計算機三級嵌入式系統(tǒng)操作題到詳細解答

1、操作題（一）1、地鐵進出站閘機的控制器以S3C2410芯片為核心，并外加其他功能電路來進行設(shè)計，其基本功能描述如下：a、閘機能夠識別本地鐵票務(wù)系統(tǒng)出售的IC卡。能識別的IC卡有2種，一種是可預(yù)付費的市民卡，另一種是地鐵站內(nèi)出售的當(dāng)次卡。b、乘客憑市民卡或當(dāng)次卡刷卡進站。若IC卡合法，則閘機打開，乘客通過后，閘機立即關(guān)閉；若IC卡不合法，閘機不打開，并進行聲光報警。聲光報警5次后自動停止。c、進站刷卡時，還需識別IC卡的種類。若是市民卡，在閘機打開之前，需讀取卡中余額并顯示在閘機的LED顯示器上，且把地鐵站ID、進站時間寫入卡中相應(yīng)區(qū)域。若是當(dāng)次卡，判斷合法后直接打開閘機。d、出站時，乘客需要根

2、據(jù)所用的IC卡種類，來進行不同的操作。若乘客用的是市民卡，則需在閘機的刷卡器上刷卡，若乘客用的是當(dāng)次卡則需要把卡投入閘機的投卡口中。e、若乘客出站時刷的是市民卡，閘機系統(tǒng)需讀取存儲在卡上的市民卡類別ID（注：市民卡類別分為普通卡、學(xué)生卡、老人卡）、地鐵站ID、進站時間、余額等信息，根據(jù)這些信息來扣除費用，并在閘機的LED顯示器上顯示余額及本次扣費額，若是學(xué)生卡或老人卡，還要用聲音播報出市民卡類別，然后，打開閘機，乘客通過后立即關(guān)閉閘機。f、若乘客出站時用的是當(dāng)次卡，判斷合法后即把閘機打開，乘客出去后立即關(guān)閉。根據(jù)上述功能要求的描述，請完善下面的敘述（程序）和回答有關(guān)的問題。（注意：完善程序或回

3、答問題所需的寄存器格式見題后的附錄）（1）閘機控制器的硬件平臺設(shè)計時，除了需要設(shè)計最小硬件系統(tǒng)（包括：微處理器、 _【1】_電路、時鐘電路、復(fù)位電路、存儲器、JTAG接口電路)外，還必須設(shè)計IC卡讀寫電路、閘門電機驅(qū)動電路、聲音提示及聲光報警電路、LED顯示接口電路等。若閘門電機驅(qū)動電路由GPE1引腳控制，GPE1引腳輸出0時，控制閘門關(guān)閉，輸出1時，控制閘門打開。那么，初始化GPE1引腳功能的語句是：rGPECON=(rGPECON|0x00000004)& _【2】_); / rGPECON是端口E的控制寄存器控制閘門關(guān)閉和打開的語句分別是：rGPEDAT = rGPEDAT & _【3】

4、_; / rGPEDAT是端口E的數(shù)據(jù)寄存器rGPEDAT = rGPEDAT | _【4】_; （2）IC卡讀寫電路設(shè)計時，選用IC卡讀寫模塊通過異步串行接口與S3C2410連接，利用S3C2410芯片內(nèi)部的UART1部件實現(xiàn)異步串行接口電路設(shè)計。那么，在UART1的驅(qū)動程序設(shè)計時，可用下面一段程序來初始化UART1部件（注：UART1的波特率要求為：115200bps，數(shù)據(jù)格式要求為：8位數(shù)據(jù)、1位停止位、偶校驗，主頻為PCLK。）。void UART1_Init() rGPHCON=(rGPHCON&0xFFFFF0FF)| _【5】_; /端口H相應(yīng)引腳功能初始化 rUFCON1=0x

