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

1、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)開發(fā)過程？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存儲系統(tǒng)2.4.2 Cache:寫通、寫回、讀操作分配 cache、寫操作分配cache、工作原理、地址映像節(jié)ARM存儲系統(tǒng)補(bǔ)充：（見課件）1. ARM簡介：ARM的命名方式、5種變形

2、2. 理解片內(nèi)Flash的3種編程方法。3. 理解ARM7芯片存儲器存儲空間分布。（8個(gè)bank,每個(gè)bank32MB 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) 鍵盤接口：行掃描法原理、掌握編寫驅(qū)動(dòng)程序5.2節(jié)LED顯示器接口：理解工作原理，掌握編寫驅(qū)動(dòng)程序節(jié)UART異步串行接口：異步通信格式、接收的4種錯(cuò)誤類型、 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)？*第一種，根據(jù)IEEE （國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義

3、：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 con trol, mon itor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。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 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不足，必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余；產(chǎn)品升級換代和具體產(chǎn)品同步，具有較長的生命周期；軟件一般都固化

4、在存儲器芯片或單片機(jī)本身；不具備自舉開發(fā)能力，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)3. 舉例介紹嵌入式微處理器有哪幾類？(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 Power PC、 68000、MIPS ARM系列等。(2) 嵌入式微控制器(Microco ntroller 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-96/196/296、C166/167、 MC68HC05/11/12

5、/16 68300 等。(3) 嵌入式 DSP 處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是 Texas Instruments 的TMS320系列和Motorola摩托羅拉的DSP56000系列（4） 嵌入式片上系統(tǒng)（System On Chip）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)字信號處理器、ESoC嵌入式片上 系統(tǒng)。用以保存固件的ROM（非揮發(fā)性只讀存儲器）。.用以保存程序數(shù)據(jù)的RAM（揮發(fā)性的隨機(jī)訪問存儲器）。.連接微控制

6、器和開關(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 配在專門設(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+存儲器+l/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存儲器以及 各種外設(shè)接口、輔

7、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)。 基本模塊包含內(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)開發(fā)過程？答：嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)主要分為系統(tǒng)總體開發(fā)、嵌入式硬件開發(fā)和嵌 入式軟件開發(fā)3大部分。流程如圖所示軟件概要設(shè)計(jì)硬件概要設(shè)計(jì)系統(tǒng)定義系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件測試硬件設(shè)計(jì)制作軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)軟件測試軟硬件集成嵌入式系統(tǒng)開

8、發(fā)流程圖產(chǎn)品功能性能測試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/JTA(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而專門設(shè)計(jì)的硬件。仿真器與目標(biāo)板通 過仿真頭連接，與主機(jī)有串口、并口、網(wǎng)口或USB 口等連接方式。BDM/JTAG調(diào)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

9、過BDMJTAG等調(diào)試接口相連，與主機(jī)通過串口、并口、網(wǎng)口或USB 口相連。待調(diào)試軟件通過 BDM/JTAG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，稱這種編 譯器支持交叉編譯。簡單地說，就是在一個(gè)平臺上生成另一個(gè)平臺上 的可執(zhí)行代碼。要進(jìn)行交叉編譯，需要在主機(jī)平臺上安裝對應(yīng)的交叉 編譯器，然后用這個(gè)交叉編譯器編譯源代碼，最終生成可在目標(biāo)平臺 上運(yùn)行的代碼。在嵌入式軟件開發(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，

10、但被 調(diào)試的進(jìn)程卻是運(yùn)行在基于特定硬件平臺的嵌入式操作系統(tǒng)中，調(diào)試 器和被調(diào)試進(jìn)程通過串口或者網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，調(diào)試器可以控制、訪問 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、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)生異常時(shí)，處理器自動(dòng)改變CPSR 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CPSR的M4:0字段寫入特定的

11、值，以進(jìn)入相應(yīng)的工作模式。 當(dāng)處理器處于用戶模式時(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； 各工作模式擁有屬于自己的寄存器組，也只能訪問自己的寄存器組。3. 寄存器R13, R14, R15的專用功能各是什么？答：1)寄存器R13用作堆棧指針

12、SP 2)寄存器R14用作子程序鏈接 寄存器，也稱為LR,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 R仁0x01020304，分別按小端模式和大端模式存儲在 0x30000字單元中，試分別畫出兩種模式下內(nèi)存存儲內(nèi)容，并標(biāo)出內(nèi) 存地址。0x300000x010x300000x040x300010x020x300010x030x300020x030x300020x020x300030x040x300030x01大端模式小端模式5. 試述ARM處理器對異常中斷的響應(yīng)過程。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）會執(zhí)行以下幾步操作：（1）將C

13、PSF復(fù)制到相應(yīng)到相應(yīng)模式下的 SPSR中，設(shè)置CPSR:置位I位（禁止IRQ中斷）清零T位（進(jìn)入ARM犬態(tài)）設(shè)置MODfe,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？需要注意哪些問題？答：異常處理完畢之后，ARM微處理器會執(zhí)行以下幾步操作從異常返回:（1）將SPSR復(fù)制回CPSR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

