题目

Linux 带有 Unix 用户熟悉的完善的开发工具， 几乎所有的 Unix 系统的应用软件都已移 植到了 Linux 上。其强大的语言编译器 GCC ，C++ 等也可以很容易得到，不但成熟完善， 而且使用方便。（分）11 、简述网络文件系统[1] NFS ，并说明其作用。答：NFS 即网络文件系统，是主机通过网络进行文件共享的协议 （2 分 ）。通常用于 UNIX 或类 UNIX 系统中。 NFS 服务器的共享目录可以被 NFS 客户端作为文件系统[2]挂载到本地中（ 1 分）。它的作用是通常用于局域网[3]中用于文件共享（ 1 分）。它的特点是不想 http 和 ftp 要把文件下载到本地才能够被访问， NFS 不需要下载到本地即可访问（ 1 分）。12 、简述 Boot Loader 的两种操作模式 （Operation Mode） ？答：启动加载 （Boot loading ）模式：这种模式也称为 "自主 "（ Autonomous ）模式。也即 Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并 没有用户的介入。 这种模式是 Boot Loader 的正常工作模式， 因此在嵌入式产品发布的时 侯， Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。 （ 2.5 分） 下载（ Downloading ）模式： 在这种模式下，目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接 或网络连接等通信手段从主机（ Host ）下载文件，比如：下载核映像和根文件系统映像等。 从主机下载的文件通常首先被 Boot Loader 保存到目标机的 RAM 中，然后再被 Boot Loader 写到目标机上的 FLASH 类固态存储设备中。 Boot Loader 的这种模式通常在第 一次安装核与根文件系统时被使用； 此外，以后的系统更新也会使用 Boot Loader 的这种 工作模式。 工作于这种模式下的 Boot Loader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命 令行接口。（ 2.5 分）13 、简述嵌入式系统[4]设计过程。14 、ARM 启动代码是系统加电后运行的第一段软件代码， 由于这类代码直接面对处理器核和硬件控制器进行编程，一般都是用汇编语言[5]。一般通用的容主要包括？答：每条 1 分中断向量[6]表初始化存储器[7]系统初始化堆栈初始化有特殊要求的断口，设备 初始化用户程序执行环境 改变处理器模式 呼叫主应用程序15 、什么是符号，什么是硬？符号与硬的区别是什么？答：分硬和符号。符号可以建立对于文件和目录的。 符号可以跨文件系统， 即可以跨磁盘分区。 符号的文件类 型位是I，文件具有新的i节点。硬不可以跨文件系统。它只能建立对文件的，硬的文件类型位是－，且硬文件的 i 节点同被文件的 i 节点相同。16 、进程的查看和调度分别使用什么命令？答：进程查看的命令是 ps 和 top 。进程调度的命令有 at ， crontab ， batch ， kiII 。17 、简述嵌入式系统中非占先式与占先式调度法的区别有哪些。答：非占先式调度法也称作合作型多任务（ cooperative muItitasking ），各个任务彼此合作共 享一个 CPU 。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态[8]变为就绪状态[9]。 （1 分）但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃 CPU 的使用权时，那个高优先级的任务才能获得 CPU 的使用权。（2 分） 当系统响应时间很重要时，要使用占先式（ preemptive ）核。（1 分）最高优先级的任务一 旦就绪，总能得到 CPU 的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了 就绪态，当前任务的 CPU 使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻 得到了 CPU 的控制权。（2 分）18 、什么是 BootLoader ，其主要功能是什么？答： Boot Loader 相当于普通 pc 机的 BIOS ，是在系统复位后执行的第一段代码。因此， 整个系统的加载启动任务就完全由 Boot Loader 来完成。它首先完成系统硬件的初始化， 包括时钟的设置、存储器的映射等。 并设置堆栈指针，然后跳转到操作系统核入口，如系统 在加电或复位时通常从地址 0x00000000 处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系 统的 Boot Loader 程序。