1
Tờ 1, trang 1
Nêu định nghĩa thế nào là
a/ Hệ điều hành thời gian thực cứng (Hard Real Time Operating
Systems)
b/ Hệ điều hành thời gian thực mềm (Soft Real Time Operating
Systems)
c/Mô tả bằng hình vẽ nguyên lí hoạt động của định thời và giải thuật
xử lí của định thời ?
a.Hệ thời gian thực cứng: là hệ mà dung sai tới hạn chót xấp xi bằng
không. Nói cách khác phải đúng thời điểm nếu không sẽ là thảm họa. Các
tiêu chí hệ thống như sau:
- Phải đảm bảo không để bất kì một sự kiện tới hạn (critical event) nào bị
sự cố trong bát ki hoàn cành nào của hệ thống;
- Độ trề đáp ứng cho sự kiện rất nhor (xét theo từng lớp ứng dụng);
- Các sự kiện cỏ tính chu kì phải được đảm bảo thực hiện đúng chu kì.
Khi thiết kế hệ này cần tính để kết quà tính toán có được trước hạn chót
trước khi hệ phát ra đáp ứng.
b.Hệ thời gian thực mềm: là hệ phải hợp thời gian nhưng hạn chót có tính
mềm dẻo. Như vậy hạn chót có thể cỏ nhiều mức, hạn chót với thời gian T
ước tính với trị trung bình, xác xuất đáp ứng đưa ra nằm trong các mức độ
khác nhau với độ trề trung bình và chấp nhận được. Tuy không gây ra
thảm họa hệ thống nhưng phải trả giá khi độ trễ hệ thống tăng tỷ lệ thuận
tùy thuộc vào ứng dụng, cần có cơ chế bù trừ để loại trừ độ trề này.
c.
Chó canh chừng sẽ thực hiện một tái khởi động (reset) hệ thống hay một
hành động (xử lý), hay kích hoạt một xử lý hiệu chỉnh nếu chương trình
chính bị lỗi, không tiến triển được do một điều kiện nào đó không thể đạt
được trong khung thời gian dự tính (chương trình bị treo). Trong các CPU
nhúng ta thấy có vài bộ
đếm thời gian (specialized timers) cứng, đặt các giá trị khác nhau cho các

/*main.c*/
Main()
{
Wait until card inserted ; /* Đợi đưa thẻ rút tiền vào*/
Call watchdog_reset_routine /* Thẻ đã đưa vào, lập 2 phút đếm, tần số
đếm fclk = 1,85kHz*/
while(transaction in progress) /*Đợi thực hiện rút tiền*/
{
If(button pressed) {
Perform correspondding actions;
Call watchdog_reset_routine;
}
}
/* Nếu sau 2 phút Call watchdog_reset_routine không kích hoạt sau t < 2
phút,*/
/* thì interrupt_service_routine sẽ kích hoạt.*/
3
}
watchdog_reset_routine()
{
/* Kiểm tra nếu checkreg = 1, nạp giá trị vào timereg: Nạp 0 vào scalereg,
và giá trị*/
/*65.535 vào timereg*/
checkreg =1;
scalereg = 0;
timereg = 65.535;
}
Void interrupt_service_routine()
{
eject card; /*Nhr thẻ ra*/

