嵌入式系統(tǒng)設計復習題.

1、嵌入式系統(tǒng)設計復習題1、根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的實時性強弱，嵌入式系統(tǒng)是如何分類的？結合具體的應用場合，對它們的特點分別加以描述。實時系統(tǒng)指系統(tǒng)的計算正確性不僅取決于計算的邏輯正確性，還取決于產(chǎn)生結果的時間。如果未滿足系統(tǒng)的時間約束， 則認為系統(tǒng)失效。非實時系統(tǒng)（如 PDA ），對計算或者外接變換響應的時間沒有確定性的要求。 軟實時系統(tǒng)（如消費類產(chǎn)品）軟實時系統(tǒng)就是那些從統(tǒng)計的角度來說，一個任務能夠得到有確保的處理時間，到達系 統(tǒng)的事件也能夠在截止期限到來之前得到處理，但違反截止期限并不會帶來致命的錯誤。例如在網(wǎng)絡中僅僅是輕微地 降低了系統(tǒng)的吞吐量。硬實時系統(tǒng)（工業(yè)實時控制系統(tǒng)） 硬實時系統(tǒng)指系統(tǒng)要有

2、確保的最壞情況下的服務時間，即對于事件的響應時間的截 止期限是無論如何都必須得到滿足。例如中高檔汽車中使用的氣囊，晚一秒鐘展開氣囊比沒有氣囊的情況更糟糕。強實時系統(tǒng) , 其系統(tǒng)響應時間在毫秒或微秒級。一般實時系統(tǒng) , 其系統(tǒng)響應時間在幾秒的數(shù)量級上,其實時性的要求比強實時系統(tǒng)要差一些。弱實時系統(tǒng) , 其系統(tǒng)響應時間約為數(shù)十秒或更長。這種系統(tǒng)的響應時間可能隨系統(tǒng)負載的輕重而變化。2、結合嵌入式系統(tǒng)的組成結構， 詳細描述嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的具體工作有哪些？在嵌入式硬件和嵌入式軟件之間有一個 接口層次，這個接口層為什么層？其具體的開發(fā)特點是什么？1）系統(tǒng)定義與需求分析；2 ）系統(tǒng)設計方案的初步確立； 3

3、 ）初步設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。嵌入式系統(tǒng)的組成部分是嵌入式系統(tǒng)硬件平臺、嵌入式操作系統(tǒng)（RTOS）和嵌入式系統(tǒng)應用。操作系統(tǒng)與硬件的接口嵌入式系統(tǒng)硬件平臺是以嵌入式處理器為核心，由存儲器、I/O 單元電路、通信模塊、外部設備等必要的輔助接口組成的。嵌入式軟件：包括嵌入式操作系統(tǒng)及應用軟件嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)中最基本的軟件，它負責分配、回收，控制和協(xié)調全部軟硬件資源的并發(fā)活動，并且提 供應用程序的運行環(huán)境和接口，是應用程序運行的基礎。嵌入式應用軟件嵌入式應用軟件是服務于某種專用應用

4、領域，基于某一特定的嵌入式硬件平臺，用來達到用戶預期任務的計算機軟件。 由于引入了一個中間層，屏蔽了底層硬件的多樣性，操作系統(tǒng)不再面對具體的硬件環(huán)境，而是面對由這個中間層次所 代表的、邏輯上的硬件環(huán)境，因此，把中間層次叫做硬件抽象層（ Hardware Abstraction Layer, HAL ）。 HAL 的引入大大 推動了嵌入式實時系統(tǒng)的通用化，從而為嵌入式系統(tǒng)的廣泛應用提供了可能。板級支持包（Board Support Package, BSP）是現(xiàn)有的大多數(shù)商用嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)可移植性所采用的一種方案，是 硬件抽象層的一種實現(xiàn)。 BSP 隔離了所支持的嵌入式操作系統(tǒng)與底層硬件平臺

