嵌入式系統(tǒng)課后習(xí)題及答案

1、精品文檔 第1章嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) 1什么是嵌入式系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？有何特點(diǎn)？寫出你所想到的嵌入 式系統(tǒng)。 答：(1)定義：國(guó)內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的一般定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù) 為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，從而能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)功能、可靠 性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 (2) 組成：嵌入式處理器、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等幾部分 組成。 (3) 特點(diǎn)：a.軟硬件一體化，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、行業(yè)技術(shù)于一體； b. 需要操作系統(tǒng)支持，代碼小，執(zhí)行速度快； c. 專用緊湊，用途固定，成本敏感； d. 可靠性要求高；e.多樣性，應(yīng)用廣泛，種類繁多。 (4) 嵌入式

2、系統(tǒng)：個(gè)人數(shù)字助理(PDA、機(jī)頂盒(STB、IP電話。 2. 嵌入式處理器分為哪幾類？ 答：(1)低端的微控制器(MicroController Unit,MCU )； (2) 中高端的嵌入式微處理器(Embeded MicroProcessor Unit,EMPU )； (3) 通信領(lǐng)域的 DSP處理器(Digital Signal ProcessorQSP)； (4) 高度集成的片上系統(tǒng)(System on Chip,SoC )。 3. ARM英文原意是什么？它是一個(gè)怎樣的公司？其處理器有何特點(diǎn)？ 答：(1)英文原意：Advaneed RISC Machines。高級(jí)精簡(jiǎn)指令集機(jī)器。 (2

3、) 公司簡(jiǎn)介：該公司是全球領(lǐng)先的 16/32位RISC微處理器知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì) 供應(yīng)商，通過將其高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器、外圍和 系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給合作伙伴來生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM公司已 成為移動(dòng)通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)嵌入式解決方案的RISC標(biāo) 準(zhǔn)。 (3) 其處理器特點(diǎn)：a.小體積、低功耗、低成本而高性能；b.16/32位雙指 令集；c.全球的合作伙伴眾多。 4. 什么是實(shí)時(shí)系統(tǒng)？它有哪些特征？如何分類？ 答：(1)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的定義：實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real Time System)是指產(chǎn)生系統(tǒng)輸出的 時(shí)間對(duì)系統(tǒng)至關(guān)重要的系統(tǒng)。 (2) 特征：實(shí)時(shí)性、并行性、多路性、獨(dú)立

4、性、可預(yù)測(cè)性、可靠性。 (3) 分類：根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的不同，實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分為3種類型：強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)、 弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)、一般實(shí)時(shí)系統(tǒng)。 根據(jù)確定性的不同，實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分為2種類型：硬實(shí)時(shí)、軟實(shí)時(shí)。 5. RTOSS哪幾部分組成？它有哪些特點(diǎn)？與一般操作系統(tǒng)相比有何不同？ 答：(1)組成：實(shí)時(shí)內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)組件、文件系統(tǒng)、圖形用戶界面。 (2) 特點(diǎn)：a.支持異步事件的響應(yīng)；b.中斷和調(diào)度任務(wù)的優(yōu)先級(jí)機(jī)制；c. 支持搶占式調(diào)度；d.確定的任務(wù)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間；e.支持同步。 (3) 與一般OS的不同： a. 實(shí)時(shí)性：響應(yīng)速度快，只有幾微秒；執(zhí)行時(shí)間確定，可預(yù)測(cè)； b. 代碼尺寸小：只有10100KB節(jié)省內(nèi)存

5、空間，降低成本； c. 應(yīng)用程序開發(fā)較難； d. 需要專用開發(fā)工具：仿真器、編譯器和調(diào)試器等。 6. 單片機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和SOC系統(tǒng)三者有何區(qū)別和聯(lián)系？ 答：（1）目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設(shè)計(jì)和 基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS的軟件設(shè)計(jì)； （2）單片機(jī)系統(tǒng)多為4位、8位、16位機(jī)，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，難以進(jìn)行 復(fù)雜的運(yùn)算及處理功能； （3） 嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，單片機(jī)大多采用軟 硬件流水設(shè)計(jì)； （4） 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是軟件設(shè)計(jì)（占70%左右的工作量），單片機(jī)系 統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)所占比例基本相同。 （5）SoC是嵌入式系統(tǒng)的最高實(shí)現(xiàn)形式

