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

历史阶段	一句话说明	核心差异点
单片微型计算机（SCM）	将CPU、存储器、I/O接口集成于单一芯片，实现基础计算与控制功能	首次实现"芯片级系统"概念，奠定嵌入式物理基础
微控制器（MCU）	集成ADC/DAC、定时器等外设并引入低功耗设计，提升系统可靠性	从"纯计算"转向"计算+外设"集成，支持复杂控制场景
片上系统（SoC）	集成GPU/DSP/基带处理器等专用模块，支持多媒体处理与异构计算	从"通用计算"转向"专用计算"集成，实现片上异构架构
联网嵌入式	集成TCP/IP协议栈与无线通信模块，支持物联网协议与云端交互	从"单机运行"转向"设备-云端"双向通信，构建物联网基础
智能云化	集成AI加速单元并支持边缘-云端协同，实现实时智能决策	从"被动响应"转向"主动智能"，形成"端-边-云"三级架构

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”