5、0; /FIFO disable rUMCON1=0x0;rULCON1= ( _【6】_ 3)|(0 2)|( _【7】_); /設(shè)置線路控制寄存器rUCON1= 0x245; /設(shè)置控制寄存器 rUBRDIV1=(int)(PCLK/ _【8】_)+ 0.5 - 1); /設(shè)置波特率，小數(shù)采用四舍五入 （3）乘客出站時刷的若是市民卡，則需要用聲音來播報卡的類別，即若是學(xué)生卡則語音播報：學(xué)生卡；若是老人卡則語音播報：老人卡。因此，硬件平臺構(gòu)建時設(shè)計了一個16位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，再加上功率放大電路及揚聲器等所構(gòu)成的語音播報電路，S3C2410芯片通過GPC端口與D/A轉(zhuǎn)換器的16位數(shù)據(jù)線相連。

6、軟件設(shè)計時，可以先行對相關(guān)的語音波形進行采樣、編碼。設(shè)人的語音頻率范圍是300Hz4000 Hz，因此，對語音波形采樣時，采樣頻率至少應(yīng)為 _【9】_KHz，所采得的數(shù)字語音信號才不至于失真。假設(shè)，播音員讀學(xué)生卡的這段語音波形持續(xù)3秒，采用該采樣頻率進行采樣，數(shù)字語音信號編碼采用16位二進制數(shù)，那么存儲該段語音信號約需要 _【10】_KB（1KB=1024B）的存儲容量。語音回放時，按照采樣頻率要求，定時從所存儲的單元中逐次讀出先行采樣得到的數(shù)字語音信號，輸出給D/A轉(zhuǎn)換器，然后通過揚聲器播出。因此，在相關(guān)的驅(qū)動程序中，需要用語句：rGPCCON= _【11】_;（注：rGPCCON是端口C的

7、控制寄存器）來初始化GPC端口的引腳功能。然后通過GPC端口的 _【12】_寄存器定時輸出數(shù)字語音信號。 （4）閘門在乘客通過閘機后立即關(guān)閉，因此，硬件平臺構(gòu)建時，可在閘門的后方一定距離內(nèi)安裝一個紅外感測探頭，并在閘機控制器中設(shè)計相關(guān)接口電路。若采用GPE0引腳來輸入紅外感測信號，GPE0引腳為1時，表示人體不在感應(yīng)區(qū)內(nèi)，GPE0引腳為0時，表示人體在感應(yīng)區(qū)內(nèi)。那么，初始化GPE0引腳功能的語句是：rGPECON=rGPECON & _【13】_ ; / rGPECON是端口E的控制寄存器判斷是否人體在感應(yīng)區(qū)內(nèi)的語句可以是：if (rGPEDAT & 0x0001) = _【14】_)/判斷出

8、人體在感應(yīng)區(qū)內(nèi) （5）閘機控制器的應(yīng)用軟件將在無操作系統(tǒng)環(huán)境下進行開發(fā)。設(shè)計者可以設(shè)計一個啟動引導(dǎo)程序，來引導(dǎo)應(yīng)用程序。按照ARM9體系結(jié)構(gòu)中的規(guī)定，啟動引導(dǎo)程序代碼的存儲單元首址應(yīng)該是 _【15】_，它對應(yīng)著復(fù)位異常向量。系統(tǒng)上電/復(fù)位后，ARM9微處理器處于管理模式，啟動引導(dǎo)程序在引導(dǎo)應(yīng)用程序前，通常需用指令ORR R1,R0, _【16】_|0xC0和MSR CPSR_cxsf,R1來使ARM核進入用戶模式（注：R0，R1寄存器的初值設(shè)定為0。CPSR寄存器的格式見題后附錄。），然后再通過指令 _【17】_來引導(dǎo)應(yīng)用程序主函數(shù)main()。啟動引導(dǎo)程序中還需要完成異常向量表的設(shè)置，ARM

