嵌入式系統(tǒng)原理與接口復(fù)習(xí)要點及思考題答案(計)

1、各位：依據(jù)把握要點認(rèn)真復(fù)習(xí)，后面附有作業(yè)題答案。第1章 把握要點1.1.1節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的概念1.13節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的特點1.3節(jié) 嵌入式處理器1.4節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的組成（看課件，有補(bǔ)充的內(nèi)容）補(bǔ)：1.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程？2. 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試常用的基本方法3. 交叉編譯和交叉調(diào)試4.嵌入式操作系統(tǒng)第2章 把握要點2.1節(jié) 計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分類2.3.1節(jié) ARM和Thumb狀態(tài)2.3.2節(jié) RISC技術(shù)2.3.3節(jié) 流水線技術(shù)2.4.1 ARM存儲系統(tǒng)2.4.2 Cache:寫通、寫回、讀操作安排cache、寫操作安排cache、工作原理、地址映像 2.4.3節(jié) ARM存儲系統(tǒng)補(bǔ)充: (見課件)

2、1. ARM簡介：ARM的命名方式、5種變形2.理解片內(nèi)Flash的3種編程方法。3.理解ARM7芯片存儲器存儲空間分布。（8個bank，每個bank32MB）第3章 把握要點3.1節(jié) ARM編程模式：處理器模式、處理器工作狀態(tài)、寄存器組織、特別中斷3.2節(jié) 指令格式和尋址方式3.3節(jié) 指令系統(tǒng)：把握和嫻熟應(yīng)用課件所講的指令、可編程序段第5章 把握要點5.1節(jié) 鍵盤接口：行掃描法原理、把握編寫驅(qū)動程序5.2節(jié) LED顯示器接口：理解工作原理，把握編寫驅(qū)動程序55.1節(jié) UART異步串行接口：異步通信格式、接收的4種錯誤類型、初始化、發(fā)送程序、接收程序第1章作業(yè)題答案：1.什么是嵌入式系統(tǒng)？ 第

3、一種，依據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義： 嵌入式系統(tǒng)是“用于把握、監(jiān)視或者幫助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文為devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 其次種，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、功能、牢靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。 兩種定義之一即可。2.與通用型計算機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)有哪些特點？n 通常是面對特定應(yīng)用的；n 空間和各種資源相對不足，必需高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余； n

4、產(chǎn)品升級換代和具體產(chǎn)品同步，具有較長的生命周期； n 軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身； n 不具備自舉開發(fā)力量 ，必需有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)3.舉例介紹嵌入式微處理器有哪幾類？（1）嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式處理器目前主要有Aml86/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。 （2） 嵌入式微把握器(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式微把握器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/

5、196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。（3） 嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola 摩托羅拉的DSP56000 系列。（4） 嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip) 4.從硬件系統(tǒng)來看，嵌入式系統(tǒng)由哪幾部分組成？畫出簡圖。 嵌入式核心芯片，EMPU嵌入式微處理器、EMCU嵌入式微把握器、EDSP嵌入式數(shù)字信號處理器、ESoC嵌入式片上系統(tǒng)。 用以保存固件的ROM（非揮發(fā)

6、性只讀存儲器）。 用以保存程序數(shù)據(jù)的RAM（揮發(fā)性的隨機(jī)訪問存儲器）。 連接微把握器和開關(guān)、按鈕、傳感器、模/數(shù)轉(zhuǎn)化器、把握器、LED（發(fā)光二極管）、顯示器的I/O端口。 5.嵌入式微處理器和嵌入式微把握器分別由哪些部件組成，兩者有何區(qū)分。答：嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機(jī)中的CPU。嵌入式微處理器=運算器+把握器+寄存器組+內(nèi)總線，在應(yīng)用中必需裝配在特地設(shè)計的電路板上，在電路板上必需包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件。嵌入式微把握器=cpu內(nèi)核+存儲器+I/o接口+幫助電路（時鐘、A/D、D/A等）嵌入式微處理器與嵌入式微把握器的區(qū)分：嵌入式微處理器只含有內(nèi)核，嵌入式微把握器除含