5、之間的相關性，是嵌入式操作系統(tǒng)能夠 通用與 BPS 所支持的硬件平臺,從而實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)的可移植性和跨平臺性,以及嵌入式操作系統(tǒng)的通用性、復 用性。3、嵌入式處理器的種類有哪些？如能給出具體的代表性芯片請給出芯片的型號及生產(chǎn)廠家。嵌入式微控制器 8051 英特爾嵌入式微處理器 ARM、 MIPS、 Aml86/88 （ Innovasic） 、 386EX （intel）、 PowerPC （IBM ）、 68000系列（ Motorola ） DSP 處理器 TI 公司 TMS320C2000/5000/6000高度集成的片上系統(tǒng)4、嵌入式交叉開發(fā)環(huán)境的組成是怎樣的？嵌入式系統(tǒng)開發(fā)為什么

6、需要這樣的交叉開發(fā)環(huán)境而通用計算機的開發(fā)不需 要？嵌入式系統(tǒng)通常是一個資源受限的系統(tǒng)，因此直接在嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺上編寫軟件比較困難，有時候甚至是不可能的。以運行x86模式的特點：目前一般采用的解決辦法是首先在通用計算機上編寫程序，然后通過交叉編譯生成目標平臺上可 的二進制代碼格式，最后再下載到目標平臺上的特定位置上運行。交叉開發(fā)環(huán)境一般由運行于宿主機上的交叉開發(fā)軟件、宿主機到目標機的調試通道組成。運行于宿主機上的交叉開發(fā)軟件最少必須包含編譯調試模塊，其編譯器為交叉編譯器。作為宿主機的一般為基于 體系的桌上型計算機，而編譯出的代碼必須在目標機處理器體系結構上運行。在宿主機上編譯好目標代碼后，

7、通過宿 主機到目標機的調試通道將代碼下載到目標機，然后由運行于宿主機的調試軟件控制代碼在目標機上運行調試。 嵌入式系統(tǒng)應用軟件的開發(fā)屬于跨平臺開發(fā)，因此需要一個交叉開發(fā)環(huán)境。5、11、ARM有哪些工作狀態(tài)？如何進行狀態(tài)切換？T變種的ARM處理器有兩種工作狀態(tài)：ARM狀態(tài)：32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行字對準的 ARM指令；Thumb狀態(tài)：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字對準的Thumb指令。ARM處理器在兩種工作狀態(tài)之間可以利用BX指令方便地進行切換。（1）進入Thumb狀態(tài)。當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位 0）為1時，執(zhí)行BX指令進入Thumb狀態(tài)。（2）進入ARM狀態(tài)。當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位 0）為0時

8、，執(zhí)行BX指令進入ARM狀態(tài)。6、ARM有哪7種工作模式？各自的用途是什么？其中哪些是特權模式？哪些是異常模式？系統(tǒng)開機時應該為這些工 作模式做哪些準備？ARM微處理器支持7種運行模式，分別為：用戶模式（usr）: ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)。系統(tǒng)模式（sys）：運行具有特權的操作系統(tǒng)任務?？焖僦袛嗄Ｊ剑╢iq）：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理。外部中斷模式（irq）：用于通用的中斷處理。管理模式（svc）:操作系統(tǒng)使用的保護模式。數(shù)據(jù)訪問終止模式（abt）:當數(shù)據(jù)或指令預取終止時進入該模式，可用于虛擬存儲及存儲保護。 未定義指令中止模式（und）:當未定義的指令執(zhí)行時進入該模式，可用于支持硬

9、件協(xié)處理器的軟件仿真。除用戶模式外，其它模式均為特權模式。ARM內部寄存器和一些片內外設在硬件設計上只允許（或者可選為只允許）特權模式下訪問。此外，特權模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。后五種為異常模式，它們除了可以通過程序切換進入外，也可以由特定的異常進入。當特定的異常出現(xiàn)時，處理器進 入相應的模式。每種異常模式都有一些獨立的寄存器，以避免異常退出時用戶模式的狀態(tài)不可靠。管理模式SVC,復位后缺省模式；多種特權模式變化，主要完成各模式的堆棧設置，注意不要進入用戶模式；用戶程 序的運行模式，一般為用戶模式User。7、一個程序執(zhí)行時間的計算公式:其中:TprogN

