嵌入式系統(tǒng)原理與接口復(fù)習要點及思考題答案

1、word嵌入式系統(tǒng)原理與接口復(fù)習要點及思考題答案(計).word各位：根據(jù)掌握要點認真復(fù)習，后面附有作業(yè)題答案。第1章 掌握要點1.1.1節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的概念1.13節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的特點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，有補充的內(nèi)容補：1.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程？2. 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試常用的根本方法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2.1節(jié) 計算機體系結(jié)構(gòu)分類2.3.1節(jié) ARM和Thumb狀態(tài)2.3.2節(jié) RISC技術(shù)2.3.3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

2、理、地址映像 2.4.3節(jié) ARM存儲系統(tǒng)補充: (見課件)1. ARM簡介：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芯片存儲器存儲空間分布。8個bank，每個bank32MB第3章 掌握要點3.1節(jié) ARM編程模式：處理器模式、處理器工作狀態(tài)、存放器組織、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5.1節(jié) 鍵盤接口：行掃描法原理、掌握編寫驅(qū)動程序5.2節(jié) LED顯示器接口：理解工作原理，掌握編寫驅(qū)動程序55.1節(jié) UART異步串行接口：異步通信格式、接收的4種錯誤類型、初始化、發(fā)送程

3、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： 嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置原文為devices used to control, monitor, 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)。 兩種定義之一即可。2.與通用型計算機相比，嵌入式系統(tǒng)有哪些特點？n 通常是面向特定應(yīng)用的；n

4、 空間和各種資源相對缺乏，必須高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余； n 產(chǎn)品升級換代和具體產(chǎn)品同步，具有較長的生命周期； n 軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機本身； n 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 Unit, 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(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比擬有代表性

5、的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。（3） 嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式DSP處理器比擬有代表性的產(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) 4.從硬件系統(tǒng)來看，嵌入式系統(tǒng)由哪幾局部組成？畫出簡圖。· 嵌入式核心芯片，EMPU嵌入式微處理器、EMCU嵌入式微控制器、EDS

6、P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)性的隨機訪問存儲器。 · 連接微控制器和開關(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：嵌入式微處理器的根底是通用計算機中的CPU。嵌入式微處理器=運算器+控制器+存放器組+內(nèi)總線，在應(yīng)用中必須裝配在專門設(shè)計的電路板上，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+I/o接口+輔助電路

7、時鐘、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、輔助電路等。6嵌入式操作系統(tǒng)通常含有幾層，主要實現(xiàn)何功能。嵌入式操作系統(tǒng)通常包括: 1驅(qū)動層：硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件和設(shè)備驅(qū)動接口；如： LCD 、觸摸屏的驅(qū)動及接口。 2操作系統(tǒng)層：系統(tǒng)內(nèi)核根本模塊，擴展模塊可裁剪。根本模塊包含內(nèi)存管理、文件管理和進程調(diào)度；擴展模塊包含網(wǎng)絡(luò)模塊、圖形驅(qū)動、數(shù)據(jù)庫驅(qū)動等。 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大局部。

8、流程如下圖。系統(tǒng)定義可行性研究需求分析軟硬件集成系統(tǒng)總體框架軟硬件劃分處理器選定操作系統(tǒng)選定開發(fā)環(huán)境選定系統(tǒng)總體設(shè)計硬件概要設(shè)計硬件詳細設(shè)計硬件制作硬件測試軟件概要設(shè)計軟件詳細設(shè)計軟件實現(xiàn)軟件測試硬件設(shè)計制作軟件設(shè)計實現(xiàn)功能性能測試符合要求產(chǎn)品YN嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程圖8.嵌入式系統(tǒng)調(diào)試常用的根本方法？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 Debugger。模擬調(diào)試：調(diào)試器和待調(diào)試的嵌入式軟件都在主機上運行，由主機提供一個模擬的目標運行環(huán)境，可以進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

9、目標板上的MCU，仿真器是仿照目標機上的CPU而專門設(shè)計的硬件。仿真器與目標板通過仿真頭連接，與主機有串口、并口、網(wǎng)口或USB口等連接方式。BDM/JTAG調(diào)試：這種方式有一個硬件調(diào)試體。該硬件調(diào)試體與目標板通過BDM、JTAG等調(diào)試接口相連，與主機通過串口、并口、網(wǎng)口或USB口相連。待調(diào)試軟件通過BDM/JTAG調(diào)試器下載到目標板上運行。9.理解交叉編譯和交叉調(diào)試。答：嵌入式軟件開發(fā)所采用的編譯為交叉編譯。在一種計算機環(huán)境中運行的編譯程序，能編譯出在另外一種環(huán)境下運行的代碼，稱這種編譯器支持交叉編譯。簡單地說，就是在一個平臺上生成另一個平臺上的可執(zhí)行代碼。要進行交叉編譯，需要在主機平臺上安裝

10、對應(yīng)的交叉編譯器，然后用這個交叉編譯器編譯源代碼，最終生成可在目標平臺上運行的代碼。在嵌入式軟件開發(fā)中，調(diào)試時采用的是在宿主機和目標機之間進行的交叉調(diào)試，調(diào)試器仍然運行在宿主機的通用操作系統(tǒng)之上，但被調(diào)試的進程卻是運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)試進程通過串口或者網(wǎng)絡(luò)進行通信，調(diào)試器可以控制、訪問被調(diào)試進程，讀取被調(diào)試進程的當前狀態(tài)，并能夠改變被調(diào)試進程的運行狀態(tài)。 第二章作業(yè)答案1ARM處理器工作模式有幾種各種工作模式下分別有什么特點答：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存放器組，不同的工作模式間可以