9、9體系結(jié)構(gòu)中規(guī)定異常向量之間各相差 _【18】_個字節(jié)，因此，需要在各異常向量處設(shè)計一條分支指令。對于S3C2410微處理器來說，其啟動引導(dǎo)程序還需要完成禁止看門狗部件和禁止 _【19】_部件，并設(shè)置各工作模式下的 _【20】_指針。附錄：綜合題中完善程序或回答問題所需的寄存器格式端口C控制寄存器（GPCCON）的格式符號位描述初始狀態(tài)GPC1531:3000=輸入 01=輸出 10=VD7 11=保留00GPC1429:2800=輸入 01=輸出 10=VD6 11=保留00GPC1327:2600=輸入 01=輸出 10=VD5 11=保留00GPC1225:2400=輸入 01=輸出 1

10、0=VD4 11=保留00GPC1123:2200=輸入 01=輸出 10=VD3 11=保留00GPC1021:2000=輸入 01=輸出 10=VD2 11=保留00GPC919:1800=輸入 01=輸出 10=VD1 11=保留00GPC817:1600=輸入 01=輸出 10=VD0 11=保留00GPC715:1400=輸入 01=輸出 10=LCDVF2 11=保留00GPC613:1200=輸入 01=輸出 10=LCDVF1 11=保留00GPC511:1000=輸入 01=輸出 10=LCDVF0 11=保留00GPC49:800=輸入 01=輸出 10=VM 11=保留0

11、0GPC37:600=輸入 01=輸出 10=VFRAME 11=保留00GPC25:400=輸入 01=輸出 10=VLINE 11=保留00GPC13:200=輸入 01=輸出 10=VCLK 11=保留00GPC01:000=輸入 01=輸出 10=LEND 11=保留00 端口E控制寄存器（GPECON）的格式符號位描述初始狀態(tài)GPE1531:3000=輸入 01=輸出 10=IICSDA 11=保留00GPE1429:2800=輸入 01=輸出 10=IICSCL 11=保留00GPE1327:2600=輸入 01=輸出 10=SPICLK 11=保留00GPE1225:2400=輸

12、入 01=輸出 10=SPIMOSI0 11=保留00GPE1123:2200=輸入 01=輸出 10=SPIMISO0 11=保留00GPE1021:2000=輸入 01=輸出 10=SDDAT3 11=保留00GPE919:1800=輸入 01=輸出 10=SDDAT2 11=保留00GPE817:1600=輸入 01=輸出 10=SDDAT1 11=保留00GPE715:1400=輸入 01=輸出 10=SDDAT0 11=保留00GPE613:1200=輸入 01=輸出 10=SDCMD 11=保留00GPE511:1000=輸入 01=輸出 10=SDCLK 11=保留00GPE49

13、:800=輸入 01=輸出 10=IISSDO 11=保留00GPE37:600=輸入 01=輸出 10=IISSDI 11=保留00GPE25:400=輸入 01=輸出 10=CDCLK 11=保留00GPE13:200=輸入 01=輸出 10=IISSCLK 11=保留00GPE01:000=輸入 01=輸出 10=IISLRCK 11=保留00 端口H控制寄存器（GPHCON）的格式符號位描述初始狀態(tài)GPH1021:2000=輸入 01=輸出 10=CLKOUT1 11=保留00GPH919:1800=輸入 01=輸出 10=CLKOUT0 11=保留00GPH817:1600=輸入 0

14、1=輸出 10=UCLK 11=保留00GPH715:1400=輸入 01=輸出 10=RXD2 11=nCTS100GPH613:1200=輸入 01=輸出 10=TXD2 11=nRTS100GPH511:1000=輸入 01=輸出 10=RXD1 11=保留00GPH49:800=輸入 01=輸出 10=TXD1 11=保留00GPH37:600=輸入 01=輸出 10=RXD0 11=保留00GPH25:400=輸入 01=輸出 10=TXD0 11=保留00GPH13:200=輸入 01=輸出 10=nRTS0 11=保留00GPH01:000=輸入 01=輸出 10=nCTS0 1

