嵌入式系統(tǒng)原理與接口復(fù)習(xí)要點(diǎn)及思考題答案(計(jì))資料

1、嵌入式系統(tǒng)原理與接口復(fù)習(xí)要點(diǎn)及思考題答案（計(jì)）各位：根據(jù)掌握要點(diǎn)認(rèn)真復(fù)習(xí)，后面附有作業(yè)題答案。第1章掌握要點(diǎn)節(jié)嵌入式系統(tǒng)的概念1.1 . 3節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)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(kāi)發(fā)過(guò)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章掌握要點(diǎn)2.1節(jié)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分類(lèi)2.3.1 節(jié) ARM 和 Thumb犬態(tài)節(jié)RISC技術(shù)節(jié)流水線技術(shù)2.4.1 ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)2.4.2 Cache:寫(xiě)通、寫(xiě)回、讀操作分配 cache、寫(xiě)操作分配cache、工作原理、地址映像節(jié)ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)補(bǔ)充：（見(jiàn)課件

2、）1. ARM簡(jiǎn)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(chǔ)器存儲(chǔ)空間分布。（8個(gè)bank,每個(gè)ban k32MB第3章掌握要點(diǎn)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、異常中斷3.2節(jié)指令格式和尋址方式3.3節(jié) 指令系統(tǒng)：掌握和熟練應(yīng)用課件所講的指令、可編程序段第5章掌握要點(diǎn)5.1節(jié) 鍵盤(pán)接口：行掃描法原理、掌握編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序5.2節(jié)LED顯示器接口：理解工作原理，掌握編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序5. 5.1節(jié)UART異步串行接口：異步通信格式、接收的4種錯(cuò)誤類(lèi)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)？?

3、第一種，根據(jù)IEEE （國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義： 嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置” （原文為 devices used to control, monitor, or assist theoperatio n of equipme nt, machi nery or pla nts）。?第二種，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、 軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求 的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。兩種定義之一即可。2. 與通用型計(jì)算機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？通常是面向特定應(yīng)用的；空間和各種資源相對(duì)不足，必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗

4、余；產(chǎn)品升級(jí)換代和具體產(chǎn)品同步，具有較長(zhǎng)的生命周期；軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身；不具備自舉開(kāi)發(fā)能力，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi) 發(fā)3. 舉例介紹嵌入式微處理器有哪幾類(lèi)？(1) 嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Un it, EMPU) 嵌入式處理器目前主要有 Aml86/88、386EX SC-400 PowerPG 68000、MIPS ARM系列等。(2) 嵌入式微控制器(Microc on troller Un it, MCU)嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括 8051、P51XA MCS-251 MCS-9

5、6/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16 68300 等。(3) 嵌入式 DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor,EDSP)嵌入式DSF處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments 的TMS32C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(lái)看，嵌入式系統(tǒng)由哪幾部分組成？畫(huà)出簡(jiǎn)圖。外圍電路USBLCDKeyboardOther?嵌入式核心芯片，EMP嵌入式微處理器、EMC嵌入式 微控制器、EDSP嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器、ESo

6、C嵌入式 片上系統(tǒng)。?用以保存固件的ROM(非揮發(fā)性只讀存儲(chǔ)器)。?用以保存程序數(shù)據(jù)的RAM(揮發(fā)性的隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器)?連接微控制器和開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器、模/數(shù)轉(zhuǎn)化器、控制器、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控制器分別由哪些部件組成，兩者有何 區(qū)別。答：嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的 CPU嵌入式微處理器二運(yùn)算器+控制器+寄存器組+內(nèi)總線，在應(yīng)用中必須裝 配在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上，在電路板上必須包括 ROM RAM總線接 口、各種外設(shè)等器件。嵌入式微控制器=cpu內(nèi)核+ 存儲(chǔ)器+I/o接口 +輔助電路（時(shí)鐘、A/D、D/A 等）嵌入式微處理器與嵌入式