7、有內(nèi)核外，內(nèi)部還包含ROM、RAM存儲器以及各種外設(shè)接口、幫助電路等。6嵌入式操作系統(tǒng)通常含有幾層，主要實現(xiàn)何功能。嵌入式操作系統(tǒng)通常包括: （1）驅(qū)動層：硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件和設(shè)備驅(qū)動接口；如： LCD 、觸摸屏的驅(qū)動及接口。 （2）操作系統(tǒng)層：系統(tǒng)內(nèi)核（基本模塊），擴(kuò)展模塊（可裁剪）?；灸K包含內(nèi)存管理、文件管理和進(jìn)程調(diào)度；擴(kuò)展模塊包含網(wǎng)絡(luò)模塊、圖形驅(qū)動、數(shù)據(jù)庫驅(qū)動等。 （ 3）應(yīng)用層：應(yīng)用程序接口。7.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程？答：嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)主要分為系統(tǒng)總體開發(fā)、嵌入式硬件開發(fā)和嵌入式軟件開發(fā)3大部分。流程如圖所示。系統(tǒng)定義可行性爭辯需求分析軟硬件集成系統(tǒng)總體框架軟硬件劃分處理器選定

8、操作系統(tǒng)選定開發(fā)環(huán)境選定系統(tǒng)總體設(shè)計硬件概要設(shè)計硬件具體設(shè)計硬件制作硬件測試軟件概要設(shè)計軟件具體設(shè)計軟件實現(xiàn)軟件測試硬件設(shè)計制作軟件設(shè)計實現(xiàn)功能性能測試符合要求產(chǎn)品YN嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程圖8.嵌入式系統(tǒng)調(diào)試常用的基本方法？答：常用的三種方法：模擬調(diào)試（Simulator）、全仿真調(diào)試（Emulator）、BDM/JTAG調(diào)試（BDM/JTAG Debugger）。模擬調(diào)試：調(diào)試器和待調(diào)試的嵌入式軟件都在主機(jī)上運行，由主機(jī)供應(yīng)一個模擬的目標(biāo)運行環(huán)境，可以進(jìn)行語法和規(guī)律上的調(diào)試。全仿真調(diào)試（Emulator）：這種方式用仿真器完全取代目標(biāo)板上的MCU，仿真器是仿照目標(biāo)機(jī)上的CPU而特地設(shè)計的硬件。

9、仿真器與目標(biāo)板通過仿真頭連接，與主機(jī)有串口、并口、網(wǎng)口或USB口等連接方式。BDM/JTAG調(diào)試：這種方式有一個硬件調(diào)試體。該硬件調(diào)試體與目標(biāo)板通過BDM、JTAG等調(diào)試接口相連，與主機(jī)通過串口、并口、網(wǎng)口或USB口相連。待調(diào)試軟件通過BDM/JTAG調(diào)試器下載到目標(biāo)板上運行。9.理解交叉編譯和交叉調(diào)試。答：嵌入式軟件開發(fā)所接受的編譯為交叉編譯。在一種計算機(jī)環(huán)境中運行的編譯程序，能編譯出在另外一種環(huán)境下運行的代碼，稱這種編譯器支持交叉編譯。簡潔地說，就是在一個平臺上生成另一個平臺上的可執(zhí)行代碼。要進(jìn)行交叉編譯，需要在主機(jī)平臺上安裝對應(yīng)的交叉編譯器，然后用這個交叉編譯器編譯源代碼，最終生成可在目

10、標(biāo)平臺上運行的代碼。在嵌入式軟件開發(fā)中，調(diào)試時接受的是在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間進(jìn)行的交叉調(diào)試，調(diào)試器仍舊運行在宿主機(jī)的通用操作系統(tǒng)之上，但被調(diào)試的進(jìn)程卻是運行在基于特定硬件平臺的嵌入式操作系統(tǒng)中，調(diào)試器和被調(diào)試進(jìn)程通過串口或者網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，調(diào)試器可以把握、訪問被調(diào)試進(jìn)程，讀取被調(diào)試進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)，并能夠轉(zhuǎn)變被調(diào)試進(jìn)程的運行狀態(tài)。 其次章作業(yè)答案1ARM處理器工作模式有幾種?各種工作模式下分別有什么特點?答：ARM微處理器支持用戶、系統(tǒng)、快速中斷、外部中斷、管理、中止、未定義等7種工作模式。各工作模式擁有自己的寄存器組，不同的工作模式間可以相互切換，共有兩種方式。第一種，發(fā)生特別時，處理器自動轉(zhuǎn)變C