15、1=保留00 ULCONn寄存器的格式符號位描述初始狀態(tài)Reserved7保留0Infra-Red Mode6確定是否采用紅外模式 0 = 正常操作模式 1 = 紅外傳輸模式0Parity Mode5:3確定校驗類型 0xx = 無校驗 100 = 奇校驗 101 = 偶校驗000Stop Bit2確定停止位數(shù) 0 = 1位停止位 1 = 2位停止位0Word Length1:0確定數(shù)據(jù)位數(shù) 00 = 5位 01 = 6位 10 = 7位 11 = 8位00 CPSR寄存器（32位寄存器）的格式（注：僅給出了最后5位，即工作模式選擇位）M4 M3 M2 M1 M01 0 0 0 0 用戶模式1

16、 0 0 0 1 FIQ模式1 0 0 1 0 IRQ模式1 0 0 1 1 管理模式1 0 1 1 1 中止模式1 1 0 1 1 未定義模式1 1 1 1 1 系統(tǒng)模式【解題思路】本題主要考查基于S3C2410的地鐵進出站閘機系統(tǒng)開發(fā)。包括嵌入式最小硬件系統(tǒng)構(gòu)成，GPIO引腳功能及相應(yīng)初始化設(shè)置，GPC和GPD作為LED顯示器接口引腳，GPE作為輸入輸出，還考察了香農(nóng)定理，ARM9體系結(jié)構(gòu)中的異常向量等相關(guān)知識?！緟⒖即鸢讣敖馕觥康?空答案：電源；最小硬件系統(tǒng)的組成。第2空答案：0xFFFFFFF7或(0x00000008)或0x00000008；和0相與清零，和1相與保持不變。和0相或保

17、持不變，和1相或置1。00為輸入，01為輸出，則初始化GPE1引腳功能為輸出的語句是：rGPECON=(rGPECON|0x00000004)&0xFFFFFFF7)。第3空答案：0xFFFD或(0x0002)或0x0002；GPE1引腳輸出0時，控制閘門關(guān)閉，即rGPEDAT = rGPEDAT &0xFFFD。第4空答案：0x0002；GPE1引腳輸出1時，控制閘門打開。即rGPEDAT = rGPEDAT | 0x0002。第5空答案：0x00000A00；GPH5中10=RXD1，GPH4中10=TXD1。所以端口H的初始化語句為先清零、再置一，即 rGPHCON=(rGPHCON&0

18、xFFFFF0FF)|0x00000A00。第6空答案：5；8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、偶校驗。在ULCON中，1:0：11 = 8位；2：0 = 1位停止位；5:3：101 = 偶校驗；6：0 = 正常操作模式。即rULCON1= (5 3)|(0 2)|(3)。第7空答案：3；第8空答案：115200*16=1843200；設(shè)置波特率。第9空答案：8；根據(jù)香農(nóng)采樣定理可得。第10空答案：46.875；采樣頻率為8KHz，采樣周期為125us，樣本值用16位二進制數(shù)進行編碼。則3s的語音片段的存儲容量為：(3*16)/(125us*8)=46.875。第11空答案：0x55555555；00為輸

19、入，01為輸出，則初始化GPC關(guān)口功能為輸出的語句是：rGPCCON= 0x55555555。第12空答案：數(shù)據(jù)；第13空答案：0xFFFFFFFC或0x00000003或(0x00000003)；采用GPE0引腳來輸入紅外感測信號，GPE0引腳為1時，表示人體不在感應(yīng)區(qū)內(nèi)，GPE0引腳為0時，表示人體在感應(yīng)區(qū)內(nèi)。則初始化GPE0引腳功能的語句是：rGPECON=rGPECON & 0xFFFFFFFC。第14空答案：0x0000；判斷人體是否在感應(yīng)區(qū)內(nèi)的語句為：if (rGPEDAT & 0x0001) = 0x0000)，若為真，則表示人體在感應(yīng)區(qū)內(nèi)。第15空答案：0x00000000或0