这样，将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调 用操作系统核准备好正确的环境。在此之后，系统的运行在操作系统的控制下了。通常， Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界 里建立一个通用的 Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对 BootLoader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。 不同的嵌入式系统其 Boot Loader 一般是不同的。从操作系统的角度来看， Boot Loader 的总目标就是正确地调用核来执行。另外，由于大多数 Boot Loader 都分为阶段 1 和阶段 2 两部分。依赖于 CPU 的体系结构 的代码，比如设备初始化代码等，通常都放在阶段 1 中，而且通常用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。而阶段 2 通常用 C 语言来实现，这样可以实现一些复杂的功能，而 且代码会具有更好的可读性和移植性。19 、什么是硬实时操作系统[10]、软实时操作系统以及二者的区别？答：在实时系统[11]中， 如果系统在指定的时间未能实现某个确定的任务， 会导致系统的全面失 败，这样的系统被称为强实时系统或硬实时系统[12]。 （ 1 分）强实时系统响应时间一般在毫秒 或微秒级。（ 1 分）在弱实时系统中，虽然响应时间同样重要，但是超时却不会发生致命的错误。 （ 1 分）其系统响应时间在毫秒至秒的数量级上， （ 1 分）其实时性的要求比强实时系统要差一些。 （ 2 分）20 、多线程[13]有几种实现方法，线程间同步有几种实现方法，都是什么？答：两种实现方法，一种是继承 Thread, 另外一种是实现接口 Runnable 。 同步的实现方法有两种，分别是 synchronized, wait 与 notify 。用 synchronized 可以对 一段代码、 一个对象及一个方法进行加锁。 用 wait 与 notify 可以使对象处于等待及唤醒方 式导致同步，因为每个对象都直接或间接的继承了 Object 类。21 、介绍一下嵌入式系统的设计步骤有哪些？各部分主要工作是什么？答：（ 1）需求分阶段， 罗列出用户的需求； （1 分）（ 2）体系结构设计阶段， 描述系统的功能如何实现； （ 1 分）（ 3）详细设计[14]阶段，进行 硬件系统与软件系统的分类划分，以决定哪些功能用硬件实 现，哪些用软件实现； （ 1 分）（ 4）系统集成， 把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起， （1 分）进行调试[15]，发现 并改进在设计过程中的错误； （1 分）（ 5）系统测试， 对设计好的系统进行测试，看其是否满足给定的要求。 （1 分）22 、某 /etc/fstab 文件中的某行如下：/dev/had5 /mnt/dosdata msdos defaults,usrquota 1 2 请释其含义。答：（1 ）第一列：将被加载的文件系统名；（ 2 ）第二列：该文件系统的安装点；（3 ）第三列：文件系统的类型；（4 ）第四列：设置参数；（5 ）第五列：供备份程序确定上次备份距现在的天数；（6 ）第六列：在系统引导时检测文件系统的顺序。23 、 ARM 支持哪两种数据存储格式，简单描述各自特点。答：分为大端[16]格式和小端[17]格式。 （ 2 分）大端格式： 被存放字数据的高字节存储在存储系统的低地址中， 而被存放的字数据的低字节则存放在存储系统的高地址中。 （2 分）小端格式： 与大端存储格式相反， 在小端存储格式中， 存储系统的低地址中存放的是被 放字数据中的低字节容，存储系统的高地址存放的是被存字数据中的高字节容。 （ 2 分）24 、简述网络文件系统 NFS ，并说明其作用。答：网络文件系统是应用层的一种应用服务，它主要应用于 Linux 和 Linux 系统、 Linux 和 Unix 系统之间的文件或目录的共享。对于用户而言可以通过 NFS 方便的访问远地的文件 系统，使之成为本地文件系统的一部分。采用 NFS 之后省去了登录的过程，方便了用户访 问系统资源[18]。25 、什么是 BootLoader ？主要有几种工作模式及主要功能是什么？ 答：简单说来， Bootloader 就是操作系统核运行的一段小程序，完成进行初始化系统硬件设置 的任务，包括 CPU 、SDRRAM 、Flash 、串口等初始化，时钟的设置、存储器的映射。 （ 2 分）分为启动加载模式和下载模式。（ 3） 启动加载模式启动加载（ Boot laoding ）模式又称为“自主”（ Autonomous ）模式，是指 Bootloader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户 的介入。