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、word嵌入式系統(tǒng)原理與接口復(fù)習(xí)要點(diǎn)及思考題答案(計(jì)).word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)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(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(kāi)發(fā)過(guò)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(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(chǔ)系統(tǒng)2.4.2 Cache:寫(xiě)通、寫(xiě)回、讀操作分配cache、寫(xiě)操作分配cache、工作原

2、理、地址映像 2.4.3節(jié) ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)補(bǔ)充: (見(jiàn)課件)1. ARM簡(jiǎn)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(chǔ)器存儲(chǔ)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)、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(diǎn)5.1節(jié) 鍵盤(pán)接口：行掃描法原理、掌握編寫(xiě)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(xiě)驅(qū)動(dòng)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(cuò)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(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)的定義： 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 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(jì)算機(jī)技術(shù)為根底、軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、本錢(qián)、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)？n 通常是面向特定應(yīng)用的；n

4、 空間和各種資源相對(duì)缺乏，必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余； n 產(chǎn)品升級(jí)換代和具體產(chǎn)品同步，具有較長(zhǎng)的生命周期； n 軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身； n 不具備自舉開(kāi)發(fā)能力 ，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)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(lái)看，嵌入式系統(tǒng)由哪幾局部組成？畫(huà)出簡(jiǎn)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(hào)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(chǔ)器。 · 用以保存程序數(shù)據(jù)的RAM揮發(fā)性的隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器。 · 連接微控制器和開(kāi)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(jì)算機(jī)中的CPU。嵌入式微處理器=運(yùn)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(mén)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(chǔ)器+I/o接口+輔助電路

7、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(chǔ)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(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)核根本模塊，擴(kuò)展模塊可裁剪。根本模塊包含內(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(kù)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(kāi)發(fā)過(guò)程？答：嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要分為系統(tǒng)總體開(kāi)發(fā)、嵌入式硬件開(kāi)發(fā)和嵌入式軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境選定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件概要設(shè)計(jì)硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)硬件制作硬件測(cè)試軟件概要設(shè)計(jì)軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)軟件測(cè)試硬件設(shè)計(jì)制作軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能性能測(cè)試符合要求產(chǎn)品YN嵌入式系統(tǒng)開(kāi)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(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(yǔ)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(biāo)板上的MCU，仿真器是仿照目標(biāo)機(jī)上的CPU而專門(mén)設(shè)計(jì)的硬件。仿真器與目標(biāo)板通過(guò)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)板通過(guò)BDM、JTAG等調(diào)試接口相連，與主機(jī)通過(guò)串口、并口、網(wǎng)口或USB口相連。待調(diào)試軟件通過(guò)BDM/JTAG調(diào)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(kāi)發(fā)所采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(jiǎn)單地說(shuō)，就是在一個(gè)平臺(tái)上生成另一個(gè)平臺(tái)上的可執(zhí)行代碼。要進(jìn)行交叉編譯，需要在主機(jī)平臺(tái)上安裝

10、對(duì)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(tái)上運(yùn)行的代碼。在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中，調(diào)試時(shí)采用的是在宿主機(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，但被調(diào)試的進(jìn)程卻是運(yùn)行在基于特定硬件平臺(tái)的嵌入式操作系統(tǒng)中，調(diào)試器和被調(diào)試進(jìn)程通過(guò)串口或者網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，調(diào)試器可以控制、訪問(wèn)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(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(shí)，處理器自動(dòng)改變CPSR中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(xiě)入特定的值，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)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(gè)存放器，各存放器均為32位。31個(gè)通用存放器，包括程序計(jì)數(shù)器PC；6個(gè)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(wèn)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L(zhǎng)R ，用以保存返回地址；3R15PC用作程序計(jì)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(chǔ)在0x30000字單元中，試分別畫(huà)出兩種模式下內(nèi)存存儲(chǔ)內(nèi)容，并標(biāo)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(duì)異常中斷的響應(yīng)過(guò)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(huì)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(jìn)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(shí)能從正確的位置重新開(kāi)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(wèn)題答：異常處理完畢之后，ARM微處理器會(huì)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(chǔ)器的存儲(chǔ)周期有幾種類型，對(duì)應(yīng)于cache訪問(wèn)和存儲(chǔ)器訪問(wèn)是何存儲(chǔ)周期？答：1空閑周期 I周期-內(nèi)部周期，不執(zhí)行存儲(chǔ)器訪問(wèn)；可播送下一次訪問(wèn)的地址以便開(kāi)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)處理器存放器傳送周期 C周期-協(xié)處理器存放器傳遞周期：通過(guò)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(chǔ)系統(tǒng)不允許驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線。（4） 非順序周期

