统图形用户接口（GUI）应用技术 3.2.7嵌入式系统数据库应用技术 3.3嵌入式软件设计技术 3.3.1汇编语言设计 o 数据类型 o 汇编语言程序结构 o 汇编语言程序设计及优化 o 子程序调用 3.3.2嵌入式C语言设计 o ANSI-C的数据类型 o C程序结构 o C语言程序设计及优化 o 程序的编译与链接 3.3.3面向对象程序设计与开发 o 面向对象的分析与设计方法UML o 面向对象的编程语言 o 使用C++进行嵌入式系统开发 o 使用Java进行嵌入式系统开发 3.4 系统级软件设计技术 o 嵌入式系统固件与系统初始化设计 o 设备驱动程序设计 o 硬件抽象层、板级支持包设计 o 嵌入式软件的移植技术 4.嵌入式系统开发技术 4.1系统开发环境 4.1.1开发工具 o 文本编辑器 o 汇编、编译和连接程序 o ICE和ICE监控器 o 配置管理工具 o 逆工程工具 4.1.2平台 o 操作系统 o 分布式开发环境 4.1.3开发环境创建方法及评估 o 开发工作分析 o 开发环境的建立 o 维护、管理、使用开发环境的方法 o 开发环境的评测 4.2实时系统的分析技术 4.2.1实时系统的分析技术 o 结构化分析方法 o 面向对象分析方法 4.2.2实时系统的设计技术 o 结构化分析方法 o 面向对象分析方法 4.3硬件设计环境 4.3.1硬件描述语言 o 硬件开发设计过程 o 硬件描述语言的种类与特点 4.3.2仿真技术 o 逻辑仿真方法 o 逻辑仿真工具 4.3.3大规模集成电路系统的开发方法 o ASIC开发方法 o FPGA设计方法 o IP（intellectual property） 4.4协同设计 o 软硬件任务工和切调 o 设计评审 4.5嵌入式系统低功耗设计技术 o 低功耗系统工作机制 o 低功耗系统模型结构 o 低功耗的硬件设计技术 o 低功耗的软件设计技术 4.6分布式嵌入系统设计 o 分布式系统设计原理 o 分布式系统的通信技术 o 分布式系统设计应用 5.嵌入式系统应用 5.1嵌入式系统在控制领域中的应用 5.2嵌入式系统在手持设备中的应用 5.3嵌入式系统在模式识别中的应用 三、题型举例 1、选择题 若嵌入式系统中采用I/O地址统一编址模式,访问内存单元和I/O设备是通过 (1) 来区分的。 (1) A.数据总线上输出的数据 B.不同的地址代码 C.不同的地址总路线 D.不同的指令 2、问答题 在某个嵌入式操作系统中，任务的状态转换图（不完整）如下，请阅读该图以及下列说明，回答问题1至问题4，将解答填入答题纸的对应栏内。 〔说明〕 任务总共有五个状态：休眠状态、就绪状态、运行状态、中断服务状态和等待状态，在任何时候，一个任务只会处于其中的某一个状态。 〔问题1〕（3分） 在单个CPU的系统中,处于运行状态的任务最多有多少个? 〔问题2〕（3分） 对于运行状态、就绪状态和等待状态这间的相互转换，图中并没有画出来，请补充。用文字处理的形式来进行描述，格式形如"运行状态→中断服务状态"。 〔问题3〕6分） 从运行状态可以直接变为等待状态吗？如果不能为什么？如果能什么时候会发生这种转换？举例说明。 〔问题4〕（3分） 从就绪状态可以直接变为等待状态吗？如果不能，为什么？如果能，什么时候会发生这种转换？举例说明。