嵌入式系統(tǒng)原理及接口技術(shù)復習題1

簡答題簡要說明嵌入式系統(tǒng)的硬件組成和軟件組成。答:硬件組成：微處理器，存儲器，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。軟件組成：操作系統(tǒng)，文件系統(tǒng)，圖形用戶接口，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通用組建模塊。S3C2410AAHB：LCD控制器，LCDDMA，總線控制器，USB主控制器，中斷控制器，ExtMaster，電源管理，Nandflash控制器，儲存器控制器。APB：通用異步收發(fā)器，內(nèi)部集成電路總線〔IIC〕，USB設(shè)備控制器，集成電路內(nèi)部聲音總線〔IIS〕，MMC/SD/SDIO主控制器，通用I/O端口〔GPIO〕，看門狗定時器〔WDT〕，定時時鐘〔RTC〕，總線控制器，A/D轉(zhuǎn)換器，串行外設(shè)接口，定時器/脈寬調(diào)制。ARM體系結(jié)構(gòu)支持幾種類型的異常，并說明其異常處理模式和優(yōu)先級狀態(tài)？答，支持7種類型的異常異常處理過程：〔進入異?！砅C→LR，CPRS→SPSR，設(shè)置CPSR的運行模式位，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程序，〔異常返回〕LR→PC，SPSR→CPSR，假設(shè)在進入異常處理時設(shè)置中斷禁止位，要在此清楚，復位異常處理程序不需要返回。Reset＞數(shù)據(jù)中指＞快速中斷請求〔ＦＩＱ〕＞中斷請求〔IRQ〕＞指令預取中止＞未定義指令和軟件中止。簡述I2S總線接口的啟動與停止過程。通過I2S控制存放器IISCON控制，當控制存放器IISCON的地址為0=I2S禁止〔停止〕；當控制存放器IISCON的地址為1=I2S允許〔開始〕。簡述ARM系統(tǒng)中的中斷處理過程。中斷處理過程包括：中斷請求、中斷排隊或中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回ARM微處理器支持哪幾種運行模式？各運行模式有什么特點？User：用戶模式。絕大局部的任務(wù)執(zhí)行都在這種操作模式下，此為正常的程序執(zhí)行模式。FIQ：快速中斷模式。支持數(shù)據(jù)傳送或通道處理。IRQ：普通中斷模式。用于一般中斷處理。Supervisor：管理模式。一種操作系統(tǒng)受保護的方式。Abort：中止模式。在訪問數(shù)據(jù)中止后或指令預取中止后進入中止方式。System：系統(tǒng)模式。是操作系統(tǒng)一種特權(quán)級的用戶方式。Undef：未定義模式。當執(zhí)行未定義指令時會進入這種操作模式。當PCLK=66.5MHz時，選擇不同的時鐘分頻〔1/2、1/4、1/8、1/16〕輸入，分別計算定時器最小分辨率、最大分辨率及最大定時區(qū)間。答：最小分辨率：定時器輸入時鐘頻率=ＰＣＬＫ／{ｐｒｅｓｃａｌｅｒ＋１}／{ｄｉｖｉｄｅｒ值}＝６６.5/{0+1}/{2}=33.2500(MHz)一個計數(shù)脈沖時間=1/33.2500MHz=0.0300(us)最大分辨率：定時器輸入時鐘頻率=PCLK/｛255+1｝/{2}=66.5/256/2=129.8828一個計數(shù)脈沖的時間=1/129.8828=7.6992〔us〕最大定時區(qū)間：由于TCNTBn=65535，計數(shù)到0共65536個計數(shù)脈沖，所以65536*7.6992=0.5045〔sec〕。分析如下圖I2S總線時序圖，說明其操作過程。S3C2410A答：處理器通過IIS總線接口，控制音頻數(shù)據(jù)在s3c2410內(nèi)存與UDA1341TS之間傳送。連接在UDA1314TS上的麥克風信號在UDA1314內(nèi)部經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，串行通過DATAO引腳送到S3C2410的IIS模塊，在IIS模塊中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)然后使用通常存取方式或DMA存取方式，將并行數(shù)據(jù)保存的內(nèi)存中，而內(nèi)存中要輸出的音頻數(shù)據(jù)使用通常存取方式或DMA存取方式，將數(shù)據(jù)并行傳送到IIS模塊在IIS中轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，串行通過DATAI引腳送到UDA1314TS，在片內(nèi)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器，變成模擬信號，經(jīng)過驅(qū)動器，驅(qū)動揚聲器。