6、，它集成了許多功能模塊，它的核心 技術(shù)是 IP （ Intellectual Property Core，知識(shí)產(chǎn)權(quán)核）核。 7. 無 第2章嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 1. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程分為哪幾個(gè)階段？每個(gè)階段的特點(diǎn)是什么？ 答：（1）需求分析階段：a.對(duì)問題的識(shí)別和分析；b.制定規(guī)格說明文檔；c. 需求評(píng)審。 （2）設(shè)計(jì)階段：a.數(shù)據(jù)流分析；b.劃分任務(wù)；c.定義任務(wù)間的接口。 （3） 生成代碼階段：a.代碼編程；b.交叉編譯和鏈接；c.交叉調(diào)試；d. 測(cè)試。 （4）固化階段 2. 嵌入式系統(tǒng)有哪幾種調(diào)試方式？現(xiàn)在最流行的是哪種？使用什么接口？ 答：（1）調(diào)試方式：源程序模擬器方式、監(jiān)控器方式

7、、仿真器方式。 （2）現(xiàn)在最流行的是仿真器方式，使用 JTAG（Joint Test Action Group, 聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組）接口。 3. 什么是板級(jí)支持包？它一般應(yīng)完成哪些工作？ 答：（1）定義：有些嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核明確分為兩層，上層一般稱為“內(nèi) 核”，而底層則稱為“硬件抽象層”或“硬件適配層”，縮寫為HAL 有的廠商將硬件抽象層稱為BSP即板級(jí)支持包（Board Support Package）。 （2） 主要完成工作：a.在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)硬件進(jìn)行初始化。B.為驅(qū)動(dòng)程 序提供訪問硬件的手段。 （3）主要作用：消除硬件差異。 第3章ARM體系結(jié)構(gòu) 1. ARM的英文全名是什么？ AR

8、Mi理器有什么特點(diǎn)？ 答：見第1章課后習(xí)題第3題。 2. ARM7和 ARM9在流水線方面有何不同？ 答：ARM是 3級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，ARM9是 5級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。AR M9把3級(jí)流水線中的執(zhí)行階段的操作進(jìn)行再分配，即把執(zhí)行階段中的“寄存 器讀”插在譯碼階段中完成，把“寄存器寫”安排在另一級(jí)（即第 5級(jí)） 完成，同時(shí)，在該級(jí)之前，再安排一級(jí)（存儲(chǔ)訪問）。 ARM7TDMT取捋澤碼執(zhí)荷 取指譯碼執(zhí)行存儲(chǔ)器弓 3. ARM處理器支持的數(shù)據(jù)類型有哪些？ 答：（1）Byte 字節(jié)，8 位；（2） Halfword 半字，16 位；（3）Word 字，32 位; 4. 寫出ARM使用的各種工作模式和工作狀態(tài)

9、。 答：（1）工作模式： TRQ 皆陶 中止 用戶模式 處理器模式 異常様式彳 特權(quán)模式+ 系統(tǒng)核式 詳見下表: 處理器 核式 說明 用戶 11 sr 正常程序執(zhí)行模式 FTQ f iq 支持高速數(shù)據(jù)傳送或通道處理 IRQ irq 用于通用中斷處理 管理 svc 操作系蔬保護(hù)模式 中止 abt 實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器和/或存儲(chǔ)器ft!護(hù) 未是義 und 支持酸件協(xié)處理器的軟件仿真 系統(tǒng) sys 運(yùn)行特權(quán)操作系統(tǒng)任務(wù) （2）工作狀態(tài)：a.ARM 32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行字對(duì)齊的 ARM旨令； b.Thumb: 16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字對(duì)齊的 Thumb旨令 5. ARM處理器總共有多少個(gè)寄存器？其中哪個(gè)