20、x00；對應(yīng)復(fù)位異常向量。第16空答案：0x10或0x00000010或16；用戶模式中M4 M3 M2 M1 M0=1 0 0 0 0。即ORR R1,R0,0x10|0xC0。第17空答案：BL _main；第18空答案：4；ARM9體系結(jié)構(gòu)中規(guī)定異常向量之間各相差4個字節(jié)，因此，需要在各異常向量處設(shè)計一條分支指令。第19空答案：外部中斷；第20空答案：堆棧操作題（二）1、某食堂的售飯系統(tǒng)由一個后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及若干個前臺刷卡機組成，其基本功能具體描述如下： a、刷卡機的硬件組成中，除了必須的最小硬件系統(tǒng)外，還需要IC卡讀寫模塊、8段LED組成的顯示模塊、鍵盤模塊、蜂鳴器模塊、RS-485通

21、信模塊等。 b、客戶需要事先辦理本系統(tǒng)的消費IC卡，預(yù)存若干金額，辦卡信息及預(yù)存金額存儲在后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。c、客戶消費時，用IC卡在刷卡機上支付。支付時，由售飯員在刷卡機上輸入客戶繳費金額且在LED顯示器上顯示，然后客戶刷卡，若IC卡合法，則把繳費金額和IC卡信息傳輸給后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。若IC卡不合法，用蜂鳴器發(fā)不合法提示音。d、后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)接收到刷卡機的信息后，將根據(jù)IC卡號查詢出該卡的余額，若余額大于等于應(yīng)繳費額，則進行扣費，再把當(dāng)前余額及扣費正確信息回傳給刷卡機。若余額小于應(yīng)繳費額，則回傳扣費不正確信息給刷卡機。e、刷卡機接收到回傳的信息后，顯示回傳的余額，且若是扣費正確信息，則用蜂鳴

22、器發(fā)扣費正確提示音；若是扣費不正確信息，則用蜂鳴器發(fā)扣費不正確提示音。 根據(jù)上述功能要求的描述，若采用S3C2410芯片為核心來構(gòu)建刷卡機的硬件平臺，請完善下面的敘述（程序）和回答有關(guān)的問題。（1）在設(shè)計硬件時，最小的硬件系統(tǒng)是保證系統(tǒng)能正常工作的必要硬件組成。它包括電源電路、 _【1】_、復(fù)位電路、調(diào)試測試接口、以及 _【2】_ 。 （2）若在硬件設(shè)計時，選用8個共陰極的8段LED（其排列如圖1所示）組成2組顯示器（1組4個8段LED），用于顯示當(dāng)前消費金額和余額。 若采用GPC0GPC6、GPC7外接同向驅(qū)動后，分別連接到顯示消費金額的LED顯示器段信號線af、dp上，采用GPD0GPD3

23、外接同向驅(qū)動后分別控制該組顯示器中低數(shù)據(jù)位高數(shù)據(jù)位的4個8段LED位信號線。 另外采用GPC8GPC14、GPC15外接同向驅(qū)動后，分別連接到顯示余額的LED顯示器段信號線af、dp上，采用GPD4GPD7外接同向驅(qū)動后分別控制該組顯示器中低數(shù)據(jù)位高數(shù)據(jù)位的4個8段LED位信號線。 那么，GPC0GPC15引腳的功能為： _【3】_ ，GPD0GPD7引腳的功能為： _【4】_ 。初始化GPC0GPC15引腳功能的語句可以是： /rGPCCON是端口C的控制寄存器，其格式見后面附錄 rGPCCON = _【5】_ ;初始化GPD0GPD7引腳功能的語句可以是 /rGPDCON是端口D的控制寄存

