課后習題及答案(四班的)

1、考試要點 1-5章嵌入式系統(tǒng)的定義、組成 P2 前5章課后習題和留下的習題實時系統(tǒng)的概念，RTOS和普通OS的區(qū)別 P7交叉開發(fā)環(huán)境、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的調試方法 P37BSP的定義、作用ARM處理器的特點、寄存器數(shù)目及作用ARM的數(shù)據(jù)類型和處理器模式 P75基于ARM的硬件啟動流程 P200大小端存儲機制，編程測試大小端系統(tǒng)C程序和匯編和相互調用的應用GPIO的編程中斷的處理流程及其寄存器的作用、相關的操作等 P232填空題 30分 2'簡答題 30分 6應用題 20 10編程題 10 10分析題 10 10第1章 嵌入式系統(tǒng)基礎1. 什么是嵌入式系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？有何特點？寫出你

2、所想到的嵌入式系統(tǒng)。答：（1）定義：國內對嵌入式系統(tǒng)的一般定義是：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，從而能夠適應實際應用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。（2）組成：嵌入式處理器、外圍設備、嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件等幾部分組成。（3）特點：a.軟硬件一體化，集計算機技術、微電子技術、行業(yè)技術于一體； 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，應用廣泛，種類繁多。（4）嵌入式系統(tǒng)：個人數(shù)字助理（PDA）、機頂盒（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（

3、MicroController Unit,MCU）； （2）中高端的嵌入式微處理器（Embeded MicroProcessor Unit,EMPU）； （3）通信領域的DSP處理器（Digital Signal Processor,DSP）； （4）高度集成的片上系統(tǒng)（System on Chip,SoC）。3. ARM英文原意是什么？它是一個怎樣的公司？其處理器有何特點？答：（1）英文原意：Advanced RISC Machines。高級精簡指令集機器。 （2）公司簡介：該公司是全球領先的16/32位RISC微處理器知識產權設計供應商，通過將其高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器、外

4、圍和系統(tǒng)芯片設計技術轉讓給合作伙伴來生產各具特色的芯片。ARM公司已成為移動通信、手持設備、多媒體數(shù)字消費嵌入式解決方案的RISC標準。 （3）其處理器特點：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. 什么是實時系統(tǒng)？它有哪些特征？如何分類？答：（1）實時系統(tǒng)的定義：實時系統(tǒng)（Real Time System）是指產生系統(tǒng)輸出的時間對系統(tǒng)至關重要的系統(tǒng)。 （2）特征：實時性、并行性、多路性、獨立性、可預測性、可靠性。 （3）分類：根據(jù)響應時間的不同，實時系統(tǒng)可分為3種類型：強實時系統(tǒng)、弱實時系統(tǒng)、一般實時系統(tǒng)。 根據(jù)確定性的不同，實時系統(tǒng)可分為2

5、種類型：硬實時、軟實時。5. RTOS由哪幾部分組成？它有哪些特點？與一般操作系統(tǒng)相比有何不同？答：（1）組成：實時內核、網絡組件、文件系統(tǒng)、圖形用戶界面。 （2）特點：a.支持異步事件的響應；b.中斷和調度任務的優(yōu)先級機制；c.支持搶占式調度；d.確定的任務切換時間和中斷延遲時間；e.支持同步。（3）與一般OS的不同：a.實時性：響應速度快，只有幾微秒；執(zhí)行時間確定，可預測； b.代碼尺寸?。褐挥?0100KB，節(jié)省內存空間，降低成本； c.應用程序開發(fā)較難； d.需要專用開發(fā)工具：仿真器、編譯器和調試器等。6. 單片機系統(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)

6、的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設計和基于實時操作系統(tǒng)（RTOS）的軟件設計；（2）單片機系統(tǒng)多為4位、8位、16位機，不適合運行操作系統(tǒng)，難以進行復雜的運算及處理功能；（3）嵌入式系統(tǒng)強調基于平臺的設計、軟硬件協(xié)同設計，單片機大多采用軟硬件流水設計；（4）嵌入式系統(tǒng)設計的核心是軟件設計（占70%左右的工作量），單片機系統(tǒng)軟硬件設計所占比例基本相同。 （5）SoC是嵌入式系統(tǒng)的最高實現(xiàn)形式，它集成了許多功能模塊，它的核心技術是IP（Intellectual Property Core，知識產權核）核。第2章 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程1. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程分為哪幾個階段？每個階段的特點是什

7、么？答：（1）需求分析階段：a.對問題的識別和分析；b.制定規(guī)格說明文檔；c.需求評審。（2）設計階段：a.數(shù)據(jù)流分析；b.劃分任務；c.定義任務間的接口。（3）生成代碼階段：a.代碼編程；b.交叉編譯和鏈接；c.交叉調試；d.測試。（4）固化階段2. 嵌入式系統(tǒng)有哪幾種調試方式？現(xiàn)在最流行的是哪種？使用什么接口？答：（1）調試方式：源程序模擬器方式、監(jiān)控器方式、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)合測試行動組)接口。3. 什么是板級支持包？它一般應完成哪些工作？答：（1）定義：有些嵌入式操作系統(tǒng)的內核明確分為兩層，上層