11、PSR中M4:0的值，進(jìn)入相應(yīng)的工作模式；其次種，當(dāng)處理器處于特權(quán)模式時，用指令向CPSR的M4:0字段寫入特定的值，以進(jìn)入相應(yīng)的工作模式。當(dāng)處理器處于用戶模式時，不能轉(zhuǎn)變工作模式，除非發(fā)生特別。 2.ARM處理器總共有多少個寄存器，這些寄存器按其在用戶編程中的功能是如何劃分的?這些寄存器在使用中各有何特殊之處?答：ARM處理器總共有37個寄存器，各寄存器均為32位。31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器PC；6個狀態(tài)寄存器。這些寄存器按其在用戶編程中的功能可劃分為：通用寄存器和狀態(tài)寄存器。依據(jù)ARM處理器不同工作模式，可將全部寄存器分成7組；各工作模式擁有屬于自己的寄存器組，也只能訪問自己的寄存器

12、組。3.寄存器R13，R14，R15的專用功能各是什么？ 答：1）寄存器R13用作堆棧指針SP；2）寄存器R14用作子程序鏈接寄存器，也稱為LR ，用以保存返回地址；3）R15（PC）用作程序計數(shù)器。4.若寄存器R1=0x01020304，分別按小端模式和大端模式存儲在0x30000字單元中，試分別畫出兩種模式下內(nèi)存存儲內(nèi)容，并標(biāo)出內(nèi)存地址。0x300000x300010x300020x300030x010x020x030x04大端模式0x300000x300010x300020x300030x040x030x020x01小端模式5.試述ARM處理器對特別中斷的響應(yīng)過程。答：當(dāng)一個特別消滅以后

13、，ARM微處理器執(zhí)行完當(dāng)前指令后（復(fù)位特別除外）會執(zhí)行以下幾步操作：（1） 將CPSR復(fù)制到相應(yīng)到相應(yīng)模式下的SPSR中，設(shè)置CPSR:置位I位（禁止IRQ中斷）清零T位（進(jìn)入ARM狀態(tài)）設(shè)置MOD位，切換處理器至相應(yīng)模式（2） 將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器LR（R14_XXX），以便程序在處理特別返回時能從正確的位置重新開頭執(zhí)行。（3） 強(qiáng)制PC從相關(guān)的特別向量地址取一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的特別處理程序處。 6.如何從特別中斷處理程序中返回?需要留意哪些問題?答：特別處理完畢之后，ARM微處理器會執(zhí)行以下幾步操作從特別返回： （1） 將SPSR復(fù)制回CPSR中，恢復(fù)原處理器工作

14、模式。（2） 將連接寄存器LR（R14_XXX）的值減去相應(yīng)的偏移量后送到PC中，跳轉(zhuǎn)到被中斷的用戶程序。7.ARM存儲器的存儲周期有幾種類型，對應(yīng)于cache訪問和存儲器訪問是何存儲周期？答：（1）空閑周期 I周期-內(nèi)部周期，不執(zhí)行存儲器訪問；可廣播下一次訪問的地址以便開頭譯碼，與S周期協(xié)作實現(xiàn)總線上的突發(fā)傳送。（2） 挨次周期 S周期-挨次周期：多用于實現(xiàn)總線上的突發(fā)傳送，第一個周期必需是一個內(nèi)部周期。（cache傳送）（3） 協(xié)處理器寄存器傳送周期 C周期-協(xié)處理器寄存器傳遞周期：通過數(shù)據(jù)總線向或從協(xié)處理器傳送數(shù)據(jù)；傳送期間，存儲系統(tǒng)不允許驅(qū)動數(shù)據(jù)總線。（4） 非挨次周期 N周期-非挨次

15、周期：最簡潔的總線周期，存儲把握器必需啟動存儲器訪問來滿足這個懇求；該方式存儲系統(tǒng)常需要長的訪問時間。(存儲器讀寫)cache訪問：I周期、S周期存儲器訪問：N周期8.何謂cache？簡述cache的工作原理。(第2版書P44)9.何謂寫通cache和寫回cache，兩者有何區(qū)分？答：（1）寫回法是指CPU在執(zhí)行寫操作時，被寫的數(shù)據(jù)只寫入cache，不寫入主存。僅當(dāng)需要替換時，才把已經(jīng)修改的cache塊寫回到主存中。 接受寫回法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的cache稱為寫回cache。（2） 寫通法是指CPU在執(zhí)行寫操作時，必需把數(shù)據(jù)同時寫入cache和主存。接受寫通法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的cache稱為寫通cac