10、用做PC?哪個(gè)用做LR? 答：（1） ARM處理器總共有37個(gè)寄存器：31個(gè)通用寄存器，6個(gè)狀態(tài)寄存器。 （2） R15用做程序計(jì)數(shù)器PC R14用做子程序鏈接寄存器LF。 6. 假設(shè)R0=0 x12345678,使用將R0存儲(chǔ)到0 x4000的指令存到存儲(chǔ)器中，若存儲(chǔ) 器為大端組織，寫出從存儲(chǔ)器 0 x4000處加載一個(gè)字節(jié)到R2的指令執(zhí)行后R2 的值。 答：由于0 x4000是大端組織，所以R0存進(jìn)后，0 x4000中有數(shù)0 x56781234, 從0 x4000加載一個(gè)字節(jié)到R2后（由地位到高位加載），R2的值為0 x34。 7. ARM920T處理器加入了哪兩個(gè)協(xié)處理器？各自的主要功能

11、是什么？ 答：ARM920處理器加入了兩個(gè)協(xié)處理器： （1）CP14,允許軟件訪問調(diào)試通信通道； 系統(tǒng)控制協(xié)處理器CP15提供了一些附加寄存器用于配置和控制 Caches MMU保護(hù)系統(tǒng)、時(shí)鐘模式和其他系統(tǒng)選項(xiàng)。 8. ARM920T支持哪些時(shí)鐘模式？ 答：快速總線模式、同步模式、異步模式。 9什么是寫直達(dá)和寫回Cache操作，各有何特點(diǎn)？ 答：（1）寫直達(dá)：當(dāng)CPU對(duì)Cache寫命中時(shí)，Cache與主存同時(shí)發(fā)生寫修改。 優(yōu)點(diǎn)：一致性好；缺點(diǎn)：耗時(shí)。 （2）寫回：當(dāng)CPU寸Cache寫命中時(shí)，只修改Cache的內(nèi)容而不立即寫 入主存，只當(dāng)此執(zhí)行被換出時(shí)才寫回主存。優(yōu)點(diǎn)：減少訪冋主存次 數(shù)，提高

12、效率。缺點(diǎn)：一致性差點(diǎn)。 10. ARM為何集成了 32位的ARM旨令集和16位的Thumb旨令集？（即它的好處） 答：可提供長(zhǎng)的轉(zhuǎn)移范圍、強(qiáng)大的算術(shù)運(yùn)算能力和大的尋址空間。 11. 什么是big-endian和little-endian，編寫一段程序測(cè)試你所用的計(jì)算機(jī)體 系結(jié)構(gòu)采用哪種存儲(chǔ)機(jī)制？ 答：（1）大端存儲(chǔ)系統(tǒng)（big-endian ）:低地址存放高字節(jié)，高地址存放低字 節(jié)。小端存儲(chǔ)系統(tǒng)（little-endian）:低地址存放低字節(jié)，高地址 存放高字節(jié)。 （2） int x=0 x12345678; int *p= if（*（char*）p=0 x78） little en dia

13、 n else big en dia n 第4章ARM系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 1. 一個(gè)典型的可執(zhí)行映像由哪幾部分組成？ 答： ZI （初船化溝0的可讀寫數(shù)據(jù)） 只定艾了變量応的仝腸變量 RX （可讀寫數(shù)協(xié)） 定5L時(shí)帶初姑值的仝場(chǎng)變竟 RO （代碼石只址數(shù)據(jù)） 純連蜂栗1 2. 匯編和C語(yǔ)言的相互調(diào)用方法。 答：（1）匯編程序調(diào)用C程序的方法為：首先在匯編程序中使用IMPORT偽指令 事先聲明將要調(diào)用的C語(yǔ)言函數(shù)；然后通過BL指令來調(diào)用C函數(shù)。 （2） C程序調(diào)用匯編子程序的方法為：首先在匯編程序中使用EXPORTS指 令聲明被調(diào)用的子程序，表示該子程序?qū)⒃谄渌募斜徽{(diào)用；然后 在C程序中使用extern關(guān)鍵字聲明要調(diào)用的匯編子程序?yàn)橥獠亢瘮?shù)。 （補(bǔ)充）3.基于ARM勺硬件啟動(dòng)流程？ 答：（1）分配中斷向量表；（2）初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)；（3）初始