嵌入式系统原理与开发课后答案.doc

嵌入式复习资料第一章嵌入式系统概述：1、什么是嵌入式系统？是简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。P3嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。3、是比较嵌入式系统与通用PC的区别。P3（1）嵌入式系统是专用的计算机系统，而PC是通用的计算机系统。（2）技术要求不同，通用PC追求高速、海量的数据运算；嵌入式要求对象体系的智能化控制。（3）发展方向不同，PC追求总线速度的不断提升，存储容量不断扩大；嵌入式追求特定对象系统的智能性，嵌入式，专用性。4、嵌入式体统有哪些部分组成？简单说明各部分的功能与作用。P6（1）硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他I/O接口以及电源组成），嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（RAM和ROM等），这就构成了一个嵌入式核心控制模块，操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。（2）中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。一般包括硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）和板级支持包（Board Support Package，BSP）。（3）软件层由实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphical User Interfaces，GUI）、网络组件组成。（4）功能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人际界面。5、嵌入式系统是怎么分类的？P7按照嵌入式微处理器的位数分类（4位、8位、16位、32位、64位）；按照是实时性分类（硬实时系统式之系统对响应时间有严格的要求；软实时系统是对响应时间有一定要求）；按照嵌入式软件结构分类（循环轮询系统、前后台系统、多任务系统）；按照应用领域分类。6什么是多任务系统？多任务系统的特点些？P9 应用的场合：对于较复杂的嵌入式系统而言，存在许多互不相关的过程需要计算机同时处理，在这种情况下就需要采用多任务系统。多任务系统的软件是由多个任务、多个中断服务程序以及嵌入式操作系统组成。任务是顺序执行的，并行性通过操作系统完成。特点：（1）每个任务都是一个无限循环的程序，等待特定的输入，从而机型相应的处理。（2）这种程序模型将系统成分相对简单、相互合作的模块。（3）不同的任务共享同一个CPU和其他硬件，嵌入式操作系统对这些共享资源进行管理。（4）多个顺序机型的任务在宏观上是并行执行的，每个任务都运行在自己独立的CPU上。第二章嵌入式处理器1嵌入式处理器有哪几类？简述各类嵌入式处理器的主要特点和应用领域。P16嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP、嵌入式片上系统。(1)嵌入式微处理器集成处理器内核，存储管理器高速缓存芯片，存在体积小、重量轻、成本低和可靠性高等特点，其又称为单板机。（2）嵌入式微控制器是集成了微处理器、存储器和片内外设芯片称为微控制器，片上外设资源丰富适合于控制单片化、体积小、功耗低、成本低等特点。（3）嵌入式DSP专门用于信号处理的嵌入式芯片，适合执行DSP算法，能够对离散信号进行集化处理，提高速度。（4）嵌入式片上系统SOC软硬件的无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块，在单个芯片上实整个系统的功能。4、ARM体系结构版本的命名规则有哪些？简单说明ARM7 TDMI的含义。P28/ARMv/n/varants/x/varcant/内核、体系结构、变量、/ /排除/ /例如：ARMv4xM 是指ARM内核v4版本排除M变种ARMv5TxM 是指ARM内核v5体系支持T变种排除M变种6、ARM处理器的工作模式有几种？各种工作模式下分别有什么特点？P37用户：程序正常执行模式FIQ：支持高速数据传输或通道处理IRQ：通用中断处理管理：操作系统保护模式，用于处理软中断中止：用于处理存储器故障，虚拟存储器或存储器保护，处理存储器的故障未定义：支持硬件协处理器的仿真处理未定义的指令陷阱系统：运行特权操作系统任务未免出现用户模式不可靠。7、ARM处理器总共有多少个通用寄存器？这些寄存器按其在用户编程中的功能是如何划分的？P38ARM处理器共有37个寄存器，31个通用寄存器，含程序计数器PC，6个状态寄存器。r0r7为普通寄存器r8r12普通寄存器允许快速中断r13通常用作堆栈指针SP，指向栈顶r14通常用作子程序链接寄存器LR也用于中断临时存放PC值，PCLR CPSRSPSRr15程序计数器通常被用作程序计数器PC。（PC中存放下一条将要执行的指令地址）8CPSR各状态位的作用是什么？如何进行操作，以改变各状态位？P39N、Z、C、V、Q是条件码标志，I、F、T、M【4:0】是控制位。I：置1则禁止IRQ中断；F：置1则禁止FIQ中断；T：对于ARM体系结构v4以上版本，T=0指示ARM执行，T=1指示Thumb执行：对已ARM体系结构v5以上版本，T=0指示ARM执行，T=1指示下一条指令引起未定义的指令异常。N=1结果为负数，结果为0则 Z=1，C进位位，V溢出位，Q指示增强型DSP指令中是否出现溢出或饱和，I=1禁止IRQ中断，F=1禁止FIQ中断，T=0指示ARM执行T=1指示Thumb执行，M【4:0】模式位决定处理器的工作模式。9，试述ARM处理器对异常中断的影响。