Khi nghiên cứu CPU để thiết kế một hệ thống vi xử lí như một hệ
thống nhúng, có một số khái niệm sau đây :
A. Thế nào là một trạng thái máy ? Thế nào là một chu kì máy ?
B. Thế nào là một chu kì lệnh ?
C. Các khái niệm trên có tác động gì khi viết các đoạn mã chương
trình cho các xử lí tới hạn (critical code) khi các xử lí mang tính cạnh
tranh tài nguyên hệ thống ?
- Một trạng thái máy : được định nghĩa là thời gian một chu kỳ xung đồng
hồ hệ thống CLK
- Một chu kỳ máy : là tập hợp của một số các trạng thái máy để CPU hay
một vi mạch khi nắm quyền kiểm soát Bus hệ thống, thực hiện xong một
thao tác trên bus hệ thống.
b, Một chu kỳ lệnh : là tập các chu kỳ máy cần thiết để hoàn thành một lệnh
của máy.
c, Các khái niệm trên tác động khi viết các đoạn mã chương trình cho các
xử lí tới hạn (critical code) khi các xử lí mang tính cạnh tranh tài nguyên hệ
thống là :
- Tính số lượng CLK
- Quy đổi thời gian
- Tối ưu các lệnh
- Tổng thời gian thực hiện
Ví dụ : việc thực hiện lệnh trong CPU 8085 thực tế là một chuỗi các thao
tác read và write. Mỗi thao tác này tương ứng với một chu kỳ máy. Mỗi
lệnh được thực hiện có từ 1 từ đến 5 chu kỳ máy. Mỗi chu kỳ máy cần từ 3
đến 5 nhịp đồng hồ.
a. Đây là mô hình nguyên lí hoạt động của bộ định thời. Hãy giải thích
nguyên lí hoạt động ?
5
b. Viết một phần mềm vòng lặp xử lí với 3 tác vụ trong khung thời
gian 40 ms. Thời gian hạn chót (deadline) là 50 ms. Định thời nạp giá

a. Nêu những đặc điểm cơ bản của hệ thống nhúng.
b. Hệ thống nhúng thường được dùng ở đâu, cho ví dụ.
c. Mô tả các thành phần cơ bản tạo thành một hệ thống nhúng.
a. Đặc điếm của hệ thống nhúng :
- Là một kiểu máy tính ứng dụng đặc biệt, rất giới hạn về phần cứng và
phần mềm khi so sánh với các máy tính đa năng, như máy tính cá nhân,
máy chủ, siêu máy tính. Điều đó nói lên rằng hiệu năng xử lý, năng lượng
6
tiêu thụ, bộ nhớ, các phần cứng khác đều hạn chế.Còn phần mềm hạn
chế, hay phần mềm là cố định, có nghĩa hệ điều hành(HĐH) được thiết kế
phù hợp với các xử lý đã định. Hiện nay HĐH thường sử dụng là HĐH đa
nhiệm(như DOS 6.X hỗ trợ đa nhiệm trên các loại HTN dòng PC 104), hay
HĐH thời gian thực.
-HTN được thiết kế để thực hiện một hay vài ứng dụng xác định, chuyên
biệt (Application specific), ví dụ các thiết bị nhúng công nghiệp như Robot
thuộc loại này. Điện thoại di động, là các HTN có khả năng thực hiện nhiều
chức năng hơn. Tuy nhiên xu hướng hiện nay là tạo ra các HTN khả trình
có giao diện kết nối với một hệ phát triển khác để nâng cấp phần mềm.
-HTN tương tác với môi trường ứng dụng qua nhiều phương thức:
 Qua các bộ cảm biến (sensor), ghép nối vào HTN bằng dây dẫn, hay
không dây
 Phát triển các giao thức truyền tin riêng biệt, hay theo các giao thức
chuẩn để trao đổi thông tin với các thiết bị khác có thể có hỗ trợ nối mạng
LAN.
 HTN thuộc loại thiết bị thông minh tự phản ứng(reactive), bị động nhưng
tương tác liên tục với môi trường và có đáp ứng kịp thời với những tiến
triển (sự kiện) mà môi trường nó xác lập.
 Tương tác người-máy rất đơn giản nếu có vì HTN chạy độc lập và thông
tin với hệ thống lớn hơn là chính.
-HTN hoạt động độc lập, do đó có các đặc điểm sau:

điều khiển qui trình công nghiệp, Các hệ thống máy tính, Các hệ thống có
độ tin cậy cao và rất cao.
c.
- HTN là nửa phía trên của hình vẽ
- Các thành phần hợp thành bao gồm: ADC, DAC và hệ thống nhúng
- ADC: chuyển tín hiệu đầu vào từ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số
- Hệ thống nhúng: để xử lý, tính toán,
- DAC: chuyển tín hiệu số thành tín hiệu tương tự đưa ra ngoài
8
Tờ 3, trang 2
Có 6 bước thiết kế kiến trúc của hệ thống nhúng, đó là các bước
nào ?
1. Cần kiến thức tốt về phần cứng (Thiết kế logic, kiến trúc máy tính, kiến
trúc CPU, ngoại vi, hệ điều hành, ). Hiểu biết tốt và các thành phần hợp
thành phần cứng của một hệ thống nhúng, có khả năng hiểu và kiểm soát
các thiết bị nối vào HTN.
2. Sự tương tác với thị trường vào quá trình xây dựng HTN:
_Nhu cầu của thị trường ảnh hưởng tới kiến trúc của HTN và không chỉ
giới hạn ở kỹ thuật, công nghệ
_Cần nhận ra các yêu cầu của thị trường có tác động vào qui trình thiết kế,
bao gồm: kỹ thuật, xu hướng thương mại, ảnh hưởng của chính trị, xã hội.
Điểm này gọi là chu kỳ kiến trúc thương mại của HTN (Architecture
Business Cycle)
_Từ nhận thức các yêu cầu, đưa ta giải pháp về phần cứng/ phần mềm
thông qua các bước sau :
o Định nghĩa tập các kịch bản mà tập đó phác thảo mỗi một trong những
yêu cầu
o Đưa ra chiến thuật có thể áp dụng cho mỗi kịch bản, có thể dùng để tạo
ra hệ thống như mong muốn
o Sử dụng kịch bản để phác thảo các chức năng hệ thống cần có, sau đó

_Tài liệu về từng cấu trúc
_Tài liệu tổng thể về kiến trúc hệ thống.
a. Hãy nêu những đặc điểm của các môi trường mà hệ thống nhúng
hoạt động từ đó cho biết các yêu cầu cơ bản về cấu trúc của HTN ?
b. Tại sao nói hầu hết các hệ thống nhúng hoạt động với sự ràng
buộc về thời gian ?
-HTN là một kiểu máy tính có yêu cầu về chất lượng và độ tin cậy rất cao,
hoạt động được trong các môi trường khắc nghiệt nhiệt độ(cao, hay rất
thấp), độ ẩm cao, độ rung động lớn, nhiễu sóng điện từ,
-Phần lớn các hệ thống nhúng hoạt động với sự ràng buộc thời gian: yêu
cầu có thời gian cho (đáp ứng) đầu ra nhanh, đúng thời điểm, trong mối
tương quan với thời điểm xuất hiện của (sự kiện) đầu vào. Kiểu hoạt động
như vậy gọi là đáp ứng theo thời gian thực. Thời gian thực có thể chia ra
làm hai kiểu :
 Nhạy cảm với thời gian (time-sensitive) : sự kiện chỉ được xử lý trong
một khung thời gian nhất định
 Thời gian tới hạn (time critical) : trong một cửa sổ thời gian cho phép, xử
lý phải được thực hiện và phải có đáp ứng đầu ra.
-Có hiệu năng cao. Các số đo sau phản ánh đặc tính này :
 Sử sụng năng lượng thấp và hiệu quả. Có thể thấy điểm này ở các tb di
động
 Mã phần mềm có kích thước rất tối ưu, vì mã phải cài toàn bộ trên HTN
 Thời gian xử lý tác vụ (run-time) phải nhanh, sử dụng ít tài nguyên phần
cứng (lq tới tiêu hao năng lượng)
10
 Trọng lượng nhỏ. Đây là một trong những lựa chọn khi mua HTN
 Giá thành rất cạnh tranh. Muốn vậy thiết kế và sử dụng phần cứng, phần
mềm cần quan tâm tới hiệu quả.
Đây là hai kiểu kiến trúc máy tính cho HTN:
A. Cho biết tên gọi của các kiểu kiến trúc là gì ?