7、微控制器的區(qū)別：嵌入式微處理器只含有內(nèi)核，嵌入式微控制器除含有內(nèi)核外，內(nèi)部還包含ROM RAM存儲(chǔ)器以及各種外設(shè)接口、輔助電路等。6. 嵌入式操作系統(tǒng)通常含有幾層，主要實(shí)現(xiàn)何功能。嵌入式操作系統(tǒng)通常包括：（1）驅(qū)動(dòng)層：硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件和設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口；如：LCD、觸摸屏的驅(qū)動(dòng)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(dòng)、數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)等。（3 ）應(yīng)用層：應(yīng)用程序接口。7. 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程？嵌入式硬件開(kāi)發(fā)和嵌答：嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要分為系統(tǒng)總體開(kāi)發(fā)、入式軟件開(kāi)發(fā)3大部分。流程如圖所示。軟件概要設(shè)

8、件設(shè)硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)詳制硬件制作1硬件概要設(shè)硬軟件詳細(xì)設(shè)軟件設(shè)計(jì)實(shí)軟件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)系統(tǒng)定義1可行性主研究需求分析系軟處操統(tǒng)硬理作總件器系體劃選統(tǒng)框T-分疋選T嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程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 Debugge)。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(yùn)行，由主機(jī)提 供一個(gè)模擬的目標(biāo)運(yùn)行環(huán)境，可以進(jìn)行語(yǔ)法和邏輯上的調(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而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的硬件。仿真器與目 標(biāo)板

9、通過(guò)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試：這種方式有一個(gè)硬件調(diào)試體。該硬件調(diào)試體與目標(biāo) 板通過(guò)BDM JTAG等調(diào)試接口相連，與主機(jī)通過(guò)串口、并口、網(wǎng)口或 USB 口相連。待調(diào)試軟件通過(guò) BDM/JTAG調(diào)試器下載到目標(biāo)板上運(yùn) 行。9. 理解交叉編譯和交叉調(diào)試。答：嵌入式軟件開(kāi)發(fā)所米用的編譯為交叉編譯。在一種計(jì)算機(jī)環(huán)境中 運(yùn)行的編譯程序，能編譯出在另外一種環(huán)境下運(yùn)行的代碼，稱(chēng)這種編 譯器支持交叉編譯。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在一個(gè)平臺(tái)上生成另一個(gè)平臺(tái)上 的可執(zhí)行代碼。要進(jìn)行交叉編譯，需要在主機(jī)平臺(tái)上安裝對(duì)應(yīng)的交叉 編譯器，然后用這個(gè)交叉編譯器編譯源代碼，最終生成

10、可在目標(biāo)平臺(tái) 上運(yùn)行的代碼。在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中，調(diào)試時(shí)米用的是在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間進(jìn) 行的交叉調(diào)試，調(diào)試器仍然運(yùn)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(yùn)行在基于特定硬件平臺(tái)的嵌入式操作系統(tǒng)中，調(diào)試器和被調(diào)試進(jìn)程通過(guò)串口或者網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，調(diào)試器可以控制、訪問(wèn) 被調(diào)試進(jìn)程，讀取被調(diào)試進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)，并能夠改變被調(diào)試進(jìn)程的 運(yùn)行狀態(tài)。第二章作業(yè)答案1. ARM處理器工作模式有幾種？各種工作模式下分別有什么特點(diǎn)？ 答：ARM微處理器支持用戶(hù)、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

11、異常時(shí)，處理器自動(dòng)改變CPSF中M4:0的值，進(jìn)入相應(yīng)的工作模式；第二種，當(dāng)處理器處于特權(quán)模式 時(shí)，用指令向CPSF的M4:0字段寫(xiě)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(hù)模式時(shí)，不能改變工作模式，除非發(fā)生異 常。2. ARM處理器總共有多少個(gè)寄存器，這些寄存器按其在用戶(hù)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(gè)寄存器，各寄存器均為32位。31個(gè)通 用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器 PC; 6個(gè)狀態(tài)寄存器。這些寄存器按其在用戶(hù)編程中的功能可劃分為： 通用寄存器和狀態(tài)寄 存器。根據(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

