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关键字：嵌入式系统设计ARM FPGA多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展,嵌入式技术应用范围的急剧扩大.本文介绍了一种基于ARM和FPGA,从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus）MVB??B嵌入式系统的设计和实现。
系统设计和实现通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下:1.确定嵌入式系统的需求；2.设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统,开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成；3.详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发;4.软硬件的联调和集成；5.系统的测试。
一、步骤1：确定系统的需求：嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的,市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。
一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。
1、MVB总线简介列车通信网（Train Communication Network，简称TCN）是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准（IEC－61375-1), 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB）和多功能车厢总线（MVB）。
TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。
多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。
附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络.在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点：拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式,吸取了ISO的标准。
支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。
简单的传感器和智能站共存于同一总线上。
数据类型：MVB总线支持三种数据类型:a.过程数据：过程变量表示列车的状态，如速度、电机电流、操作员的命令。
1、嵌入式系统的定义答：根据美国电气与电子工程学会IEEE的定义，嵌入式系统是用于控制、监视或辅助操作机器和设备的装置。
需指出的是本定义并不能充分体现嵌入式系统的精髓，从根本上说，嵌入式系统的概念应从应用的角度予以阐述。
在国内的很多嵌入式网站和相关书籍中，一般都认为嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软/硬件可裁剪，可满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专业计算机系统。
（P1的第一段也读一读）2、嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
3、嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构，指令系统可以选用精简指令集系统RISC 或复杂指令集系统CISC 。
4、嵌入式微处理器的体系结构包括哪几种？它们的不同的是什么？答：嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构。
不同点：①冯·诺依曼结构的计算机由CPU和存储器构成，其程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置；采用单一的地址及数据总线，程序指令和数据指令的宽度相同。
程序计数器(PC)是CPU内部只是指令和数据的存储位置的寄存器。
CPU通过程序计数器提供的地址信息，对存储器进行寻址，找到所需要的指令或数据，然后对指令进行译码，最后执行指令规定的操作。
处理器执行指令时，先从存储器中取出指令译码，再去操作数执行运算，即使单条指令也要耗费几个甚至几十个周期，在高速运算时，在传输通道上会出现瓶颈效应②哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。
系统中具有程序的数据总线与地址总线，数据的数据总线与地址总线。
这种分离的程序总线和数据总线可以允许在一个机器周期内同时获取指令字和操作数，从而提高执行速度，提高数据的吞吐率。
第3章嵌入式系统随着信息技术的发展，嵌入式系统的应用越来越广，同时，在我国软件产业发展的规划中，也把嵌入式系统应用软件作为一个重点发展方面。
因此，系统架构设计师必须熟悉有关嵌入式系统的基础知识，掌握嵌入式系统架构设计技术。
根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点：（1）信息系统综合知识：包括嵌入式系统的特点、嵌入式系统的硬件组成与设计、嵌入式系统应用软件及开发平台、嵌入式系统网络、嵌入式系统数据库、嵌入式操作系统与实时操作系统。
（2）系统架构设计案例分析：包括实时系统和嵌入式系统特征、实时任务调度和多任务设计、中断处理和异常处理、嵌入式系统开发设计。
3.1嵌入式系统概论嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，可以适应不同应用对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面的要求，集可配置可裁减的软、硬件于一体的专用计算机系统。
它具有很强的灵活性，主要由嵌入式硬件平台、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件以及应用软件组成。
3.1.1 嵌入式系统的特点嵌入式系统具有以下特点：（1）系统专用性强。
嵌入式系统是针对具体应用的专门系统。
它的个性化很强，软件和硬件结合紧密。
一般要针对硬件进行软件的开发和移植，根据硬件的变化和增减对软件进行修改。
（2）软、硬件依赖性强。
嵌入式系统的专用性决定了其软、硬件的互相依赖性很强，两者必须协同设计，以达到共同实现预定功能的目的，并满足性能、成本和可靠性等方面的严格要求。
（3）系统实时性强。
在嵌入式系统中，有相当一部分系统对外来事件要求在限定的时间内及时做出响应，具有实时性。
（4）处理器专用。
嵌入式系统的处理器一般是为某一特定目的和应用而专门设计的，通常具有功耗低、体积小、集成度高等优点，能够把许多在通用计算机上需要由板卡完成的任务和功能集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统的小型化和移动能力的增强。
80系统架构设计师考试全程指导（第2版）（5）多种技术紧密结合。
嵌入式系统通常是计算机技术、半导体技术、电力电子技术及机械技术与各行业的具体应用相结合的产物。
第一章1.5 前后台系统的组成和运行模式如何？需要考虑的主要因素有哪些？主要性能指标是什么？答：系统组成：由前台事件（外部事件）和后台（主程序组成）。
运行模式：后台是一个一直在运行的系统，前台是由一些中断处理过程组成的。
当有一个前台事件引起中断，中断后台运行，进行前台处理，处理完成后又回到后台。
考虑因素：中断的现场保护和恢复；中断嵌套；中断处理过程；主程序的协调（共享资源）问题性能指标：中断延迟时间；响应时间；恢复时间1.6 单处理器多任务系统由哪些部分组成？其运行方式如何？答：系统组成：是由多个任务、多个中断处理过程和嵌入式操作系统组成的有机整体运行方式：在多任务系统中每个任务是顺序执行的，并行性通过操作系统来完成，任务间以及任务与中断处理程序间的通信、同步和互斥也需要操作系统的支持。
第二章2.1 嵌入式硬件系统由哪几部分组成？答：嵌入式微处理器；总线；存储器；I/O接口和设备2.4 ARM有几种异常？其异常处理方式和80×86有什么不同？答：异常：7种。
Rest异常；Undefined Instruction异常；Software Interrupt异常；Prefetch Abort异常；Data Abort平常；IRQ(interrupt)；FIQ(fast interrupt)不同：对于80×86CPU，当有异常发生时CPU是到指定的向量地址读取要执行的程序的地址，跳转到相应的地址并执行；而对于ARM CPU，当有异常发生时CPU是到向量地址的读取指令并执行，也就是ARM的向量地址处存放的是一条指令（一般是一条跳转指令）。
第三章3.2嵌入式软件的体系结构包括哪些部分？每部分的作用是什么？答：部分：①驱动层；②操作系统层；③中间件层；④应用层。
驱动层：直接与硬件打交道，它对操作系统和应用提供所需驱动的支撑。
操作系统层：包括嵌入式内核、嵌入式TCP/ IP等网络系统、嵌入式文件系统、嵌入式GUI系统和电源管理器等部分。