（ 2 分）（ 4） 下载模式在下载模式下，目标机上的 Bootloader 将先通过串口连接或网络连接等通信手段从宿主 机下载文件。 （2 分）26 、简述进程的启动、终止的方式。答：在 Linux 中启动一个进程有手工启动和调度启动两种方式：（1 ）手工启动 用户在输入端发出命令，直接启动一个进程的启动方式。可以分为：1 前台启动：直接在 SHELL中输入命令进行启动。2 后台启动：启动一个目前并不紧急的进程，如打印进程。（2）调度启动 系统管理员根据系统资源和进程占用资源的情况， 事先进行调度安排， 指定任务运行的时间 和场合，到时候系统会自动完成该任务。27 、简述 Bootloader 有何作用？

Linux 带有 Unix 用户熟悉的完善的开发工具， 几乎所有的 Unix 系统的应用软件都已移 植到了 Linux 上。其强大的语言编译器 GCC ，C++ 等也可以很容易得到，不但成熟完善， 而且使用方便。（分）11 、简述网络文件系统[1] NFS ，并说明其作用。答：NFS 即网络文件系统，是主机通过网络进行文件共享的协议 （2 分 ）。通常用于 UNIX 或类 UNIX 系统中。 NFS 服务器的共享目录可以被 NFS 客户端作为文件系统[2]挂载到本地中（ 1 分）。它的作用是通常用于局域网[3]中用于文件共享（ 1 分）。它的特点是不想 http 和 ftp 要把文件下载到本地才能够被访问， NFS 不需要下载到本地即可访问（ 1 分）。12 、简述 Boot Loader 的两种操作模式 （Operation Mode） ？答：启动加载 （Boot loading ）模式：这种模式也称为 "自主 "（ Autonomous ）模式。也即 Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并 没有用户的介入。 这种模式是 Boot Loader 的正常工作模式， 因此在嵌入式产品发布的时 侯， Boot Loader 显然必须工作在这种模式下。 （ 2.5 分） 下载（ Downloading ）模式： 在这种模式下，目标机上的 Boot Loader 将通过串口连接 或网络连接等通信手段从主机（ Host ）下载文件，比如：下载核映像和根文件系统映像等。 从主机下载的文件通常首先被 Boot Loader 保存到目标机的 RAM 中，然后再被 Boot Loader 写到目标机上的 FLASH 类固态存储设备中。 Boot Loader 的这种模式通常在第 一次安装核与根文件系统时被使用； 此外，以后的系统更新也会使用 Boot Loader 的这种 工作模式。 工作于这种模式下的 Boot Loader 通常都会向它的终端用户提供一个简单的命 令行接口。（ 2.5 分）13 、简述嵌入式系统[4]设计过程。14 、ARM 启动代码是系统加电后运行的第一段软件代码， 由于这类代码直接面对处理器核和硬件控制器进行编程，一般都是用汇编语言[5]。一般通用的容主要包括？答：每条 1 分中断向量[6]表初始化存储器[7]系统初始化堆栈初始化有特殊要求的断口，设备 初始化用户程序执行环境 改变处理器模式 呼叫主应用程序15 、什么是符号，什么是硬？符号与硬的区别是什么？答：分硬和符号。符号可以建立对于文件和目录的。 符号可以跨文件系统， 即可以跨磁盘分区。 符号的文件类 型位是I，文件具有新的i节点。硬不可以跨文件系统。它只能建立对文件的，硬的文件类型位是－，且硬文件的 i 节点同被文件的 i 节点相同。16 、进程的查看和调度分别使用什么命令？答：进程查看的命令是 ps 和 top 。进程调度的命令有 at ， crontab ， batch ， kiII 。17 、简述嵌入式系统中非占先式与占先式调度法的区别有哪些。答：非占先式调度法也称作合作型多任务（ cooperative muItitasking ），各个任务彼此合作共 享一个 CPU 。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态[8]变为就绪状态[9]。 （1 分）但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃 CPU 的使用权时，那个高优先级的任务才能获得 CPU 的使用权。（2 分） 当系统响应时间很重要时，要使用占先式（ preemptive ）核。（1 分）最高优先级的任务一 旦就绪，总能得到 CPU 的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了 就绪态，当前任务的 CPU 使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻 得到了 CPU 的控制权。（2 分）18 、什么是 BootLoader ，其主要功能是什么？