第六届信息技术应用水平大赛 < 嵌入式开发与应用技术个人赛赛点解析 >

1. 第六届信息技术应用水平大赛<嵌入式开发与应用技术个人赛赛点解析>第六届信息技术应用水平大赛<嵌入式开发与应用技术个人赛赛点解析> 教育部教育管理信息中心

2. 题型、题量、考试形式与考试时间 预赛安排 • 题型为是非题、选择题。 • 题量是70道，其中是非题40道，每道题1分；单选题30道，每道题2分，合计100分。 • 考试方式采用网络在线考试，系统自动阅卷。 • 考试时间为100分钟。 • 考试日期：10月15日 • 考试地点：各参赛学校

3. 题型、题量、考试形式与考试时间 复赛安排 • 题型为论述、设计、电路分析题等主观题。 • 题量为论述题4道，电路分析题2道、设计题1题。试卷满分为150分。 • 考试方式为计算机答题。 • 考试时间为3小时。 • 考试日期是11月5日 • 考试地点是大赛组委会联同各省赛区办公室指定的承办院校（详见大赛官方 网站）

4. 题型、题量、考试形式与考试时间 决赛安排 • 题型为综合创新设计与操作题。 • 题量为1道设计与操作题，在大赛组委会特别开发的创新实践平台上完成电子系统的设计、安装、调试，并写出实践文档。考察综合运用基础知识的能力、综合设计能力、以及制作与调试等的动手能力和解决复杂问题的能力。试卷满分为120分。 • 考试方式为实验室实际操作。 • 考试时间为4小时。 • 考试日期为12月4日～5日 • 考试地点定于北京

5. 考试内容---基础知识部分 基本元器件 • R.L.C－－特点、性能、标识、应用、元件上V与I的相位关系、元件的分压与分流 • 变压器－－种类、特点、电压、电流、阻抗之比 • 稳压二极管、变压二极管、发光二极管、光电二极管的工作条件与主要参数 • BJT与FET的对比 • β、 rbb’、Iceo 、 ƒT、gm、Vp、VT等参量的含义与应用 • 输入特性、输出特性、传输特性的特点与应用等

6. 考试内容---基础知识部分 基本电路与电路基本定律 • 基尔霍夫第一、第二定律、 戴维定理、叠加定理 • 四种滤波器－－低通、高通、带通、带阻 • 基本电路－－做耦合、滤波、微分、积分 • 如：要使输入方波不失真传至输出端，电路参数应如何选择？ • RLC串联、并联电路 • 如图电路的分析： • 电流、电压的失量关系； • Uo1、Uo2、Uo的计算公式； • 电路的选频曲线； • Q值、通频带宽度的计算 C R C Vi Vo Vi R Vo

7. +Vcc +Vcc Rc C2 Rb Rb1 Rs C1 C1 Vo Vi Vi C2 Rb2 Ce Vo Re Re RL RL 考试内容---基础知识部分 模拟电子电路－－基本放大电路 • 共e、共c电路为主，共b电路次之－－电路及电路特点，元件作用，输入/输出波形关系、应用、计算失真等 • FET共源、共漏放大器的电路特点，与BJT放大器的性能对比。

8. 考试内容---基础知识部分 模拟电子电路－－负反馈放大器 • 四种负反馈放大电路的识别与分析 • 电压串联负反馈放大器－－稳定Vo，提高Ri，对前级电路影响减弱。 • 电压并联负反馈放大器－－稳定Vo，降低Ri，对前级电路影响加大。 • 电流串联负反馈放大器－－稳定Io，提高Ri，对前级电路影响减弱。 • 电流并联负反馈放大器－－稳定Io，降低Ri，对前级电路影响加大。 • 深度负反馈对放大器的影响 Av 1 ≈ Avƒ= 1+AvFv Fv

9. 考试内容---基础知识部分 模拟电子电路－－正弦波振荡器 • 正弦波振荡器的种类－－RC，LC，晶振，DDS，PLL（重点在RC、三点式振荡电路） • 正弦波振荡器的电路组成－－基本放大器，正反馈电路，选频电路，起振条件，平衡条件 • RC振荡器－－电路，特点，频率计算，负载的影响与解决的办法，实际电路的分析 • LC三点式振荡器－－组成原则，等效电路，实际电路的分析 • 晶振－－特点，石英谐振器在振荡电路中的作用 • DDS信号源的特点 • PLL信号源的特点