10、inst CPIf clkN inst :指令數(shù)CPI :每條指令的平均時鐘周期數(shù)。fclk :時鐘頻率。請結合該公式分析提高嵌入式系統(tǒng)工作效率的途徑有哪些 ?優(yōu)化代碼，提高時鐘頻率，降低 cpi，提高cpu指令執(zhí)行效率8、 “ ARM 處理器指令大部分可以作為條件指令來執(zhí)行，大部分的指令也可以影響條件， 但是都不是強制的” ，這里所 說“條件”具體指的是什么？“不是強制的”是什么意思？如何才能讓一條指令影響條件標志？又如何才能使一條 指令變成條件執(zhí)行指令。ARM 體系結構包含一個當前程序狀態(tài)寄存器( CPSR)， CPSR 中的 ALU 狀態(tài)標志 N 、 Z、C、 V 均為條件碼標志位。 它

11、們的內容可被算術或邏輯運算的結果所改變，并且可以決定某條指令是否被執(zhí)行。在 ARM 模式下，任何一條數(shù)據(jù)處理指令可以選擇是否根據(jù)操作的結果來更新CPSR 寄存器中的 ALU 狀態(tài)標志位，在數(shù)據(jù)處理指令中使用 S 后綴來實現(xiàn)該功能。但有一些指令的執(zhí)行總是會影響條件代碼標志。每條ARM 指令的條件碼域包含4位條件碼，共16種。幾乎所有指令均根據(jù) CPSR中條件碼的狀態(tài)和指令條件碼域的設置有條件地執(zhí)行。當指 令執(zhí)行條件滿足時，指令被執(zhí)行，否則被忽略。在 Thumb 模式，大多數(shù)操作總是更新狀態(tài)標志位，并且只能使用條件轉移指令(B) 來實現(xiàn)條件執(zhí)行。該指令 (B) 的后綴和在 ARM 模式下是一樣的。

12、其他指令不能使用條件執(zhí)行。每條ARM指令的條件碼域包含 4位條件碼，共16種。幾乎所有指令均根據(jù) CPSR中條件碼的狀態(tài)和指令條件碼域的 設置有條件地執(zhí)行。當指令執(zhí)行條件滿足時，指令被執(zhí)行，否則被忽略。9、什么是“有效立即數(shù)” ，有效立即數(shù)在 ARM 指令中的表示方法是怎樣的？為什么采用這樣的表示方法？有效立即數(shù)由一個 8位的常數(shù)循環(huán)移位偶數(shù)位得到，在 12位的 shifter_operand 中， 8位存數(shù)據(jù)， 4位存移位的次數(shù)。 shifter_operand 占的位數(shù)為 12 位。要用一個 1 2位的編碼來表示任意的 32 位數(shù)是絕對不可能的，只有在表示數(shù)的數(shù)量 上做限制，通過編碼來實現(xiàn)

13、用 12位的編碼來表示 32位數(shù)， 8位存數(shù)據(jù)， 4位存移位的次數(shù)10、ARM 處理器指令大多都是采用寄存器作為其操作數(shù)，以提高指令的執(zhí)行效率，為此ARM 處理器設置了大量的寄存器，可是數(shù)據(jù)的最初來源和最終歸宿都是存儲器，ARM 是如何來解決這一問題的？11、ARM 處理器的堆棧有哪些類型？在 ARM 狀態(tài)和 Thumb 狀態(tài)下分別如何實現(xiàn)堆棧操作。ARM 微處理器支持這四種類型的堆棧工作方式，即： 滿遞增方式 FA(Full Ascending )：堆棧指針指向最后入棧的數(shù)據(jù)位置，且由低地址向高地址生成。 滿遞減方式FD( Full Decending):堆棧指針指向最后入棧的數(shù)據(jù)位置，且由

14、高地址向低地址生成。 空遞增方式EA (Empty Ascending):堆棧指針指向下一個入棧數(shù)據(jù)的空位置，且由低地址向高地址生成。 空遞減方式ED ( Empty Decending):堆棧指針指向下一個入棧數(shù)據(jù)的空位置，且由高地址向低地址生成。LDM (或 STM) 條件 類型 基址寄存器 ！，寄存器列表LDM (或STM )指令用于從由基址寄存器所指示的一片連續(xù)存儲器到寄存器列表所指示的多個寄存器之間傳送數(shù)據(jù), 該指令的常見用途是將多個寄存器的內容入?；虺鰲?。其中，類型 為以下幾種情況：FD 滿遞減堆棧； ED 空遞減堆棧； FA 滿遞增堆棧； EA 空遞增堆棧；LDM和STM指令可以