24、器，其格式見后面附錄 rGPDCON=(rGPDCON|0x00005555)& _【6】_); 若只在余額LED顯示器中的次高數(shù)據(jù)位LED上顯示字符3，相關(guān)驅(qū)動程序中可用下面語句實現(xiàn)。 rGPCDAT = _【7】_;/輸出3的段信號 rGPDDAT = _【8】_;/輸出次高數(shù)據(jù)位被點亮的控制信號 （3）刷卡機上輸入客戶繳費金額的鍵盤，在設(shè)計時采用非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤組成，鍵盤接口設(shè)計成44的陣列（其按鍵排列示意圖如圖2所示）。鍵盤接口電路中選用GPE0GPE3來輸出鍵盤行掃描信號，選用GPE4GPE7來輸入鍵盤列信號。軟件設(shè)計時設(shè)計者自行設(shè)計了鍵盤掃描函數(shù)，請你補充完善之： /*KEYOUTPUT

25、是鍵盤掃描時的輸出地址，KEYINPUT是鍵盤讀入時的地址 #define KEYOUTPUT (*(volatile INT8U *)0x56000044)#define KEYINPUT (*(volatile INT8U *)0x56000044)INT16U ScanKey() INT16U key=0xFFFF; INT16U i; INT8U temp=0xFF,output; /rGPECON是端口E的控制寄存器，其格式見后面附錄 rGPECON= (rGPECON &0xFFFFFF00) | _【9】_ ); /初始化GPE0GPE3為輸出 rGPECON= rGPECON

26、& _【10】_ ; /初始化GPE4GPE7為輸入 /下面判斷鍵盤中是否有鍵按下 for (i=1;( i0); _【11】_ ) output |= 0xFF; output &= (i); KEYOUTPUT=output; temp = KEYINPUT; if (temp&0xF0)!= _【12】_ )/判斷列信號是否為全1 key = (i); key = 8; key |= (temp&0xF0)|0x0F); /求得按鍵的返回值 return (key); /函數(shù)返回按鍵對應(yīng)的值 return 0xFFFF; 應(yīng)用程序中可根據(jù)上面的鍵盤掃描函數(shù)的返回值，來判斷是否有按鍵按下，

27、并確定是哪個按鍵按下。例如：若返回值為： _【13】_時，可知是鍵盤中的6鍵按下，若返回值為： _【14】_時，可知是鍵盤中的確認(rèn)鍵被按下。若無鍵按下時，返回值應(yīng)為： _【15】_。 （4）刷卡機與后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通信采用RS-485總線。因此在硬件設(shè)計時，需要采用S3C2410芯片內(nèi)部的 _【16】_部件外加電平轉(zhuǎn)換芯片等來實現(xiàn)。若在軟件設(shè)計時，其初始化程序中波特率設(shè)置為9600bps，數(shù)據(jù)格式設(shè)置為：8位數(shù)據(jù)位、無校驗、1位停止位。那么，1秒時間內(nèi)最多能傳輸 _【17】_字節(jié)的信息。 （5）刷卡機上的應(yīng)用軟件是在無操作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)的。設(shè)計者可以自行設(shè)計系統(tǒng)的啟動引導(dǎo)程序，在該程序中完成異常

28、向量設(shè)置、堆棧指針設(shè)置以及必要的硬件初始化。ARM9體系結(jié)構(gòu)中規(guī)定的復(fù)位異常所對應(yīng)的異常向量地址為 _【18】_。系統(tǒng)上電/復(fù)位后，將從該地址處開始執(zhí)行程序，因為ARM9體系結(jié)構(gòu)中規(guī)定的各異常向量地址之間間隔通常為 _【19】_個字節(jié)。因此，復(fù)位異常向量地址處通常存儲一條 _【20】_指令的代碼?！窘忸}思路】本題主要考查基于S3C2410的食堂售飯系統(tǒng)開發(fā)。包括嵌入式最小硬件系統(tǒng)構(gòu)成；GPIO引腳功能及相應(yīng)初始化設(shè)置：GPC和GPD作為LED顯示器接口引腳，GPE作為輸入輸出，還可作為I2C、I2S、SD卡等串行總線的引腳（在題中用來接非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤）；基于UART的RS-485接口通信設(shè)置；無操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)如何構(gòu)建其啟動引導(dǎo)程序