12、擁有屬于自己的寄存器組，也只能訪問(wèn)自己的寄存器組。3. 寄存器R13, R14, R15的專(zhuān)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(chēng)為L(zhǎng)R ,用以保存返回地址；3） R15（PC用作程序 計(jì)數(shù)器。4若寄存器R1=0x01020304,分別按小端模式和大端模式存儲(chǔ)在 0x30000字單元中，試分別畫(huà)出兩種模式下內(nèi)存存儲(chǔ)內(nèi)容，并標(biāo)出內(nèi) 存地址。5. 試述ARM處理器對(duì)異常中斷的響應(yīng)過(guò)程。答：當(dāng)一個(gè)異常出現(xiàn)以后，ARM微處理器執(zhí)行完當(dāng)前指令后（復(fù)位異 常除外）會(huì)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CPS

13、R: 置位I位（禁止IRQ中斷）清零T位（進(jìn)入ARM犬態(tài)）設(shè)置MOD&,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 便程序在處理異常返回時(shí)能從正確的位置重新開(kāi)始執(zhí)行。（3）強(qiáng)制PC從相關(guān)的異常向量地址取一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相 應(yīng)的異常處理程序處。6. 如何從異常中斷處理程序中返回？需要注意哪些問(wèn)題？答：異常處理完畢之后，ARM微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作從異常返回：（1）將SPSF復(fù)制回CPSF中，恢復(fù)原處理器工作模式。（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(hù)程序。7. ARM存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)周期

14、有幾種類(lèi)型，對(duì)應(yīng)于 cache訪問(wèn)和存儲(chǔ)器訪 問(wèn)是何存儲(chǔ)周期？答：（1）空閑周期I周期-內(nèi)部周期，不執(zhí)行存儲(chǔ)器訪問(wèn)； 可廣播下一次訪問(wèn)的地址以便開(kāi)始譯碼，與S周期配合實(shí)現(xiàn)總線上的突發(fā)傳送。（2）順序周期S周期-順序周期：多用于實(shí)現(xiàn)總線上的突發(fā)傳 送，第一個(gè)周期必須是一個(gè)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(guò)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(chǔ) 系統(tǒng)不允許驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線。（4）非順序周期N周期一 非順序周期：最簡(jiǎn)單的總線周期，存 儲(chǔ)控制器必須啟動(dòng)存儲(chǔ)器訪問(wèn)來(lái)滿足這個(gè)請(qǐng)求；該方式存儲(chǔ)系 統(tǒng)常需要長(zhǎng)的訪問(wèn)時(shí)間。（存儲(chǔ)器讀寫(xiě)）cache

15、訪問(wèn)：I周期、S周期存儲(chǔ)器訪問(wèn)：N周期8. 何謂cache ?簡(jiǎn)述cache的工作原理。（第2版書(shū)P44）9. 何謂寫(xiě)通cache和寫(xiě)回cache，兩者有何區(qū)別？答：（1）寫(xiě)回法是指CPU在執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，被寫(xiě)的數(shù)據(jù)只寫(xiě)入cache，不寫(xiě)入主存。僅當(dāng)需要替換時(shí)，才把已經(jīng)修改的cache塊寫(xiě)回到主存中。采用寫(xiě)回法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的cache稱(chēng)為寫(xiě)回cache。（2）寫(xiě)通法是指CPU在執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，必須把數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入cache和主存。采用寫(xiě)通法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的 cache稱(chēng)為寫(xiě)通cache。10. arm的MM主要實(shí)現(xiàn)何功能。答：（1）虛擬存儲(chǔ)空間到物理存儲(chǔ)空間的映射。在ARM中采用了頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理，通