14、轉(zhuǎn)到被中斷的用戶程序。7. ARM存儲器的存儲周期有幾種類型，對應(yīng)于 cache訪問和存儲器訪 問是何存儲周期？答：（1）空閑周期I 周期-內(nèi)部周期，不執(zhí)行存儲器訪問；可 廣播下一次訪問的地址以便開始譯碼，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 非順序周期：最簡單的總線周期，存儲 控制器必須啟動(dòng)存儲器訪問來滿足這個(gè)請求；該方式存儲

15、系統(tǒng)常 需要長的訪問時(shí)間。（存儲器讀寫）cache訪問：I周期、S周期存儲器訪問：N周期8. 何謂cache ?簡述cache的工作原理。（第2版書P44）9. 何謂寫通cache和寫回cache，兩者有何區(qū)別？答：（1）寫回法是指CPU在執(zhí)行寫操作時(shí)，被寫的數(shù)據(jù)只寫入 cache, 不寫入主存。僅當(dāng)需要替換時(shí)，才把已經(jīng)修改的 cache塊寫回到主存 中。采用寫回法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的cache稱為寫回cache。（2）寫通法是指CPU在執(zhí)行寫操作時(shí)，必須把數(shù)據(jù)同時(shí)寫入cache和主存。采用寫通法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的 cache稱為寫通cache。10. arm的MM主要實(shí)現(xiàn)何功能。答：（1）虛擬存儲空間

16、到物理存儲空間的映射。在ARM中采用了頁式虛擬存儲管理，通過兩級頁表實(shí)現(xiàn)虛擬地址到物理地址的映射。（2）存儲器訪問權(quán)限的控制。（3） 設(shè)置虛擬存儲空間的緩沖特性：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勺特殊性能（2）片上存儲器管理單元（MMU）（3）指令、數(shù)據(jù)緩存（4）寫緩沖器12. 簡述MM使能時(shí)存儲訪問過程。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 TL

17、B,參見（2）。（2）根據(jù)arm輸出的虛擬地址在TLB中搜索，若找到，將其轉(zhuǎn)換為物 理地址，訪問主存并把該塊數(shù)據(jù)讀取到cache（使能時(shí)）中。13、ARM支持的物理頁有幾種類型，其容量為何值?答：ARM支持的存儲塊：（1）段（section ）:由1MB的存儲器塊構(gòu)成（2）大頁（large page ）:由64KB的存儲器塊構(gòu)成（3）小頁（small page）:由4KB的存儲器塊構(gòu)成（4）微頁（tiny page ）:由1KB的存儲器塊構(gòu)成14、簡述基于段的地址變換過程。3114 13015、簡述使用粗頁表和4k頁的二級虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換過程由粗粒度頁表描述符獲取二級描述符的過程:補(bǔ)充題：1. 理

18、解片內(nèi)Flash的3種編程方法。答：通過內(nèi)置JTAG接口編程、通過在系統(tǒng)編程（ISP）、通過在應(yīng)用編程（IAP）2. 理解LPC2000系列存儲器存儲空間分布。見課件。3. S3C44BO的存儲空間的分布，由哪幾部分組成？答：S3C44B0X勺存儲空間分成8組，每組容量為32MB bankO-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、ARM的尋址方式有哪些？各寫一條說明。答：1）立即尋址 （1） ADD RO, RO,

19、# 1/*R0 RO + 1*/（2） ADD RO, RO,# 0x3f /*R0 R0+ 0x3f*/ ;2） 寄存器尋址（ADD RO , R1, R2/*R0 R1 + R2*/）;3）寄存器間接尋址 （1） LDR RO, R1 /*ROR1*/ ;（2） STR RO, R1/*R1 RO*/;4） 基址加偏址尋址 （1）、LDR RO , R1 , # 4;RO R1 + 4;（2）、LDR RO , R1 , # 4!;RO R1 + 4、R1 R1 + 4;（3）、LDR RO , R1 , # 4; RO R1、R1 R1 + 45）堆棧尋址（1）、STMFD SP! R1

20、-R7,LR;（2）、LDMFD SP! R1-R7,LR;6）塊拷貝尋址 （1）、LDMIA RO!, R2-R9;（2）、STMIA R1,R2,R9;2. 存儲器生長堆棧可分為哪幾種？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簡述矩陣式鍵盤線掃描檢測法的工作原理。（第2版P145）3. （1）假設(shè)要將S3C44B0）的UART1設(shè)置為：波特率9600b/s , 8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無校驗(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，允許產(chǎn)生錯(cuò)誤狀態(tài)中斷，傳送、接 收模式都為中斷請求模式，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)開發(fā)平 臺間的雙機(jī)通信，試給出發(fā)送子程序