嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程大作業(yè)

2012年上學(xué)期嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程大作業(yè)1、敘述下列相關(guān)名詞的含義ARM、xscale、PXA255、RISC、體系結(jié)構(gòu)答：1）ARM：英國的一家公司；時下流行的一種體系結(jié)構(gòu)。2）XScale：ARM架構(gòu)v5TE指令集的CPU。3）PXA255：XScale的核版本。4）RISC：ReducedInstructionSetComputing，即精簡指令集，一種CPU的設(shè)計概念；與之相對的是CISC，即復(fù)雜指令集5）體系結(jié)構(gòu)：嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件的銜接；它確定嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的部件、部件功能、部件間借口的設(shè)計，并集中于嵌入式系統(tǒng)的核心部分——處理器的運算與存的存取。2、畫出嵌入式硬件系統(tǒng)組成的模塊結(jié)構(gòu)圖

3、敘述基于linux的嵌入式平臺的搭建過程答：Linux嵌入式平臺的搭建符合嵌入式平臺搭建的一般過程，但是具體到Linux嵌入式平臺，又有些許不同，其搭建過程如下：1）處理器以及硬件開發(fā)平臺的選擇以處理器為主，結(jié)合考慮硬件平臺的情況。處理器考慮的問題包括應(yīng)用類型及I/O接口、主頻和功耗、對不同類型存儲器的支持、封裝等；硬件平臺的選擇和設(shè)計包括存和外圍存儲器、輸入輸出接口以及設(shè)備等幾項主要容。2）操作系統(tǒng)的選擇由于已經(jīng)選取了Linux操作系統(tǒng)，因此此處主要是核版本的選取以及對核功能的裁剪。3）開發(fā)環(huán)境的選取即開發(fā)工具的選取，主要是指開發(fā)軟件的選取，比如常用的minicom。4）開發(fā)實施首先，Bootloader的燒制。目的是對硬件系統(tǒng)基本功能的支持，比如串口通信。其次，核文件的制作。接下來，核文件的拷貝。此時，可以通過串口或者網(wǎng)口實施傳輸，能夠大幅度提高傳輸速度。最后，在主機使用開發(fā)軟件，完成對硬件系統(tǒng)的開發(fā)工作。包括硬件驅(qū)動程序、上層的應(yīng)用程序、系統(tǒng)的集成與調(diào)試等。4、如下為xscale處理器的核框圖：簡述核框圖中每個模塊的名稱及指標。答：1）InstructionCache：指令Cache；大小32KB，32路，支持線性鎖定2）Micro-Processor：微處理器；七級流水3）DataCache：數(shù)據(jù)Cache；最大支持32KB，32路4）DataRam：數(shù)據(jù)Ram；最大支持28KB5）Mini-DataCache：迷你數(shù)據(jù)Cache；大小2KB，2路6）BranchTargetBuffer：分支目標緩存；128入口7）IMMU/DMMU：指令/數(shù)據(jù)存儲管理單元；32路，全相關(guān)，支持鎖定8）FillBuffer：填充緩存；4~8入口9）PerformanceMonitoring：功能顯示器10）Debug：硬件中斷斷點記錄11）PowerManagementControl：電源管理控制12）MAC：乘加單元；40位累加/累乘，16位單指令多數(shù)據(jù)流操作，16*32位操作單周期支持13）WriteBuffer：寫緩存；8入口，支持合并操作14）JTAG：邊界掃描技術(shù)；支持JTAG操作5、下述英文為BTB模塊功能的詳細介紹，閱讀后說明該模塊的作用。TheBTBstoresthehistoryofbranchesthathaveexecutedalongwiththeirtargets.Figure5-1showsanentryintheBTB,wherethetagistheinstructionaddressofapreviouslyexecutedbranchandthedatacontainsthetargetaddressofthepreviouslyexecutedbranchalongwithtwobitsofhistoryinformation.TheBTBtakesthecurrentinstructionaddressandcheckstoseeifthisaddressisabranchthatwaspreviouslyseen.Itusesbits[8:2]ofthecurrentaddresstoselectthetagfromtheBTBandthencomparesthistagtobits[31:9,1]ofthecurrentinstructionaddress.IfthecurrentinstructionaddressmatchesthetagintheBTBandthehistorybitsindicatethatthisbranchisusuallytakeninthepast,theBTBusesthedata(targetaddress)asthenextinstructionaddresstosendtotheinstructioncache.答：分支目標緩存目標地址歷史的分支，具體到每個入口（表項），由Tag和數(shù)據(jù)組成。Tag是以前執(zhí)行分支的指令地址，數(shù)據(jù)包括以前執(zhí)行分支的目標地址，以及2比特的歷史信息。分支目標緩存取得當前的指令地址，檢查這個地址是否是以前執(zhí)行過的分支。它用現(xiàn)行指令的位[8:2]來選擇分支目標緩存中的標志Tag，并與現(xiàn)行指令的位[31:9,1]進行匹配。若匹配且歷史位指出該分支過去常產(chǎn)生，則分支目標緩存中的數(shù)據(jù)（目標地址[31:1]）作為下一條指令地址送至指令Cache。6、下面是linux下的一個簡單的設(shè)備驅(qū)動程序，寫出linux設(shè)備驅(qū)動常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時閱讀下面代碼，請給出測試程序中的每條語句加以注釋。設(shè)備驅(qū)動程序Keypad.c的源代碼：#include<linux/module.h>#include<linux/fs.h>#include<linux/init.h>#include<linux/poll.h>#include<linux/types.h>#include<linux/fs.h>#include<linux/rtc.h>#include<linux/delay.h>#include<asm/hardware.h>#include<asm/delay.h>#include<asm/uaccess.h>#defineLEDnKEY_MAJOR251#defineKEYPAD_NAME"X-Hyper250Keypad"#defineKEYPAD_VERSION"Version0.1"#defineEXT_KEY_CSEXT_PORT2#defineEXT_LED_CSEXT_PORT3#defineLED_SHOW10/*EXT_KEY_CS為向外部LED進行數(shù)值設(shè)定,它定義在其它頭文件里*/voidled_off_on()/**/