10. 考试内容---基础知识部分 模拟电子电路－－运算放大器 • 内部组成－－差放输入级、中间级、输出级、偏置电路 • 理想条件－－“虚短”、“虚断”概念 • 应用－－正反向放大、加、减、跟随、比较、微分、积分、滤波 • 要求－－输入输出波形关系、幅值关系等 • 例：下述电路的分析：三级运放起何作用？A、B、C三点波形？若C点要输出锯齿波有何办法 ？

11. 考试内容---基础知识部分 模拟电子电路－－功率放大电路 • 主要指标－－功率、效率 • 主要电路－－OTL、OCL、BTL等 • D类放大电路的组成与工作原理 • 要求－－电路、工作原理、交越失真、Po计算、效率计算 • 例：图（a）、（b）的电路分析 • 理想状态时RL所得的功率？ • 实际中RL所得的功率？ • C值变小时会影响什么指标？ • 如何解决交越失真？

12. 考试内容---基础知识部分 模拟电子电路－－稳压电源 • 二极管稳压电路－－电路、出入波形关系,稳压性能、优缺点。 • 串联调整型稳压电源---稳压性能、优缺点。 • 开关型稳压电源---稳压性能、优缺点。 • 要求： 电路组成框图、工作原理 各主要点信号波形与幅值关系 部分电路图及元器件选择

13. 考试内容---基础知识部分 数字电路 • 二进制、十进制、十六进制、二-十进制间的相互转换 • 简单的逻辑化简 • 基本门电路－－与、或、非、异或、三态、TTL等的符号、逻辑关系，出与入信号波形关系，多余输入端的处理 • 触发器－－RS、JK、D等的特性方程，典型应用，主要引脚的功能。 • 计数器、存储器、译码器---二-4译码器的逻辑电路，存储器的结构、寻址，二进制异步加、减计数器的各点波形 • 数码管－－共阴共阳段代码，多位显示的控制。

14. 考试内容---基础知识部分 PC基本知识 • PC的系统组成－－硬件系统，软件系统 • 硬件系统－－主机、外设 • 主机---微处理器（CPU）、内存储器、I/O接口、三大总线 • 外设---外存储器、输入设备、输出设备 • 软件系统－－系统软件，应用软件 • 三种PC语言－－高级、汇编、机器，高级语言、汇编语言如何转换成机器语言 • 单片机---特点、应用、常用芯片参数 • 接口－－串行、并行、8250、8251、8253、8855A、8259A、RS232、USB等…… • A/D、D/A－－作用、主要参数、选用条件

15. 考试内容---基础知识部分 仪器及使用方法 • 三用表 －－分类、作用、特点、工作原理 • 示波器－－各旋钮作用、测V/f的方法、输入电阻、同步作用、波形显示原理 • 信号源－－种类、特点、频率稳定性能及输出阻抗问题 • 电压表－－分类、特点、输入阻抗问题及数字电压表 • 稳压电源－－指标，内阻大小等 • 扫频仪与频谱分析仪－－作用、特点、选用及工作原理 • Q表－－作用、特点、工作原理

16. 考试内容---基础知识部分 设计题 • 根据设计要求 • 画电路或系统的组成框图 • 分析电路指标及元器件选择 • 指明设计中的重点与难点 例：温度（压力、气体等）信号的数据采集、存储、显示、回控系统的 设计 例：语音信号的采集、存储、回放系统的设计 例：交流信号的幅度、频率测试系统的设计 例：直流稳压电源设计 例：信号波形的产生与变换电路的设计 例：音频功率放大器的设计

17. 考试内容---基础知识部分 综合分析题 • 给定电路，进行工作过程的分析与计算 • 例：串联调整型稳压电源电路的分析与计算 • 例：照相机快门控制电路的分析 • 例：闭环温度控制电路的分析 • 例：正弦波信号源电路的分析与计算 • 例：运算放大器综合应用电路的分析与计算 • 例：功率放大电路的分析与计算 • 例：直流电机转向与转速控制电路的分析