5) Xác lập ngăn xếp .stack trong RAM, khởi động SP trỏ vào địa chỉ đầu
của stack.
6) Hoàn tất khâu khởi động, CPU tiếp tục thực hiện các lệnh trong .text
cho tới khi hệ thống hoặc shutdown hay RESET.
Môi trường làm việc cho loader được khởi động ở RAM (3, 4, 5)
11
7) Loader copy phần mã nén của image vào RAM.
8) Copy các phần mã đã giải nén vào các vùng làm việc tạm trong RAM
(8)
9) Copy các phần mã đã giải nén vào các vùng làm việc tạm trong RAM
( 9)
10) Copy các phần mã đã giải nén vào các vùng làm việc tạm trong RAM
(10)
. Hoàn tất giải nén image.
11) Loader chuyển điều khiển cho image bằng một lệnh JMP vào .text (nạp
cho IP địa chỉ này trước khi JMP tới đó).
12) Vùng RAM mà loader chiếm khi được copy từ ROM là tái sử dụng, SP
được tái khởi động để trỏ vào đó và được dùng như ngăn xếp cho một
chương trình mới
nào đó. Vùng RAM để giải nén giải phóng để sử dụng khác. Hệ thống đi
vào hoạt
động.
Cho một mô hình qui trình điều khiển công nghệ có ứng dụng hệ
thống nhúng như hình sau :
(lưu con nhà bà đồ)
Hãy khoanh vùng cho biết hệ thống nhúng là phần nào ? Các thành
phần hợp thành của hệ thống nhúng là gì ? Chức năng của các thành
phần đó ?
- HTN là nửa phía trên của hình vẽ
- Các thành phần hợp thành bao gồm: ADC, DAC và hệ thống nhúng

- Độ phân giải : Khái niệm độ phân giải được dùng để chỉ số bits cần thiết
để chứa hết các mức giá trị digital ngõ ra. Nếu một mạch chuyển đổi ADC
có độ phân giải n bit thì sẽ có 2n mức giá trị có thể có ở ngõ ra digital
- Thời gian biến đổi xong một mẫu của ADC nhanh.
- Tín hiệu đối thoại với CPU : tốc độ đáp ứng không được chậm hơn so với
CPU.
Tờ 1, trang 2
a. Nêu các đặc tả cơ bản của một hệ thời gian thực.
b. Thế nào là định thời trong một hệ thời gian thực ?
c. Mô tả bằng hình vẽ nguyên lí hoạt động của định thời và giải thuật
xử lí của định thời ?
a. Đặc điểm cơ bản của hệ thời gian thực
Tính bị động. Hệ thống phải phản ứng với các sự kiện xuất hiện vào các
thời điểm thường không biết trước. Ví dụ, sự vượt ngưỡng của một giá trị
đo, sự thay đổi trạng thái của một thiết bị quá trình phải dẫn đến các phản
ứng trong bộ điều khiển.
13
Tính chuẩn xác chức năng và chính xác về thời gian: Các chức năng phải
được thực hiện chuẩn xác. Các tính toán, xử lý phải cho ra kết quả trong
một chu kì thời gian đã xác định trước. Chính xác về thời gian sẽ cho phép
hệ đưa ra đáp ứng một cách kịp thời. Tuy tính chính xác thời gian là một
đặc điểm tiêu lịch, nhưng một hệ thống có tính năng thời gian thực không
nhất thiết phải có đáp ứng thật nhanh mà quan trọng hơn là phải có phản
ứng kịp thời đối với các yêu cầu, tác động bên ngoài.
Tính đồng thời'. Hệ thống phải có khả năng phản ứng và xừ lý đồng thời
nhiều sự kiện diễn ra. Ví dụ, cùng một lúc một hệ thống trong vai trò là một
bộ điều khiển PID, được yêu cầu thực hiện nhiều vòng điều chinh, giám sát
ngưỡng giá trị nhiều đầu vào, cảnh giới trạng thái làm việc của một số thiết
bị khác
Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu lịch, thời gian