{inti;EXT_LED_CS=0xff;for(i=0;i<8;++i){EXT_LED_CS=~((1<<i)&0xff);/*點亮相應(yīng)LED燈*/udelay(30000);}EXT_LED_CS=0xff;}/*應(yīng)用程序用open來打開設(shè)備文件，實際上調(diào)用驅(qū)動的lednkey_open（）函數(shù)*/intlednkey_open(structinode*inode,structfile*filp)/*打開設(shè)備文件*/{MOD_INC_USE_COUNT;/*核提供的一個宏，檢查使用驅(qū)動程序的用戶數(shù)*/return(0);/*success*/}intlednkey_release(structinode*inode,structfile*filp)/*釋放設(shè)備文件*/{led_off_on();MOD_DEC_USE_COUNT;return(0);}ssize_tlednkey_read(structfile*filp,char*Putbuf,size_tlength,loff_t*f_pos)/*按鍵讀取函數(shù)*/{unsignedshortBottonStatus;unsignedcharBottontmp=0;inti;BottonStatus=(EXT_KEY_CS&0xff);/*按鍵狀態(tài)*/for(i=0;i<8;++i)/*判斷哪個按鍵按下*/{if(((BottonStatus>>i)&1)==0)Bottontmp=(i+1);}copy_to_user(Putbuf,&Bottontmp,length);/*將數(shù)據(jù)從核態(tài)拷貝到用戶態(tài)，這是由定義在<asm/uaccess.h>里的特殊函數(shù)實現(xiàn)在不同的空間傳輸任意字節(jié)的數(shù)據(jù)*/returnlength;}ssize_tlednkey_write(structfile*filp,constchar*Getbuf,size_tlength,loff_t*f_pos){intnum;unsignedcharUsrWantLed;