18. 考试内容 --嵌入式专业知识 嵌入式系统定义 • 是控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置 IEEE定义 • 嵌入式系统是软硬件的结合体 • 通常认为 以应用为中心，以计算机技术为基础、软硬件可剪裁、能够满足用户需求的专用计算机系统

19. 考试内容—嵌入式专业知识 嵌入式系统课程 • 强调从部件到系统 • 课程目标：在掌握模电、数电、微机原理与接口的基础上，通过实践训练掌握从需求分析、系统开发、系统实现的工程实践能力

20. 考试内容—嵌入式专业知识 嵌入式系统的特点 • 这是一个充满竞争与机遇的行业，没有哪一家族的处理器和操作系统能够垄断全部市场 • 现状：产品与技术比较分散 • 专用性 • 实时性 • “嵌入性” • 需要专门的开发环境

21. 考试内容—嵌入式专业知识 嵌入式系统应用 • 领域：电信、网络、家电、医疗、汽车电子、军事等 • 产品：手机、可视电话、机顶盒、车载电子设备等

22. 考试内容—嵌入式专业知识 嵌入式处理器分类 1.嵌入式微控制器 MCU • 典型：单片机（特点：单片化、体积小 、价格低、种类多；适于控制） 2.嵌入式DSP处理器 EDSP--- 专用于信号处理方面的处理器 • 特点： 集成度高、运算速度快（广泛应用于语音、图像处理） 3.嵌入式微处理器 MPU--- 由通用计算机CPU演变而来 • 特点：具有32位或以上的处理器、体积小（与工业控制计算机相比）、可靠性高 4.嵌入式片上系统 SOC--- 在处理器内部嵌入操作系统，用以实现复杂系统 • 特点：软硬件无缝结合 运用VHDL语言，综合仿真后将嵌入式系统大部分集成在芯片内

23. 考试内容—嵌入式专业知识 嵌入式操作系统 • 在嵌入式系统中操作系统不是必须的 • 为什么引入操作系统？ 1.系统运行多任务、内存分配复杂 2.系统需要图形用户界面 3.系统需要协议支持 4.文件管理

24. 考试内容—嵌入式专业知识 嵌入式通用操作系统 • 支持的技术： 1.中断技术 2.缓存（Cache）技术 3.DMA (direct Memory Access) 4.保护模式 • CPU接收到中断后停止原来的工作，转去处理中断事件；中断事件处理完毕后返回到原来断点继续工作。 • 使用中断技术是提高处理器效率的一个重要手段 • 处理器内部集成一小块存储器（cache），将常用的指令和数据放入cache；避免频繁访问内存

25. 考试内容—嵌入式专业知识 什么是DMA • DMA Direct Memory Access --- 直接存储器存取 一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换方式 优点：释放处理器，提高数据传输效率 数据直接在源地址和目的地址之间传送 DMA操作需要一块在物理上连续的空间

26. 考试内容—嵌入式专业知识 DMA的传输过程 DMA请求 响应 传输 结束 • 小结： DMA传输方式无需CPU的直接控制 DMA传送方式高于程序中断 DMA主要由硬件实现 • 缺陷： DMA允许外设直接访问内存，形成对总线的独占

27. 考试内容—嵌入式专业知识 嵌入式实时操作系统 • 功能 任务管理 实时时钟 中断管理 存储器优化管理等

28. 考试内容—嵌入式专业知识 嵌入式操作系统 • 商用型 VxWorks、（WindRiver ）Windows CE 、 Palm OS（3COM）、 pSOS（ISI）、 OS-9 (Microware)、QNX OS (QNX)等 特点：稳定可靠、技术支持与售后完善、价格高 • 免费型 Linux、uC/ OS-Ⅱ 特点：开源性、稳定性、免费性

29. 考试内容—嵌入式专业知识 关于ARM • ARM Advanced RISC Machines -- 代表公司名称 -- 一类嵌入式处理器 -- 一种技术 • ARM公司本身不直接从事芯片生产，只出售芯片设计技术的授权；由合作公司生产各具特色的芯片。 • 目前全世界有几十家大的半导体生产商使用ARM公司的授权

