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1、精品文檔 第1章嵌入式系統(tǒng)基礎 1什么是嵌入式系統(tǒng)?它由哪幾部分組成?有何特點?寫出你所想到的嵌入 式系統(tǒng)。 答:(1)定義:國內(nèi)對嵌入式系統(tǒng)的一般定義是:以應用為中心,以計算機技術 為基礎,軟硬件可裁剪,從而能夠適應實際應用中對功能、可靠 性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 (2) 組成:嵌入式處理器、外圍設備、嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件等幾部分 組成。 (3) 特點:a.軟硬件一體化,集計算機技術、微電子技術、行業(yè)技術于一體; b. 需要操作系統(tǒng)支持,代碼小,執(zhí)行速度快; c. 專用緊湊,用途固定,成本敏感; d. 可靠性要求高;e.多樣性,應用廣泛,種類繁多。 (4) 嵌入式

2、系統(tǒng):個人數(shù)字助理(PDA、機頂盒(STB、IP電話。 2. 嵌入式處理器分為哪幾類? 答:(1)低端的微控制器(MicroController Unit,MCU ); (2) 中高端的嵌入式微處理器(Embeded MicroProcessor Unit,EMPU ); (3) 通信領域的 DSP處理器(Digital Signal ProcessorQSP); (4) 高度集成的片上系統(tǒng)(System on Chip,SoC )。 3. ARM英文原意是什么?它是一個怎樣的公司?其處理器有何特點? 答:(1)英文原意:Advaneed RISC Machines。高級精簡指令集機器。 (2

3、) 公司簡介:該公司是全球領先的 16/32位RISC微處理器知識產(chǎn)權設計 供應商,通過將其高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器、外圍和 系統(tǒng)芯片設計技術轉(zhuǎn)讓給合作伙伴來生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM公司已 成為移動通信、手持設備、多媒體數(shù)字消費嵌入式解決方案的RISC標 準。 (3) 其處理器特點:a.小體積、低功耗、低成本而高性能;b.16/32位雙指 令集;c.全球的合作伙伴眾多。 4. 什么是實時系統(tǒng)?它有哪些特征?如何分類? 答:(1)實時系統(tǒng)的定義:實時系統(tǒng)(Real Time System)是指產(chǎn)生系統(tǒng)輸出的 時間對系統(tǒng)至關重要的系統(tǒng)。 (2) 特征:實時性、并行性、多路性、獨立

4、性、可預測性、可靠性。 (3) 分類:根據(jù)響應時間的不同,實時系統(tǒng)可分為3種類型:強實時系統(tǒng)、 弱實時系統(tǒng)、一般實時系統(tǒng)。 根據(jù)確定性的不同,實時系統(tǒng)可分為2種類型:硬實時、軟實時。 5. RTOSS哪幾部分組成?它有哪些特點?與一般操作系統(tǒng)相比有何不同? 答:(1)組成:實時內(nèi)核、網(wǎng)絡組件、文件系統(tǒng)、圖形用戶界面。 (2) 特點:a.支持異步事件的響應;b.中斷和調(diào)度任務的優(yōu)先級機制;c. 支持搶占式調(diào)度;d.確定的任務切換時間和中斷延遲時間;e.支持同步。 (3) 與一般OS的不同: a. 實時性:響應速度快,只有幾微秒;執(zhí)行時間確定,可預測; b. 代碼尺寸?。褐挥?0100KB節(jié)省內(nèi)存

5、空間,降低成本; c. 應用程序開發(fā)較難; d. 需要專用開發(fā)工具:仿真器、編譯器和調(diào)試器等。 6. 單片機系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和SOC系統(tǒng)三者有何區(qū)別和聯(lián)系? 答:(1)目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設計和 基于實時操作系統(tǒng)(RTOS的軟件設計; (2)單片機系統(tǒng)多為4位、8位、16位機,不適合運行操作系統(tǒng),難以進行 復雜的運算及處理功能; (3) 嵌入式系統(tǒng)強調(diào)基于平臺的設計、軟硬件協(xié)同設計,單片機大多采用軟 硬件流水設計; (4) 嵌入式系統(tǒng)設計的核心是軟件設計(占70%左右的工作量),單片機系 統(tǒng)軟硬件設計所占比例基本相同。 (5)SoC是嵌入式系統(tǒng)的最高實現(xiàn)形式

6、,它集成了許多功能模塊,它的核心 技術是 IP ( Intellectual Property Core,知識產(chǎn)權核)核。 7. 無 第2章嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程 1. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程分為哪幾個階段?每個階段的特點是什么? 答:(1)需求分析階段:a.對問題的識別和分析;b.制定規(guī)格說明文檔;c. 需求評審。 (2)設計階段:a.數(shù)據(jù)流分析;b.劃分任務;c.定義任務間的接口。 (3) 生成代碼階段:a.代碼編程;b.交叉編譯和鏈接;c.交叉調(diào)試;d. 測試。 (4)固化階段 2. 嵌入式系統(tǒng)有哪幾種調(diào)試方式?現(xiàn)在最流行的是哪種?使用什么接口? 答:(1)調(diào)試方式:源程序模擬器方式、監(jiān)控器方式

7、、仿真器方式。 (2)現(xiàn)在最流行的是仿真器方式,使用 JTAG(Joint Test Action Group, 聯(lián)合測試行動組)接口。 3. 什么是板級支持包?它一般應完成哪些工作? 答:(1)定義:有些嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核明確分為兩層,上層一般稱為“內(nèi) 核”,而底層則稱為“硬件抽象層”或“硬件適配層”,縮寫為HAL 有的廠商將硬件抽象層稱為BSP即板級支持包(Board Support Package)。 (2) 主要完成工作:a.在系統(tǒng)啟動時,對硬件進行初始化。B.為驅(qū)動程 序提供訪問硬件的手段。 (3)主要作用:消除硬件差異。 第3章ARM體系結(jié)構(gòu) 1. ARM的英文全名是什么? AR