copy_from_user(&UsrWantLed,Getbuf,length);/*將數(shù)據(jù)從用戶態(tài)拷貝到核心態(tài)*/num=((UsrWantLed)&0xff);/*確定哪一位要進行設(shè)定*/EXT_LED_CS=~(1<<(num-1));/*點亮相應(yīng)LED燈*/return(0);}intlednkey_ioctl(structinode*inode,structfile*filp,unsignedintcmd,unsignedlongarg)/*lednkey_ioctl接口函數(shù)，主要用于獲取或者改變正在運行的設(shè)備參數(shù)*/{switch(cmd){caseLED_SHOW:/*如果要點亮LED燈*/{if(arg)led_off_on();break;}}return0;}/*以下這些驅(qū)動函數(shù)是與用戶的應(yīng)用程序里對設(shè)備文件操作的函數(shù)相對應(yīng)的*/structfile_operationslednkey_fops={open:read:write:ioctl:lednkey_open,lednkey_read,lednkey_write,lednkey_ioctl,release:lednkey_release,};staticint_initxhyper250_keypad_init(void)/*初始化設(shè)備函數(shù)，在函數(shù)名之前加上這個屬性之后，系統(tǒng)會在初始化完成之后丟棄初始化函數(shù)，收回它所占用的存，以減小核所占用的存空間，它只對建的驅(qū)動起作用*/{intresult;result=register_chrdev(LEDnKEY_MAJOR,"lednkey",&lednkey_fops);/*向操作系統(tǒng)注冊一個主號為251，設(shè)備名為"lednkey"，并傳遞設(shè)備驅(qū)動程序的指針為lednkey_fops（全局變量），其中register_chrdev（）是核提供的函數(shù)，作用是完成注冊新的字符設(shè)備*/printf("%s%sinitialized.\n",KEYPAD_NAME,KEYPAD_VERSION);led_off_on();return0;

}staticvoid_exitxhyper250_keypad_exit(void)/*向操作系統(tǒng)卸載設(shè)備函數(shù)*/{unregister_chrdev(LEDnKEY_MAJOR,"lednkey");led_off_on();}module_init(xhyper250_keypad_init);/*顯式聲明初始化設(shè)備函數(shù)*/module_exit(xhyper250_keypad_exit);/*顯式聲明卸載設(shè)備函數(shù)*//*通過上述兩個聲明核知道驅(qū)動程序的進入點*/測試文件的源代碼如下：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#defineLED_SHOW10intfd;staticchar*dev_name="/dev/keypad";intmain(intargc,char**argv){intdata=0,pre_data;fd=open(dev_name,O_RDWR);if(!(fd>=0)){printf("%sfileopenfailed\n",dev_name);exit(-1);}printf("\nkeypadApp:pressthepushbuttonseeshowled-ExitCtrl-C\n",dev_name);ioctl(fd,LED_SHOW,1);while(1){do{

pre_data=data;read(fd,(char*)&data,sizeof(data));data=(data&0xff);}while(data==0);if(pre_data==0){printf("Write%dLED\n",data);write(fd,(constchar*)&data,sizeof((constchar)data));}}close(fd);return0;}1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)structfile_operations{structmodule*owner;loff_t（*llseek）（structfile*,loff_t,int）；ssize_t（*read）（structfile*,char__user*,size_t,loff_t*）；ssize_t（*aio_read）（structkiocb*,char__user*,size_t,loff_t）；ssize_t（*write）（structfile*,constchar__user*,size_t,loff_t*）；ssize_t（*aio_write）（structkiocb*,constchar__user*,size_t,loff_t）；int（*readdir）（structfile*,void*,filldir_t）；unsignedint（*poll）（structfile*,structpoll_table_struct*）；int（*ioctl）（structinode*,structfile*,unsignedint,unsignedlong）；

long（*unlocked_ioctl）（structfile*,unsignedint,unsignedlong）；long（*compat_ioctl）（structfile*,unsignedint,unsignedlong）；int（*mmap）（structfile*,structvm_area_struct*）；int（*open）（structinode*,structfile*）；inode_operations。int（*flush）（structfile*）；int（*release）（structinode*,structfile*）；int（*fsync）（structfile*,structdentry*,intdatasync）；int（*aio_fsync）（structkiocb*,intdatasync）；int（*fasync）（int,structfile*,int）；int（*lock）（structfile*,int,structfile_lock*）；ssize_t（*readv）（structfile*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t*）；ssize_t（*writev）（structfile*,conststructiovec*,unsignedlong,loff_t*）；ssize_t（*sendfile）（structfile*,loff_t*,size_t,read_actor_t,void*）；ssize_t（*sendpage）（structfile*,structpage*,int,size_t,loff_t*,int）；unsignedlong（*get_unmapped_area）（structfile*,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong）；int（*check_flags）（int）；

int（*dir_notify）（structfile*filp,unsignedlongarg）；int（*flock）（structfile*,