答： Boot Loader 相当于普通 pc 机的 BIOS ，是在系统复位后执行的第一段代码。因此， 整个系统的加载启动任务就完全由 Boot Loader 来完成。它首先完成系统硬件的初始化， 包括时钟的设置、存储器的映射等。 并设置堆栈指针，然后跳转到操作系统核入口，如系统 在加电或复位时通常从地址 0x00000000 处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系 统的 Boot Loader 程序。这样，将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调 用操作系统核准备好正确的环境。在此之后，系统的运行在操作系统的控制下了。通常， Boot Loader 是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。因此，在嵌入式世界 里建立一个通用的 Boot Loader 几乎是不可能的。尽管如此，我们仍然可以对 BootLoader 归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的 Boot Loader 设计与实现。 不同的嵌入式系统其 Boot Loader 一般是不同的。从操作系统的角度来看， Boot Loader 的总目标就是正确地调用核来执行。另外，由于大多数 Boot Loader 都分为阶段 1 和阶段 2 两部分。依赖于 CPU 的体系结构 的代码，比如设备初始化代码等，通常都放在阶段 1 中，而且通常用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。而阶段 2 通常用 C 语言来实现，这样可以实现一些复杂的功能，而 且代码会具有更好的可读性和移植性。19 、什么是硬实时操作系统[10]、软实时操作系统以及二者的区别？答：在实时系统[11]中， 如果系统在指定的时间未能实现某个确定的任务， 会导致系统的全面失 败，这样的系统被称为强实时系统或硬实时系统[12]。 （ 1 分）强实时系统响应时间一般在毫秒 或微秒级。（ 1 分）在弱实时系统中，虽然响应时间同样重要，但是超时却不会发生致命的错误。 （ 1 分）其系统响应时间在毫秒至秒的数量级上， （ 1 分）其实时性的要求比强实时系统要差一些。 （ 2 分）20 、多线程[13]有几种实现方法，线程间同步有几种实现方法，都是什么？答：两种实现方法，一种是继承 Thread, 另外一种是实现接口 Runnable 。 同步的实现方法有两种，分别是 synchronized, wait 与 notify 。用 synchronized 可以对 一段代码、 一个对象及一个方法进行加锁。 用 wait 与 notify 可以使对象处于等待及唤醒方 式导致同步，因为每个对象都直接或间接的继承了 Object 类。21 、介绍一下嵌入式系统的设计步骤有哪些？各部分主要工作是什么？答：（ 1）需求分阶段， 罗列出用户的需求； （1 分）（ 2）体系结构设计阶段， 描述系统的功能如何实现； （ 1 分）（ 3）详细设计[14]阶段，进行 硬件系统与软件系统的分类划分，以决定哪些功能用硬件实 现，哪些用软件实现； （ 1 分）（ 4）系统集成， 把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起， （1 分）进行调试[15]，发现 并改进在设计过程中的错误； （1 分）（ 5）系统测试， 对设计好的系统进行测试，看其是否满足给定的要求。 （1 分）22 、某 /etc/fstab 文件中的某行如下：/dev/had5 /mnt/dosdata msdos defaults,usrquota 1 2 请释其含义。答：（1 ）第一列：将被加载的文件系统名；（ 2 ）第二列：该文件系统的安装点；（3 ）第三列：文件系统的类型；（4 ）第四列：设置参数；（5 ）第五列：供备份程序确定上次备份距现在的天数；（6 ）第六列：在系统引导时检测文件系统的顺序。23 、 ARM 支持哪两种数据存储格式，简单描述各自特点。答：分为大端[16]格式和小端[17]格式。 （ 2 分）大端格式： 被存放字数据的高字节存储在存储系统的低地址中， 而被存放的字数据的低字节则存放在存储系统的高地址中。 （2 分）小端格式： 与大端存储格式相反， 在小端存储格式中， 存储系统的低地址中存放的是被 放字数据中的低字节容，存储系统的高地址存放的是被存字数据中的高字节容。 （ 2 分）24 、简述网络文件系统 NFS ，并说明其作用。答：网络文件系统是应用层的一种应用服务，它主要应用于 Linux 和 Linux 系统、 Linux 和 Unix 系统之间的文件或目录的共享。对于用户而言可以通过 NFS 方便的访问远地的文件 系统，使之成为本地文件系统的一部分。