软考：高级软件架构师学习笔记——嵌入式技术

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决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）。

1. 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）。

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）。

1. 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）。

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 │ ├── 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”