簡述LCD控制器組成及數(shù)據(jù)流描述。LCD控制器包括：REGBBANK，LCDCDMA，TMEGEN，ＬＰＣ定時控制邏輯單元，VIDPRCS以及VIDEOMUX組成。當傳送請求由總線仲裁器接收時，4個連續(xù)的字數(shù)據(jù)由系統(tǒng)存儲器幀緩沖區(qū)傳送到LCDCDMA內(nèi)的FIFO。全部FIFO大小為28個字，分別由12個字的FIFOL和16個字的FIFOH組成。使用FIFOL和FIFOH，用來支持雙掃描顯示模式，在單掃描顯示模式，僅有FIFO中一個，即FIFOH能夠被使用。以下是S3C2410A根據(jù)NandFlash控制器工作原理，試在圖中畫出S3C2410A的NandFlash控制器與K9F2808U0C芯片的連接關(guān)系，并簡單描述其操作過程填空“嵌入性〞、“專用性〞與“計算機系統(tǒng)〞是嵌入式系統(tǒng)的三個根本要素。IP核分為軟核、硬核、固核。嵌入式系統(tǒng)通常由包含有嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和外圍設(shè)備接口的嵌入式計算機系統(tǒng)和執(zhí)行裝置〔被控對象〕組成。嵌入式計算機系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，可以分為硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層。硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器、通用設(shè)備接口和I/O接口。嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心。系統(tǒng)初始化過程按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次可以分為片級初始化、板級初始化和系統(tǒng)級初始化3個主要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)軟件層通常包含有實時多任務(wù)操作系統(tǒng)〔Real-timeOperationSystem，RTOS〕、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口〔GraphicUserInterface，GUI〕、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的根底和開發(fā)平臺。ARM處理器共有37個存放器，31個通用存放器，6個狀態(tài)存放器。存放器R13通常用作堆棧指針，稱作SP。存放器R14用作子程序鏈接存放器，也稱為鏈接存放器LK〔LinkRegister〕。FIQ模式有7個分組的存放器R8～R14，映射為R8_fiq～R14_fiq。在ARM狀態(tài)下，許多FIQ處理沒必要保存任何存放器。User、IRQ、Supervisor、Abort和Undefined模式每一種都包含兩個分組的存放器R13和R14的映射，允許每種模式都有自己的堆棧和鏈接存放器。存放器R15用作程序計數(shù)器〔PC〕。在ARM狀態(tài)，位［1:0］為0，位［31:2］保存PC。程序狀態(tài)存放器CPSR的N、Z、C、V分別指-------，I=1指------、F=1指------，M[4：0]用做-------。S3C2410A的CPU內(nèi)核采用的是16/32位ARM920T內(nèi)核，同時還采用了AMBAARM920T采用了MMU，AMBA總線和Harvard高速緩存體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有獨立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，每個Cache都是由8字長的行組成的。