采用 NFS 之后省去了登录的过程，方便了用户访 问系统资源[18]。25 、什么是 BootLoader ？主要有几种工作模式及主要功能是什么？ 答：简单说来， Bootloader 就是操作系统核运行的一段小程序，完成进行初始化系统硬件设置 的任务，包括 CPU 、SDRRAM 、Flash 、串口等初始化，时钟的设置、存储器的映射。 （ 2 分）分为启动加载模式和下载模式。（ 3） 启动加载模式启动加载（ Boot laoding ）模式又称为“自主”（ Autonomous ）模式，是指 Bootloader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户 的介入。（ 2 分）（ 4） 下载模式在下载模式下，目标机上的 Bootloader 将先通过串口连接或网络连接等通信手段从宿主 机下载文件。 （2 分）26 、简述进程的启动、终止的方式。答：在 Linux 中启动一个进程有手工启动和调度启动两种方式：（1 ）手工启动 用户在输入端发出命令，直接启动一个进程的启动方式。可以分为：1 前台启动：直接在 SHELL中输入命令进行启动。2 后台启动：启动一个目前并不紧急的进程，如打印进程。（2）调度启动 系统管理员根据系统资源和进程占用资源的情况， 事先进行调度安排， 指定任务运行的时间 和场合，到时候系统会自动完成该任务。27 、简述 Bootloader 有何作用？

题目解答

答案

要点： （1）首先， bootloader 是在特定硬件平台运行的程序，严重依赖于硬件平台，需 要移植；（2）是系统上电之后， 第一个运行的程序， 系统在上电或复位时通常都从地址 0x0 处 开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的 Boot Loader 程序； （3）bootloader 程 序的设计目标是启动嵌入式操作系统[19]， 嵌入式操作系统的启动需要一定的条件， 这些条件由 bootloader 来满足； （4）Bootloader 一般具有对存储器和网络接口操作的功能；如擦除、 读写 Flash ，通过 USB 、串口下载文件等28 、 ARM 处理器中，引起异常的原因是什么？答： （1） 、指令执行引起的异常软件中断[20]、 未定义指令 （包括所要求的协处理器[21]不存在是的协处理器指令） 、预取[22]址中止 （存储器故障） 、数据中止。（2）、外部产生的中断复位、 FIQ 、IRQ 。29 、程序、进程、线程有何区别？要点： 程序是编译后形成的可执行代码， 是静止的。 进程是程序的一次执行， 是活动的。 线程是进程的可执行单元，同一进程的不同线程共享进程的资源和地址空间[23]。30 、 Linux 系统中线程的同步方式有互斥量、信号量[24]和条件变量等。假设现在需要设计一 个多线程的应用程序，试分一下以上几种同步方式分别可在什么场合下使用（ 6 分）。 参考答案：Mutex 互斥量，用于操作某个临界资源[25]时对该资源上锁，以实现互斥地对独占资源的使用（ 2 分）Semophore 信号灯， 信号灯有一计数器[26]， 可以用于对多个同类资源的分配。 当资源用完时， 申请资源的线程会在信号量上睡眠，有线程释放资源时，再将该线程唤醒继续运行。 （2 分）Condition 条件变量， 条件变量用于等待信号。 当一个线程需要等待某个信号时， 就可到条 件变量上等待，当信号具备时，系统会唤醒该线程继续运行。 （ 2 分）31 、简述嵌入式系统的几个重要特征？要点： 系统核小 ；专用性强 ；系统精简 ；高实时性的系统软件 ；多任务的操作系统 ； 需要专用的开发工具和环境。 答出上述 4 个并适当阐述的即可给满分。32 、什么是程序的局部性原理？要点： 程序的局部性原理是指程序在执行过程中的一个较短时期， 它所执行的指令和访 问的存储空间分别局限在一定的区域。 具体表现在时间局部性[27]和空间局部性[28]。 时间局部性是 指一条指令的一次执行和下一次执行、 一个数据的一次访问和下一次访问， 都集中在一个较 短的时间。空间局部性是指程序执行了某条指令，则它相邻的几条指令也可能马上执行。33 、简述 Busybox 的工作原理。 （4 分）参考答案： Busybox 是通过一个程序去实现原来 Linux 的众多命令程序。这样可使原来 3.5MB 左右的工具包压缩大约 200KB 大小一个程序，这对嵌入式系统非常重要（ 2 分）。 为了使用的方便， Busybox 通过创建其原文件的符号连接来达到传递具体执行命令的目的。 例如，创建一个 mv 的符号连接，当用户键入 mv 后， mv 实际上会以 C 语言中的 argv[0] 传递给 Busybox 的主程序。这样 Busybox 就可据此跳转到相应的代码去执行。 （ 2 分）34 、 Linux 作为嵌入式操作系统的优势？答：Linux 作为嵌入式操作系统的优势主要有以下几点：