15、將任何范圍為 R0R7的寄存器子集加載或存儲，PUSH和POP指令使用堆棧指針 R13作為基址實現(xiàn)滿遞減堆棧，除 R0R7外，PUSH指令還可以存儲鏈接寄存器R14，并且POP指令可以加載程序指令 PC。PUSH 和 POP 指令格式：PUSH 低寄存器的全部或其子集 PUSH 指令用于把寄存器列表中的寄存器POP 低寄存器的全部或其子集 這兩條指令是棧操作指令，用于在寄存器和堆棧之間進行成組的數(shù)據(jù)傳送， 數(shù)據(jù)推進堆棧； POP 指令用于把棧區(qū)的數(shù)據(jù)彈出列表的寄存器中。12、在ARM “偽指令”和“匯編指令”中都有LDR指令，如何區(qū)分指令中的 LDR為“偽指令”還是“匯編指令” ？請舉例說明。

16、單一數(shù)據(jù)加載 /存儲指令 LDR格式為：LDR 條件 目的寄存器， LDR 指令是字加載指令，用于從存儲器中將一個 32位的字數(shù)據(jù)傳送到目的寄存器中。LDR R3,R4;LDR 偽指令語法格式 ：LDRcond Rd, = 數(shù)值表達式；加載數(shù)字常量LDRcond Rd, = 語句標號 +數(shù)值表達式；加載地址LDR 偽指令是把一個數(shù)字常量或一個地址加載到低端寄存器偽指令。 如果所加載的是一個 32位的數(shù)字常量， 則編譯程 序就可以把這條語句編譯成一條 MOV 指令，如果不能用 MOV 指令來表達，則編譯成一條 LDR 指令。如果所加載的 是地址的話，編譯程序會把這條語句編譯成 LDR 指令。13

17、、ATPCS 標準的具體內容是什么？建立該標準的目的是什么？為了使單獨編譯的 C 語言程序和匯編程序能夠互相調用，定義了統(tǒng)一的函數(shù)過程調用標準ATPCS ( ARM-ThumbProcedure Call Standard)。ATPCS定義了寄存器組中的R0R3作為參數(shù)傳遞和結果返回寄存器，如果參數(shù)數(shù)目超過四 個，則使用堆棧進行傳遞。內部寄存器的訪問速度是遠遠大于存儲器的，所以要盡量使參數(shù)傳遞在寄存器里面進行，即應盡量把函數(shù)的參數(shù)控制 在四個以下。14、Boot Loader 在嵌入式系統(tǒng)中主要起什么作用？完成哪些主要的工作？BootLoader 是一段匯編代碼，存放在MBR(Master B

18、oot Record- 主引導扇區(qū) )中，它的主要作用就是將操作系統(tǒng)啟動代碼讀入內存。從功能上看， Bootloader 就是在操作系統(tǒng)內核或用戶應用程序運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核或 用戶應用程序準備好正確的環(huán)境。15、簡述嵌入式 Linux 交叉編譯環(huán)境搭建及開發(fā)步驟交叉編譯器完整的安裝一般涉及到多個軟件的安裝，包括 binutils 、 gcc、 glibc 等軟件。交叉編譯器的安裝有兩種方法： 一種是利用網(wǎng)上交叉編譯包安裝，第二種是利用交叉鏈 Crosstool 自

19、己構建交叉編譯器。1 、利用交叉編譯包安裝交叉編譯器網(wǎng)上有很多編譯好的交叉編譯器，將下載的壓縮包解壓，復制到usr/local/arm, 下面以安裝 3.4.1 為例：倉U建目錄： mkdir p /usr/local/arm將解壓得到的文件夾復制到 usr/local/arm指定交叉編譯器路徑： export PATH=$PATH:/usr/local/arm/3.4.1/bin這樣交叉編譯器就算是安裝好了。2、利用 crosstool 構建交叉編譯器1. 做好準備工作。下載上述工具的源碼包和補丁、準備內核頭文件和創(chuàng)建工作目錄等。2. 編譯 binutils 。3. 編譯輔助編譯器。4. 使