11、相互切換，共有兩種方式。第一種，發(fā)生異常時，處理器自動改變CPSR中M4:0的值，進入相應(yīng)的工作模式；第二種，當處理器處于特權(quán)模式時，用指令向CPSR的M4:0字段寫入特定的值，以進入相應(yīng)的工作模式。當處理器處于用戶模式時，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存放器，這些存放器按其在用戶編程中的功能是如何劃分的這些存放器在使用中各有何特殊之處答：ARM處理器總共有37個存放器，各存放器均為32位。31個通用存放器，包括程序計數(shù)器PC；6個狀態(tài)存放器。這些存放器按其在用戶編程中的功能可劃分為：通用存放器和狀態(tài)存放器。根據(jù)ARM處理器不同工作模式，可將全部存放器分成7組；

12、各工作模式擁有屬于自己的存放器組，也只能訪問自己的存放器組。3.存放器R13，R14，R15的專用功能各是什么？ 答：1存放器R13用作堆棧指針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；3R15PC用作程序計數(shù)器。4.假設(shè)存放器R1=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，并標出內(nèi)存地址。0x300000x300010x300020x300030x010x020x030x04大端模式0x300000x300010x300020x300030x040x030x020x01小端模式5.試述ARM處

13、理器對異常中斷的響應(yīng)過程。答：當一個異常出現(xiàn)以后，ARM微處理器執(zhí)行完當前指令后復(fù)位異常除外會執(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CPSR:置位I位禁止IRQ中斷清零T位進入ARM狀態(tài)設(shè)置MOD位，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)連接存放器LRR14_XXX，以便程序在處理異常返回時能從正確的位置重新開始執(zhí)行。（3） 強制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

14、CPSR中，恢復(fù)原處理器工作模式。（2） 將連接存放器LRR14_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；可播送下一次訪問的地址以便開始譯碼，與S周期配合實現(xiàn)總線上的突發(fā)傳送。（2） 順序周期 S周期-順序周期：多用于實現(xiàn)總線上的突發(fā)傳送，第一個周期必須是一個內(nèi)部周期。cache傳送（3） 協(xié)處理器存放器傳送周期 C周期-協(xié)處理器存放器傳遞周期：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)動數(shù)據(jù)總線。（4） 非順序周期

15、 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存儲器訪問來滿足這個請求；該方式存儲系統(tǒng)常需要長的訪問時間。(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，被寫的數(shù)據(jù)只寫入cache，不寫入主存。僅當需要替換時，才把已經(jīng)修改的cache塊寫回到主存中。 采用寫回法進行數(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，必須把數(shù)據(jù)同時寫入cache和主存。采用寫通法進行數(shù)據(jù)更新的cache稱

16、為寫通cache。10.arm的MMU主要實現(xiàn)何功能。答：1虛擬存儲空間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主要實現(xiàn)的功能？答：1用于處理、控制ARM的特殊性能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MMU使能時存儲訪問過程 。答：芯片設(shè)置為MMU使能(設(shè)置cp15存放器) :1假設(shè)cache使能，根據(jù)arm輸出的虛擬地址在CACHE中搜索;假設(shè)cache命中, arm處理器與cache交換數(shù)據(jù)

17、。 假設(shè)cache禁止或cache未命中，首先訪問TLB，參見2。2根據(jù)arm輸出的虛擬地址在TLB中搜索，假設(shè)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)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。15、簡述使用粗頁表和4k頁的二級虛實地址轉(zhuǎn)換過程。補充題:1.理解片內(nèi)Flash的3種編程方法。答：

18、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IAP2.理解LPC2000系列存儲器存儲空間分布。見課件。3S3C44BOX的存儲空間的分布，由哪幾局部組成？答：S3C44B0X的存儲空間分成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、ARM的尋址方式有哪些？各寫一條說明。答：1立即尋址 1ADD R0，R0，1 /*R0R01*/2ADDR0，R0，0x3f /*R0R0

19、0x3f*/；2存放器尋址ADDR0，R1，R2 /*R0R1R2*/；3存放器間接尋址1LDR R0，R1 /*R0R1*/；2STR R0，R1 /*R1R0*/；4基址加偏址尋址1、LDR R0，R1，4； R0R14；2、LDR R0，R1，4?。?R0R14、R1R14；3、LDR R0，R1 ，4； R0R1、R1R145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.存儲器生長堆?？煞譃槟膸追N？4種，滿遞增堆棧，滿遞減堆棧，空遞增堆棧，空遞減堆棧。

20、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S3C44B0X的UART1設(shè)置為：波特率9600b/s，8位數(shù)據(jù)位，1個停止位，無校驗位，并采用非自動流控制方式工作，禁止超時中斷、回送模式、發(fā)中止信號,允許產(chǎn)生錯誤狀態(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實現(xiàn)兩個開發(fā)平臺間的雙機通信，試給出發(fā)送子程序和接收子程序。答：1rFCON0=0X00; 不使用FIFOrUMCON0=0X10; 自動流控制rULCON