P41r14-=return linkSPSR-=CPSRCPSR【4:0】=exception mode number4位到0位进入异常模式CPSR【5】=0 使处理器在ARM状态下执行CPSR【7】=1 禁止新的IRQ中断If=reset or FIQ thenCPSR6=1 禁止新的FIQ中断PC=exception cector address 完成后进入异常向量地址10.如何从异常中断处理程序中返回？需要注意哪些问题？（可不看）进入中断的逆过程。11ARM指令的寻址方式有几种？试分别叙述其各自的特点并举例说明。P44（1）寄存器寻址 ：指令地址码给出寄存器的编号，寄存器中的内容作为操作数。（2）立即寻址、指令操作码后的地址码是立即数，即操作数本身。（3）寄存器移位寻址、是ARM指令集特有的寻址方式。（4）寄存器间接寻址、指令地址码给出寄存器的编号，寄存器为地址指针，存放操作数的有效地址。（5）基址寻址、基址寻址是讲基址寄存器的 内容与指令中给出的维系量相加，形成操作数有效地址。（6）多寄存器寻址 一次可以传送多个寄存器的值（7）堆栈寻址 按照特定顺序进行存取的存取区。（8） 块拷贝寻址（9）相对寻址12、ARM指令系统中对字节、半字、字的存取是如何实现的？字节（B）半字（H）字(W)另附：1、哈佛结构和冯诺依曼结构体系的区别。哈佛体系：指令与数据分开，有两个独立存储器模块，有两条独立总线（数据、地址）。冯诺依曼：程序指令存储器和数据存储器合二为一的存储结构，程序指令的存储地址与数据存储地址指向同一存储器的不同位置2大端地址和小端地址的区别。小端存储：低字节存放在低地址；大端存储：低字节存放在高地址3、SIMIA R9！（R0,R1，R5）IA：传送之后地址+1 IB：传送之前地址+1DA：传送之后地址-1 DB：传送之前地址-1 第四章BootLoader与设备驱动1、驱动层软件可以分为哪三种类型？P118板级初始化程序、与系统软件相关的驱动程序、与应用软件相关的驱动程序。2、什么是bootloader？为什么说bootloader是依赖于目标硬件实现的？P119Bootloader是系统加电后首先运行的一段程序代码，其目的是将系统的软硬件环境带到一个合适的状态。每种嵌入式微处理器体系结构都有不同的Bootloader，Bootloader还依赖于具体的嵌入式板级硬件设备的配置，所以依赖于目标硬件实现。3、硬件抽象层一班实现哪些功能？P135硬件抽象层的目的是为了将硬件抽象化，通过程序来控制CPU、I/O存储器等硬件的操作，从而使得系统的十倍驱动程序与硬件无关，在功能上，抽象层一般应实现相关硬件的初始化、数据的I/O操作、硬件十倍的配置操作等。4、设计板级支持包的主要目的是什么？它实现的主要功能有哪些？为驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包。第三章嵌入式硬件平台1、嵌入式系统的硬件有哪几个组成部分？P86以嵌入式系统处理器为核心，加上存储器，I/O接口电路，必要的附属电路（电源，时钟，复位，中断）以及相应的总线，以及辅助接口组成。（1） 请简单描述总线的四周期握手过程。P88（1）设备一升高它的输出电平来发出查询信号,他告诉设备二应准备好接受数据。（2）设备二准备好接收数据,升高它的它的输出电平来发出应答信号,这时设备一准备好发送数据,设备二已准备好接收数据。（3）一旦看到数据传输完毕,设备二降低它的输出电平表示它已经接受完数据。（4）看到设备二的应答信号变低,设备降低它的输出电平。3、什么是DMA?DMA主要用来完成哪种总线操作？P90直接存储器访问（Direct Memery-Access，DMA）是允许读/写不由CPU控制的总线操作。专用硬件来完成外设与存储器之间的高速数据传输。除CPU以外的操作外设和存储器的读写操作。4、请画图说明分级存储器的体统结构。P935、RAM存储器有哪几种？他们的特点分别是什么？分别适用哪些场合P94P96答：静态RAM，特点：价高，容量小，功耗低，稳定性要求高的场合。动态RAM，特点：电路简单，价低，容量大，稳定性低，如果系统的随机存储器的容量不是很大一般采用SRAM，反之DRAM。对于特别高速的应用，使用SRAM。如果嵌入式系统对功耗敏感，可使用SRAM。6、ROM存储器有哪几种？他们的特点分别是什么？P96（1）可编程ROM，只可编程一次。（2）紫外线可擦可编程ROM，该类ROM可以通过紫外线擦出后重复编程。（3）电可擦除可编程ROM，用户以字节为单位多次用电擦除和改写存储内容。12、嵌入式处理器的复位电路有哪几种？P114（1）阻容复位电路（2）手动复位电路（3）专用复位电路（4）看门狗电路（5）软件复位13、嵌入式处理器的时钟电路有哪几种形式？分别有什么特点？P113（1）RC时钟（2）石英晶体（3）石英振荡器（4）锁相倍频时钟14、简述嵌入式系统中的中断子系统实现的功能。P117（1）实现终端返回（2）能够实现优先级排队（3）高级中断源能够中断低级的终端处理。第五章嵌入式操作系统1、什么是嵌入式操作系统？请列举几个典型的嵌入式操作系统，并简述其主要特点。P145嵌入式操作系统是指支持嵌入式系统工作的操作系统。其功能有管理存储器分配、中断处理、任务间通信、定时器响应以及提供多任务处理等功能的稳定。嵌入式实时操作系统是嵌入在系统目标代码中的软件，并在系统启动之后运行，进行资源管理、任务调度、中断响应等，系统根据各个任务的优先级来动态地切换各个任务。典型的操作系统：VxWorks Windows CE pSOS QNX Palm OS嵌入式Linux C/OS-2、非占先式内核与占先式内核的主要区别是什么？P152非占先式内核的优点：（1）响应中断快（2）可以使用不可重入函数（3）共享数据方便。占先式内核是任务级响应时间最优化而且是确定的，不应直接使用不可重入函数。3、任务之间的通信方式有哪几种？每一种方式的特点是什么？P15