20、用交叉編譯工具鏈，如 arm-linux-gcc 編譯 glibc 庫。5. 編譯生成完整的 gcc 編譯器。重新配置 gcc 功能，使其完整的支持 C 、C 等語言。1.建立開發(fā)環(huán)境2.配置開發(fā)主機，3. 建立引導裝載程序 Bootloader4. 移植 Linux 操作系統(tǒng)5. 建立根文件系統(tǒng)6. 建立應用程序的 flash 磁盤分區(qū)7. 開發(fā)應用程序8. 應用程序開發(fā)結束后，需要燒寫內核、根文件系統(tǒng)、應用程序。最后進行產(chǎn)品的發(fā)布。16、在編寫嵌入式 Linux 設備驅動程序中，如何對 I/O 物理地址進行讀寫？17、簡述在多線程開發(fā)中互斥鎖 （Mutex） 的作用及使用步驟互斥鎖是同一時

21、間只能有一個線程獲得控制權的機制?；コ怄i的使用步驟：（ 1） 聲明互斥鎖，并設置為快速鎖（常用的鎖） pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;（ 2） 在對共享數(shù)據(jù)或者變量修改前，調用pthread_mutex_lock （&mutex） 加鎖；如果此時 mutex 已經(jīng)被別的線程獲取，那么 pthread_mutex_lock 將會一直等待，直到別的線程釋放了鎖。（ 3） 修改完成后，再調用 pthread_mutex_unlock （&mutex） 釋放鎖。釋放后，別的等待鎖的線程將會被喚醒18、分析下面兩條指令的作用，并分析基址

22、寄存器的變化有什么不同？LDMIASTMIAR0!,R2-R9R1,R2-R9LDMIA R0!,R2-R9 （將 R0 指向的單元中數(shù)據(jù)讀出到 R2R9 中）加載數(shù)據(jù)到 R2R9 ，由于存在！最后的地址寫入 基址寄存器STMIA R1,R2-R9 保存 R2R9 的數(shù)據(jù)到 R1 指向的地址，基址寄存器的數(shù)據(jù)不變19、請閱讀如下指令段，并分析這段指令的功能MOVMOVLOOP: LDRLDRMLASUBSBNER11,#20R10,#0R0,R8,#4R1,R9,#4R10,R0,R1,R10R11，R11，#1LOOPMOV R11,#20MOV R10,#0LOOP: LDR R0,R8,

23、#4LDR R1,R9,#4MLA R10,R0,R1,R10設定循環(huán)次數(shù)為 20 次初始化和為 0把以 R8+4 后為地址的內容加載到R0把以R9+4后為地址的內容加載到R1SUBS R11，R11，#1R11=R11-1R10=R0*R1+R10BNE LOOP減到 0 跳出循環(huán)20、編寫S3C2440X處理器的端口控制程序，實現(xiàn)在GPC5上輸出一周期為 50Hz的方波，要求利用C語言編寫主控制程序，匯編實現(xiàn)精確定時。若干 ms 的匯編延時程序如下：delayxms stmfd sp!,r11; sub r0,r0,#1 ;r0=r0-1 ldr r11,=1000loop2sub r11

24、,r11,#1cmp r11,#0x0bne loop2cmp r0,#0x0;將 r0 與 0比較bne delayxms ; 比較的結果不為 0，則繼續(xù)調用 delayxms ldmfd sp!,r11;mov pc,lr; 返回要求程序結構要完整。#include #defineGPCCON (*(volatile#defineGPCDAT (*(volatileunsignedlong*)0x56000020unsignedlong*)0x56000024extern void delayxms();int main()GPCCON=110;GPBDAT = 0x0; while(1)

25、GPCDAT |=15;delayxms(); delayxms();GPCDAT &=(15);delayxms();delayxms();Return 0;AREA asmfile, CODE, READONLY EXPORT delayxms delayxmsstmfd sp!,r11; sub r0,r0,#1 ;r0=r0-1 ldr r11,=1000loop2sub r11,r11,#1cmp r11,#0x0bne loop2cmp rO,#OxO;將 r0 與 0比較bne delayxms ; 比較的結果不為 0，則繼續(xù)調用 delayxms ldmfd sp!,r11;mov pc,lr; 返回ENDIMPORT mainarea Init,code,readonly entrycode32 *JSetup interrupt/exceptionvectors *startb Reset_HandlerUndefined_Handler b Undefined_HandlerSWI_Handler b SWI_HandlerPrefetch_handlerAbort_Handler b b Prefetch_handlerAbort_Handlernop IRQ_Handler