8、一般稱為“內核”，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，即板級支持包（Board Support Package）。 （2）主要完成工作：a.在系統(tǒng)啟動時，對硬件進行初始化。B.為驅動程序提供訪問硬件的手段。 （3）主要作用：消除硬件差異。4. 什么是交叉開發(fā)環(huán)境？為什么需要交叉開發(fā)環(huán)境？答：（1）定義：交叉開發(fā)環(huán)境是指實現(xiàn)編譯、鏈接和調試應用程序代碼的環(huán)境。與運行應用程序的環(huán)境不同，它分散在有通信連接的宿主機與目標機環(huán)境中。 （2）目標機(Target) 可以是嵌入式應用軟件的實際運行環(huán)境，也可以是能替代實際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。但是目標機的硬件

9、資源有限，而宿主機的軟硬件資源豐富，它上面的輔助開發(fā)工具能大大提高軟件開發(fā)的效率和進度。第3章 ARM體系結構1.ARM的英文全名是什么？ARM處理器有什么特點？答：見第1章課后習題第3題。2.ARM7和ARM9在流水線方面有何不同？答：ARM7是3級流水線結構，ARM9是5級流水線結構。ARM9把3級流水線中的執(zhí)行階段的操作進行再分配，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（即第5級）完成，同時，在該級之前，再安排一級（存儲訪問）。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

10、，32位；4.寫出ARM使用的各種工作模式和工作狀態(tài)。答：（1）工作模式：詳見下表： （2）工作狀態(tài)：a.ARM：32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行字對齊的ARM指令； b.Thumb：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字對齊的Thumb指令。5.ARM處理器總共有多少個寄存器？其中哪個用做PC？哪個用做LR?答：（1）ARM處理器總共有37個寄存器：31個通用寄存器，6個狀態(tài)寄存器。 （2）R15用做程序計數(shù)器PC，R14用做子程序鏈接寄存器LR。6.假設R0=0x12345678,使用將R0存儲到0x4000的指令存到存儲器中，若存儲器為大端組織，寫出從存儲器0x4000處加載一個字節(jié)到R2的指令執(zhí)行后R2的值

11、。答：由于0x4000是大端組織，所以R0存進后，0x4000中有數(shù)0x56781234,從0x4000加載一個字節(jié)到R2后（由地位到高位加載），R2的值為0x34。7.ARM920T處理器加入了哪兩個協(xié)處理器？各自的主要功能是什么？ 答：ARM920T處理器加入了兩個協(xié)處理器:(1)CP14，允許軟件訪問調試通信通道;(2)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、保護系統(tǒng)、時鐘模式和其他系統(tǒng)選項。8.ARM920T支持哪些時鐘模式？ 答：快速總線模式、同步模式、異步模式。9.什么是寫直達和寫回Cache操作，各有何特點？ 答：（1）寫直達：當CPU對

12、Cache寫命中時，Cache與主存同時發(fā)生寫修改。優(yōu)點：一致性好；缺點：耗時。 （2）寫回：當CPU對Cache寫命中時，只修改Cache的內容而不立即寫入主存，只當此執(zhí)行被換出時才寫回主存。優(yōu)點：減少訪問主存次數(shù)，提高效率。缺點：一致性差點。10.ARM為何集成了32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集？（即它的好處） 答：可提供長的轉移范圍、強大的算術運算能力和大的尋址空間。11.什么是big-endian和little-endian，編寫一段程序測試你所用的計算機體系結構采用哪種存儲機制？ 答：（1）大端存儲系統(tǒng)（big-endian）：低地址存放高字節(jié)，高地址存放低字節(jié)。小端存

13、儲系統(tǒng)（little-endian）: 低地址存放低字節(jié)，高地址存放高字節(jié)。 （2）int x=0x12345678; int *p=&x; if(*(char*)p=0x78) little endian else big endian第4章 ARM系統(tǒng)硬件設計基礎1一個典型的可執(zhí)行映像由哪幾部分組成？答：2.匯編和C語言的相互調用方法。答：（1）匯編程序調用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用的C語言函數(shù)；然后通過BL指令來調用C函數(shù)。 （2）C程序調用匯編子程序的方法為：首先在匯編程序中使用EXPORT偽指令聲明被調用的子程序，表示該子程序將在其他文件中被調用；然后在C程序中使用extern關鍵字聲明要調用的匯編子程序為外部函數(shù)。 （補充）3.基于ARM的硬件啟動流程？ 答：（1）分配中斷向量表；（2）初始化