15、 N周期-非順序周期：最簡(jiǎn)單的總線周期，存儲(chǔ)控制器必須啟動(dòng)存儲(chǔ)器訪問(wèn)來(lái)滿足這個(gè)請(qǐng)求；該方式存儲(chǔ)系統(tǒng)常需要長(zhǎng)的訪問(wèn)時(shí)間。(存儲(chǔ)器讀寫(xiě))cache訪問(wèn)：I周期、S周期存儲(chǔ)器訪問(wèn)：N周期8.何謂cache？簡(jiǎn)述cache的工作原理。(第2版書(shū)P44)9.何謂寫(xiě)通cache和寫(xiě)回cache，兩者有何區(qū)別？答：1寫(xiě)回法是指CPU在執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，被寫(xiě)的數(shù)據(jù)只寫(xiě)入cache，不寫(xiě)入主存。僅當(dāng)需要替換時(shí)，才把已經(jīng)修改的cache塊寫(xiě)回到主存中。 采用寫(xiě)回法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的cache稱為寫(xiě)回cache。（2） 寫(xiě)通法是指CPU在執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，必須把數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入cache和主存。采用寫(xiě)通法進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的cache稱

16、為寫(xiě)通cache。10.arm的MMU主要實(shí)現(xiàn)何功能。答：1虛擬存儲(chǔ)空間到物理存儲(chǔ)空間的映射。在ARM中采用了頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理，通過(guò)兩級(jí)頁(yè)表實(shí)現(xiàn)虛擬地址到物理地址的映射。2存儲(chǔ)器訪問(wèn)權(quán)限的控制。 3設(shè)置虛擬存儲(chǔ)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的特殊性能2片上存儲(chǔ)器管理單元(MMU)3指令、數(shù)據(jù)緩存4寫(xiě)緩沖器12、簡(jiǎn)述MMU使能時(shí)存儲(chǔ)訪問(wèn)過(guò)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(wèn)TLB，參見(jiàn)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(wèn)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(yè)有幾種類型，其容量為何值？答：ARM支持的存儲(chǔ)塊 ：1 段section：由1MB 的存儲(chǔ)器塊構(gòu)成2大頁(yè)large page：由64KB 的存儲(chǔ)器塊構(gòu)成3小頁(yè)small page：由4KB 的存儲(chǔ)器塊構(gòu)成4微頁(yè)tiny page：由1KB 的存儲(chǔ)器塊構(gòu)成14、簡(jiǎn)述基于段的地址變換過(guò)程。15、簡(jiǎn)述使用粗頁(yè)表和4k頁(yè)的二級(jí)虛實(shí)地址轉(zhuǎn)換過(guò)程。補(bǔ)充題:1.理解片內(nèi)Flash的3種編程方法。答：

18、通過(guò)內(nèi)置JTAG接口編程、通過(guò)在系統(tǒng)編程ISP、通過(guò)在應(yīng)用編程IAP2.理解LPC2000系列存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間分布。見(jiàn)課件。3S3C44BOX的存儲(chǔ)空間的分布，由哪幾局部組成？答：S3C44B0X的存儲(chǔ)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(xiě)一條說(shuō)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(chǔ)器生長(zhǎng)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(jiǎn)述矩陣式鍵盤(pán)線掃描檢測(cè)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(gè)停止位，無(wú)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(hào),允許產(chǎn)生錯(cuò)誤狀態(tài)中斷，傳送、接收模式都為中斷請(qǐng)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(kāi)發(fā)平臺(tái)間的雙機(jī)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(dòng)流控制rULCON