16、過(guò)兩級(jí)頁(yè)表實(shí)現(xiàn)虛擬地址到物理地址的映射。（2）存儲(chǔ)器訪問(wèn)權(quán)限的控制。（3） 設(shè)置虛擬存儲(chǔ)空間的緩沖特性：Cache/write buffer11. 協(xié)處理器cp15主要實(shí)現(xiàn)的功能？答：（1）用于處理、控制ARM的特殊性能（2）片上存儲(chǔ)器管理單元（MMU）（3）指令、數(shù)據(jù)緩存（4）寫(xiě)緩沖器12、簡(jiǎn)述MMU使能時(shí)存儲(chǔ)訪問(wèn)過(guò)程。答：芯片設(shè)置為MM使能（設(shè)置cp15寄存器）：（1）若cache使能，根據(jù)arm輸出的虛擬地址在CACH中搜索；若cache命中,arm 處理器與cache交換數(shù)據(jù)。若cache禁止或cache未命中，首先訪問(wèn)TLB,參見(jiàn)（2）。（2）根據(jù)arm輸出的虛擬地址在TLB中搜索，

17、若找到，將其轉(zhuǎn)換為物理地址，訪問(wèn)主存并把該塊數(shù)據(jù)讀取到cache（使能時(shí)）中。13、ARM支持的物理頁(yè)有幾種類(lèi)型，其容量為何值？答：ARM支持的存儲(chǔ)塊：（1）段（section ）:由1MB的存儲(chǔ)器塊構(gòu)成（2）大頁(yè)（large page ）:由64KB的存儲(chǔ)器塊構(gòu)成（3）小頁(yè)（small page ）:由4KB的存儲(chǔ)器塊構(gòu)成（4）微頁(yè)（tiny page ）:由1KB的存儲(chǔ)器塊構(gòu)成14、簡(jiǎn)述基于段的地址變換過(guò)程。3JII 13015、簡(jiǎn)述使用粗頁(yè)表和4k頁(yè)的二級(jí)虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換過(guò)程。由粗粒度頁(yè)表描述符獲取二級(jí)描述符的過(guò)程:31科頁(yè)表描述符址14 “00祖頁(yè)表摘述符二級(jí)頁(yè)志項(xiàng)的地址呦摘遲粗4址10

18、9 fl 5二魴臾疋址律鳳卜1 10)ifKin” i i 43i補(bǔ)充題：1. 理解片內(nèi)Flash的3種編程方法。 答：通過(guò)內(nèi)置JTAG接口編程、通過(guò)在系統(tǒng)編程（ISP）、通過(guò)在應(yīng)用 編程（IAP）2. 理解LPC2000系列存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間分布。見(jiàn)課件。3. S3C44BO的存儲(chǔ)空間的分布，由哪幾部分組成？答：S3C44B0X勺存儲(chǔ)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的容量可編程改變，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、

19、ARM的尋址方式有哪些？各寫(xiě)一條說(shuō)明。答：1）立即尋址 （1） ADD RO, RO,# 1 /*R0 R0+ 1*/（2） ADD R0, R0,# 0x3f /*R0 R0+ 0x3f*/ ;2） 寄存器尋址（ADD R0, R1, R2 /*R0 R1 + R2*/）;3） 寄存器間接尋址 （1） LDR R0 , R1 /*R0 R1*/ ;（2） STR R0, R1/*R1 R0*/;4） 基址加偏址尋址（1）、LDR R0 , R1,# 4; R0 R1 +4；（2）、LDR R0 , R1,# 4! ; R0 R1 + 4、R1 R1+ 4;（3）、LDR R0 , R1 ,

20、# 4; R0R1、R1 R1 + 45）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）、STMIA R1,R2,R9;2. 存儲(chǔ)器生長(zhǎng)堆棧可分為哪幾種？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(jiǎn)述矩陣式鍵盤(pán)線掃描檢測(cè)法的工作原理。（第2版P145）3. （ 1）假設(shè)要將S3C44B0X勺UART設(shè)置為：波特率 9600b/s，8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無(wú)校驗(yàn)位，并采用非自動(dòng)流控制方式工作，禁 止超時(shí)中斷、回送模式、發(fā)中止信號(hào)，允許產(chǎn)生錯(cuò)誤狀態(tài)中斷，傳 送、接收模式都為中斷請(qǐng)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(shí)現(xiàn)兩 個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)間的雙機(jī)通信，試給出發(fā)送子程序和接收子程序。答：（1）rFCONO=OXOO;不使用 F