30. 考试内容—嵌入式专业知识 计算机体系结构 • 冯·诺依曼体系结构 --- 提取指令和数据是通过一个 单一的内部数据总线进行 • 哈佛体系结构： --- 程序指令存储与数据存储分开 的存储结构 ---分别设置指令总线和数据总线进 行存取

31. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • RISC技术 Reduced Instruction Set Computer • 中心思想：精简指令集的复杂度。 特点：使用大量的通用寄存器 采用流水线技术 简单的寻址模式

32. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • 流水线技术 • 以三级流水线为例 译码 执行 取址 取址 译码 执行 取址 译码 执行

33. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • 五级流水线 • ARM7的内核一般为三级流水线 • ARM9的内核为五级流水线 • ARM10的内核为六级流水线 • XScale为七级流水线

34. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • 1.V1版本 地址空间26位 • 2. V2版本 地址空间26位 未商业授权 • 3. V3版本 地址空间32位 • 4.V4版本 地址空间32位 在32位指令集的基础上增加16位Thumb指令集 代表：ARM7TDMI ARM922T

35. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • ARM7TDMI 采用冯·诺依曼结构 三级流水线 时钟速率66MHz或更高 0.9MIPS/MHz性能 • ARM922T 哈佛结构 五级流水线 1.1MIPS/MHz性能 • MIPS/MHz 每秒百万条指令

36. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • 5.V5版本 • 支持ARM与Thumb指令集之间进行切换 • 支持DSP运算 (E) • 增加对Java指令支持(J) • 指令与数据分离的Cache结构 • 五级流水线 代表 ARM946E ARM926EJ

37. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • ARM10 • 六级流水线 • 时钟频率300MHz或更高 • 指令Cache、数据Cache 各32K • 能够运行多种商用操作系统

38. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • 6.V6版本 • 时钟频率350—500MHz 最高可达1GHz • 支持多媒体处理运算 • SIMD（Single Instruction Multiple Data）指令扩展 • Thumb-2指令 将Thumb技术性能提高25% • IEM（Intellingent Energy Manager）技术 • TrustZone技术 代表 ARM1136J-S ARM1176JZ-S

39. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • 7.Coxtex 版本（V7） 哈佛结构 流水线 三级+分支预测 Thumb-2指令集 • Coxtex- A 系列 （V7A） • Coxtex- M 系列（V7M） • Coxtex- R 系列 （V7R）

40. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM体系结构 • 嵌入式处理器内核 • MIPS核 • ARM核 • PowerPC核 • 68K/ColdFire核

41. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM处理器工作状态 1.ARM状态 2.Thumb状态 3. ARM与Thumb间的切换

42. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM处理器工作模式 • 用户模式User • 快速中断模式FIQ • 外部中断模式IRQ • 管理模式SVC • 中止模式ABT • 未定义指令模式UND • 系统模式SYS

43. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM处理器寄存器组 1.通用寄存器 31个（ARM状态下）

44. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM处理器寄存器组 2.状态寄存器 6个（ARM状态下） CPSR SPSR-svc SPSR-abt SPSR-und SPSR-irq SPSR-fiq • 条件码 程序状态寄存器格式

45. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM处理器寄存器组 • Thumb状态： ---是ARM状态下寄存 器组的子集

46. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM处理器的异常中断 1.复位异常RESET 2.数据访问中止异常DABT 3.快速中断请求异常FIQ 4.外部中断请求异常IRQ 5指令预取中止异常FABT 6.软件中断（SWI）和未定义指令（UNI）异常

47. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM处理器的异常响应 1.将下一条指令地址存入相应LR，以便异常处理完成后能从正确位置重新开始执行。 2.将CPSR的值复制到相应的SPSR 3.设置适当的CPSR位，进入相应的异常模式。 4.转入相应异常处理

48. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM存储器格式 • ARM存储字数据的格式 • 大端格式 • 小端格式

49. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM微处理器数据类型 • 支持： • 字节 8位 • 半字 16位 • 字 32位 • 每种支持有符号数和无符号数

50. 考试内容—嵌入式专业知识 ARM指令系统 • 特点： • 加载/存储型 • 指令集仅能处理寄存器中的数据，处理结果放回寄存器。 • 对系统存储器的访问需要通过专门的加载、存储指令来完成。