8、Mi理器有什么特點? 答:見第1章課后習題第3題。 2. ARM7和 ARM9在流水線方面有何不同? 答:ARM是 3級流水線結(jié)構(gòu),ARM9是 5級流水線結(jié)構(gòu)。AR M9把3級流水線中的執(zhí)行階段的操作進行再分配,即把執(zhí)行階段中的“寄存 器讀”插在譯碼階段中完成,把“寄存器寫”安排在另一級(即第 5級) 完成,同時,在該級之前,再安排一級(存儲訪問)。 ARM7TDMT取捋澤碼執(zhí)荷 取指譯碼執(zhí)行存儲器弓 3. ARM處理器支持的數(shù)據(jù)類型有哪些? 答:(1)Byte 字節(jié),8 位;(2) Halfword 半字,16 位;(3)Word 字,32 位; 4. 寫出ARM使用的各種工作模式和工作狀態(tài)

9、。 答:(1)工作模式: TRQ 皆陶 中止 用戶模式 處理器模式 異常様式彳 特權模式+ 系統(tǒng)核式 詳見下表: 處理器 核式 說明 用戶 11 sr 正常程序執(zhí)行模式 FTQ f iq 支持高速數(shù)據(jù)傳送或通道處理 IRQ irq 用于通用中斷處理 管理 svc 操作系蔬保護模式 中止 abt 實現(xiàn)虛擬存儲器和/或存儲器ft!護 未是義 und 支持酸件協(xié)處理器的軟件仿真 系統(tǒng) sys 運行特權操作系統(tǒng)任務 (2)工作狀態(tài):a.ARM 32位,這種狀態(tài)下執(zhí)行字對齊的 ARM旨令; b.Thumb: 16位,這種狀態(tài)下執(zhí)行半字對齊的 Thumb旨令 5. ARM處理器總共有多少個寄存器?其中哪個

10、用做PC?哪個用做LR? 答:(1) ARM處理器總共有37個寄存器:31個通用寄存器,6個狀態(tài)寄存器。 (2) R15用做程序計數(shù)器PC R14用做子程序鏈接寄存器LF。 6. 假設R0=0 x12345678,使用將R0存儲到0 x4000的指令存到存儲器中,若存儲 器為大端組織,寫出從存儲器 0 x4000處加載一個字節(jié)到R2的指令執(zhí)行后R2 的值。 答:由于0 x4000是大端組織,所以R0存進后,0 x4000中有數(shù)0 x56781234, 從0 x4000加載一個字節(jié)到R2后(由地位到高位加載),R2的值為0 x34。 7. ARM920T處理器加入了哪兩個協(xié)處理器?各自的主要功能

11、是什么? 答:ARM920處理器加入了兩個協(xié)處理器: (1)CP14,允許軟件訪問調(diào)試通信通道; 系統(tǒng)控制協(xié)處理器CP15提供了一些附加寄存器用于配置和控制 Caches MMU保護系統(tǒng)、時鐘模式和其他系統(tǒng)選項。 8. ARM920T支持哪些時鐘模式? 答:快速總線模式、同步模式、異步模式。 9什么是寫直達和寫回Cache操作,各有何特點? 答:(1)寫直達:當CPU對Cache寫命中時,Cache與主存同時發(fā)生寫修改。 優(yōu)點:一致性好;缺點:耗時。 (2)寫回:當CPU寸Cache寫命中時,只修改Cache的內(nèi)容而不立即寫 入主存,只當此執(zhí)行被換出時才寫回主存。優(yōu)點:減少訪冋主存次 數(shù),提高

12、效率。缺點:一致性差點。 10. ARM為何集成了 32位的ARM旨令集和16位的Thumb旨令集?(即它的好處) 答:可提供長的轉(zhuǎn)移范圍、強大的算術運算能力和大的尋址空間。 11. 什么是big-endian和little-endian,編寫一段程序測試你所用的計算機體 系結(jié)構(gòu)采用哪種存儲機制? 答:(1)大端存儲系統(tǒng)(big-endian ):低地址存放高字節(jié),高地址存放低字 節(jié)。小端存儲系統(tǒng)(little-endian):低地址存放低字節(jié),高地址 存放高字節(jié)。 (2) int x=0 x12345678; int *p= if(*(char*)p=0 x78) little en dia

13、 n else big en dia n 第4章ARM系統(tǒng)硬件設計基礎 1. 一個典型的可執(zhí)行映像由哪幾部分組成? 答: ZI (初船化溝0的可讀寫數(shù)據(jù)) 只定艾了變量応的仝腸變量 RX (可讀寫數(shù)協(xié)) 定5L時帶初姑值的仝場變竟 RO (代碼石只址數(shù)據(jù)) 純連蜂栗1 2. 匯編和C語言的相互調(diào)用方法。 答:(1)匯編程序調(diào)用C程序的方法為:首先在匯編程序中使用IMPORT偽指令 事先聲明將要調(diào)用的C語言函數(shù);然后通過BL指令來調(diào)用C函數(shù)。 (2) C程序調(diào)用匯編子程序的方法為:首先在匯編程序中使用EXPORTS指 令聲明被調(diào)用的子程序,表示該子程序?qū)⒃谄渌募斜徽{(diào)用;然后 在C程序中使用extern關鍵字聲明要調(diào)用的匯編子程序為外部函數(shù)。 (補充)3.基于ARM勺硬件啟動流程? 答:(1)分配中斷向量表;(2)初始化存儲器系統(tǒng);(3)初始

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