Có những tr ờng hợp nếu phần mềm có lỗi nghiêm trọng, chó canh chừngƣ
có thể sẽ loại (disable) phần mềm đó không cho chạy nữa.
c.
Chó canh chừng sẽ thực hiện một tái khởi động (reset) hệ thống hay một
hành động (xử lý), hay kích hoạt một xử lý hiệu chỉnh nếu chương trình
chính bị lỗi, không tiến triển được do một điều kiện nào đó không thể đạt
được trong khung thời gian dự tính (chương trình bị treo). Trong các CPU
nhúng ta thấy có vài bộ
đếm thời gian (specialized timers) cứng, đặt các giá trị khác nhau cho các
ứng dụng quan trọng, mà trong khung thời gian đó ứng dụng phải kết thúc
hay phải đưa ra được đáp ứng, nếu không (khả năng có sự bất thường)
ứng dụng sẽ được chó canh chừng khởi động lại từ đầu. Các hệ có cài
trình gỡ rối sẽ ghi lại vào bộ lưu trữ đặc biệt để hỗ trợ khác phục sự cố.
Đoạn mã
if (all flag are OK)
{
Call(Reset Twd); //Hệ hoạt động bình th ờng, ƣ
//đặt mới giá trị 50 micro giây co watchdog
Jmp mainloop; //Trở về chu kì mới;
}
else //nếu thực hiện đoạn code này có nghĩa
//counter sẽ vượt 50 giây ấn định xung đầu ra sẽ
RESET CPU.
{
Log eror; //Record failure
Reset System; //WD reset CPU
}
15
c. Nêu và mô tả các nguyên lí sử dụng khi ghép nối các thiết bị vào hệ
thống nhúng ?

+) a. Đây là mô hình nguyên lí hoạt động của bộ định thời. Hãy giải thích
nguyên lí hoạt động ?
b. Viết một phần mềm vòng lặp xử lí với 3 tác vụ trong khung thời gian 40
ms. Thời gian hạn chót (deadline) là 50 ms. Định thời nạp giá trị tới hạn
(critical) là 55 ms ; đầu ra WD nối vào đầu RESET của CPU. RST-out khởi
động lại WD từ đầu.
1) Điều gì sẽ xảy ra khi xử lí 3 tác vụ kết thúc bình thường (Tdeadline < 50
ms)?
16
2) Điều gì sẽ xảy ra khi vòng lặp kết thúc không bình thường (Tdeadline >
55 ms) ?
3) Hãy phát thảo giải thuật (logic của chương trình) cho phần mềm này ?
Tờ 2, trang 2:
+) Nêu kịch bản khởi động chạy phần mềm ở RAM sau khi mã đã copy từ
ROM vào RAM
+) Cho một mô hình qui trình điều khiển công nghệ có ứng dụng hệ thống
nhúng như hình sau :
(lưu con nhà bà đồ)
Hãy khoanh vùng cho biết hệ thống nhúng là phần nào ? Các thành phần
hợp thành của hệ thống nhúng là gì ? Chức năng của các thành phần đó ?
Tờ 3, trang 1:
+) a. Nêu những đặc điểm cơ bản của hệ thống nhúng.
b. Hệ thống nhúng thường được dùng ở đâu, cho ví dụ.
c. Mô tả các thành phần cơ bản tạo thành một hệ thống nhúng.
Tờ 3, trang 2:
+) Có 6 bước thiết kế kiến trúc của hệ thống nhúng, đó là các bước nào ?
+) a. Hãy nêu những đặc điểm của các môi trường mà hệ thống nhúng
hoạt động từ đó cho biết các yêu cầu cơ bản về cấu trúc của HTN ?
b. Tại sao nói hầu hết các hệ thống nhúng hoạt động với sự ràng buộc về
thời gian ?