2個USB主設(shè)接口/1個USB從設(shè)接口117位通用I/O接口和24通道外部中斷源；8通道10位ADC和觸摸屏接口；支持小／大端方式ARM體系結(jié)構(gòu)使用單一、線性地址空間。將字節(jié)地址做為無符號數(shù)看待，范圍為〔0～232－1〕。地址空間：8個存儲器bank，每bank128MB〔byte〕〔總共1GB〕。對于字對齊的地址A，地址空間規(guī)那么要求如下：地址位于A的字由地址為A、A＋1、A＋2和A＋3的字節(jié)組成；地址位于A的半字由地址為A和A＋1的字節(jié)組成；地址位于A＋2的半字由地址為A＋2和A＋3的字節(jié)組成；地址位于A的字由地址為A和A＋2的半字組成。ARM系統(tǒng)使用存儲器映射I/O。I/O口使用特定的存儲器地址，當從這些地址加載〔用于輸入〕或向這些地址存儲〔用于輸出〕時，完成I/O功能。bank0～bank6都采用固定的bank起始地址。每個bank支持可編程的8/16/32位數(shù)據(jù)總線寬度?？偩€寬度和等待存放器BWSCON：用來設(shè)置總線寬的和等待狀態(tài)。Bank控制存放器BANKCONn：控制各bank的片選，訪問周期。刷新控制存放器REFRESH：SDRAM的刷新控制存放器。BANKSIZE存放器：用來設(shè)置BANK的容量。支持從NANDFlash存儲器和NORFlash兩種啟動方式。在NANDFlash模式下，采用4KB內(nèi)部緩沖器用于啟動引導Cache存儲器采用寫直達〔Write-through〕或?qū)懟亍瞁rite-back〕操作來更新主存儲器。每個引腳端的功能通過端口控制存放器〔PnCON〕來定義〔配置〕。與配置I/O口相關(guān)的存放器包括：端口控制存放器〔GPACON～GPHCON〕、端口數(shù)據(jù)存放器〔GPADAT～GPHDAT〕、端口上拉存放器〔GPBUP～GPHUP〕、雜項控制存放器以及外部中斷控制存放器〔EXTINTN〕等。S3C2410A通過對程序狀態(tài)存放器〔PSR〕中的F位和I位進行設(shè)置控制CPU的中斷響應(yīng)。如果設(shè)置PSR的F位為1，那么CPU不會響應(yīng)來自中斷控制器的FIQ中斷；如果設(shè)置PSR的I位為1，那么CPU不會響應(yīng)來自中斷控制器的IRQ中斷。如果設(shè)置PSR的F位或I位設(shè)置為0，同時將中斷屏蔽存放器〔INTMSK〕中的相對應(yīng)位設(shè)置為0，CPU響應(yīng)來自中斷控制器的IRQ或FIQS3C2410A中的中斷控制器能夠接收來自56個中斷源每個DMA控制器可以處理以下4種情況：〔1〕源和目的都在系統(tǒng)總線上；〔2〕源在系統(tǒng)總線上，目的在外圍總線上；〔3〕源在外圍總線上，目的在系統(tǒng)總線上；〔4〕源和目的都在外圍總線上。S3C2410A每個DMA通道有9個控制存放器，4個通道共有36個存放器。每個DMA通道的9個控制存放器中有6個用于控制DMA傳輸，另外3個用于監(jiān)控DMA如果在一個存儲系統(tǒng)中，指令預取時使用的一個cache，數(shù)據(jù)讀寫時使用的另一個cache，各自是獨立的，這時稱系統(tǒng)使用了獨立的cache，用于指令預取的cache稱為指令cache，用于數(shù)據(jù)讀寫的cache稱為數(shù)據(jù)cache。存儲器按存儲信息的功能，分為隨機存取存儲器〔RandomAccessMemory，RAM〕和只讀存儲器〔ReadOnlyMemory，ROM〕。Flashmemory〔閃速存儲器〕是嵌入式系統(tǒng)中重要的組成局部，用來存儲程序和數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)不會喪失。Bank控制存放器BANKCONn：控制各bank的片選，訪問周期。什么是嵌入式系統(tǒng)？其特點有些什么？答：嵌入式系統(tǒng)是“以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為根底、軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、本錢、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。〞特點：1〕是專用的計算機系統(tǒng)，用于特定的任務(wù)；2〕資源較少，可以裁減；3)功耗低，體積小，集成度高，本錢低;4〕使用實時操作系統(tǒng)；5)可靠性要求更高，具有系統(tǒng)測試和可靠性評估體系;6〕運行環(huán)境差異大7〕大局部程序固化在ROM中；8)較長的生命周期；9〕嵌入式微處理器通常包含專用調(diào)試電路嵌入式系統(tǒng)的BooTLoader的功能是什么？