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。