16、he。10.arm的MMU主要實現(xiàn)何功能。答：（1）虛擬存儲空間到物理存儲空間的映射。在ARM中接受了頁式虛擬存儲管理，通過兩級頁表實現(xiàn)虛擬地址到物理地址的映射。（2）存儲器訪問權(quán)限的把握。 （3）設(shè)置虛擬存儲空間的緩沖特性：Cache/write buffer11.協(xié)處理器cp15主要實現(xiàn)的功能？答：（1）用于處理、把握ARM的特殊性能（2）片上存儲器管理單元(MMU)（3）指令、數(shù)據(jù)緩存（4）寫緩沖器12、簡述MMU使能時存儲訪問過程 。答：芯片設(shè)置為MMU使能(設(shè)置cp15寄存器) :（1）若cache使能，依據(jù)arm輸出的虛擬地址在CACHE中搜尋;若cache命中, arm處理器與c

17、ache交換數(shù)據(jù)。 若cache禁止或cache未命中，首先訪問TLB，參見（2）。（2）依據(jù)arm輸出的虛擬地址在TLB中搜尋，若找到，將其轉(zhuǎn)換為物理地址，訪問主存并把該塊數(shù)據(jù)讀取到cache(使能時)中。13、ARM支持的物理頁有幾種類型，其容量為何值？答：ARM支持的存儲塊 ：（1） 段（section）：由1MB 的存儲器塊構(gòu)成（2）大頁（large page）：由64KB 的存儲器塊構(gòu)成（3）小頁（small page）：由4KB 的存儲器塊構(gòu)成（4）微頁（tiny page）：由1KB 的存儲器塊構(gòu)成14、簡述基于段的地址變換過程。15、簡述使用粗頁表和4k頁的二級虛實地址轉(zhuǎn)換過程

18、。補(bǔ)充題:1.理解片內(nèi)Flash的3種編程方法。答：通過內(nèi)置JTAG接口編程、通過在系統(tǒng)編程（ISP）、通過在應(yīng)用編程（IAP）2.理解LPC2000系列存儲器存儲空間分布。見課件。3S3C44BOX的存儲空間的分布，由哪幾部分組成？答：S3C44B0X的存儲空間分成8組，每組容量為32MB，bank0-bank5起始地址固定，容量固定為32MB，bank6起始地址也固定，其容量和bank7的容量可編程轉(zhuǎn)變，可以是2、4、8、16、32MB，并且bank7的起始地址與bank6的結(jié)束地址相連接。第3章作業(yè)題答案1、ARM的尋址方式有哪些？各寫一條說明。答：1）馬上尋址 （1）ADD R0，R0

19、，1 /*R0R01*/（2）ADDR0，R0，0x3f /*R0R00x3f*/；2）寄存器尋址（ADDR0，R1，R2 /*R0R1R2*/）；3）寄存器間接尋址（1）LDR R0，R1 /*R0R1*/；（2）STR R0，R1 /*R1R0*/；4）基址加偏址尋址（1）、LDR R0，R1，4； R0R14；（2）、LDR R0，R1，4??； R0R14、R1R14；（3）、LDR R0，R1 ，4； R0R1、R1R145）堆棧尋址（1）、 STMFD SP! R1-R7,LR；（2）、LDMFD SP! R1-R7,LR；6）塊拷貝尋址（1）、LDMIA R0!, R2-R9；（2

20、）、STMIA R1,R2,R9；2.存儲器生長堆?？煞譃槟膸追N？4種，滿遞增堆棧，滿遞減堆棧，空遞增堆棧，空遞減堆棧。第5章作業(yè)題答案1. S3C44B0X具有多少通用I/O口？它們具有哪些功能？(第2版P143)2.簡述矩陣式鍵盤線掃描檢測法的工作原理。(第2版P145)3.（1）假設(shè)要將S3C44B0X的UART1設(shè)置為：波特率9600b/s，8位數(shù)據(jù)位，1個停止位，無校驗位，并接受非自動流把握方式工作，禁止超時中斷、回送模式、發(fā)中止信號,允許產(chǎn)生錯誤狀態(tài)中斷，傳送、接收模式都為中斷懇求模式，發(fā)送、接收中斷為邊沿方式，該如何初始化？給出完成該設(shè)置功能的代碼段。（2）利用串口1實現(xiàn)兩個開發(fā)平臺間的雙機(jī)通信，試給動身送子程序和接收子程序。答：（1）rFCON0=0X00; 不使用FIFOrUMCON0=0X10; 自動流把握rULC