答：BootLoader是系統(tǒng)加電后、操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序運行之前，首先必須運行的一段程序代碼。通過這段程序,為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核、運行用戶應(yīng)用程序準備好正確的環(huán)境。〔對于嵌入式系統(tǒng)來說，有的使用操作系統(tǒng)，也有的不使用操作系統(tǒng)，但在系統(tǒng)啟動時都必須運行BootLoader，為系統(tǒng)運行準備好軟硬件環(huán)境?！衬壳扒度胧讲僮飨到y(tǒng)有哪些？答：1〕μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核；2〕VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)；3〕WinCE操作系統(tǒng)；4〕Linux操作系統(tǒng)；5〕Symbian操作系統(tǒng)構(gòu)造嵌入式開發(fā)環(huán)境有哪幾種形式？答：1〕交叉開發(fā)環(huán)境；2〕軟件模擬環(huán)境；3)評估電路板嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的根本流程?答：1〕系統(tǒng)定義與需求分析；2〕系統(tǒng)設(shè)計方案的初步確立；3〕初步設(shè)計方案性價比評估與方案評審論證；4〕完善初步方案、初步方案實施；5〕軟硬件集成測試；6〕系統(tǒng)功能性能測試及可靠性測試。什么是可編程片上系統(tǒng)？答：用可編程邏輯技術(shù)把整個系統(tǒng)放到一塊硅片上,稱作可編程片上系統(tǒng)SOPC.它是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)，首先它是SOC，即由單個芯片實現(xiàn)整個系統(tǒng)的主要邏輯功能，具有一般SOC根本屬性；其次，它又具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能，是可編程系統(tǒng)，具有可裁剪、可擴充、可升級等靈活的設(shè)計方式。有時要使用Thumb技術(shù)的原因答：〔Thumb指令集是把32位的ARM指令集的一個子集重新編碼后形成的一個特殊的16位指令集?！吃谛阅芎痛a大小之間取得平衡，在需要較低的存儲代碼時采用Thumb指令系統(tǒng)用Thumb指令編寫最小代碼量的程序〔能夠很好的解決代碼長度的問題〕，卻取得以ARM代碼執(zhí)行的最好性能，可以帶來低功耗,小體積,低本錢。ARM處理器的工作模式有哪幾種？答：1〕正常用戶模式〔usr〕；2〕快速中斷模式〔fiq〕；3〕普通中斷模式〔irq〕；4〕操作系統(tǒng)保護模式〔svc〕或管理模式；5〕數(shù)據(jù)訪問中止模式〔abt〕；6〕處理未定義指令的未定義模式〔und〕；7〕運行特權(quán)級的操作系統(tǒng)任務(wù)的系統(tǒng)模式〔sys〕。存放器R13，R14，R15的專用功能各是什么？答：1〕存放器R13保存堆棧指針SP；2〕存放器R14用作子程序鏈接存放器，也稱為LR，用以保存返回地址；3〕R15〔PC〕用作程序計數(shù)器。存放器CPSR，SPSR的功能各是什么？答：1〕CPSR包含條件碼標志、中斷禁止位、當前處理器模式以及其它狀態(tài)和控制信息。所有處理器模式下都可以訪問當前的程序狀態(tài)存放器CPSR。在每種異常模式下都有一個對應(yīng)的物理存放器——程序狀態(tài)保存存放器SPSR。當異常出現(xiàn)時，SPSR用于保存CPSR的狀態(tài)，以便異常返回后恢復異常發(fā)生時的工作狀態(tài)。ARM的異常有哪幾種，各進入何種工作模式？他們退出各采用什么指令？答：1〕復位〔Reset〕異?！补芾砟Ｊ健常?〕未定義指令〔undefinedinstruction〕異?！参炊x模式〕；3〕軟件中斷〔SWI〕異常〔管理模式〕；4〕指令預取中止〔PrefechAbort〕異常〔中止模式〕；5〕數(shù)據(jù)訪問中止〔DataAbort〕〔中止模式〕；6〕快速中斷請求