2022年嵌入式系统基础B习题及答案 .pdf

第 1 章 嵌入式系统概述1、什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？嵌入式系统概念：（1） IEEE 对嵌入式系统的定义 :用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。（2）一般定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的特点：(1) 专用的计算机系统(2) 必须满足环境要求(3) 必须能满足对象系统的控制要求(4) 是集成计算机技术与各行业应用的集成系统(5) 具有较长的生命周期(6) 软件固化在非易失性存储器中(7) 必须能满足实时性要求(8) 需要专用开发环境和开发工具5、简单分析几种嵌入式操作系统的主要特点，包括嵌入式Linux、Windows CE、uCOS II 及VxWorks。（1）嵌入式 Linux: 有多个主流版本，根据应用需求，性能略有差别。CLinux 是 Linux 小型化后,适合于没有 MMU 的微处理器芯片而裁剪成的操作系统，CLinux 保持了传统 Linux 操作系统的主要特性 ,包括稳定、强大的网络和文件系统的支持,CLinux 裁剪了大量的 Linux内核以缩小尺寸 ,适合像 512KB RAM 、 1MB Flash 这样小容量、低成本的嵌入式系统。 RT_Linux即能兼容通常的 Linux， 又能保证强实时性。 （2） Windows CE： 开发平台主要为WinCE Platform Builder，有时也用 EVC 环境开发一些较上层的应用。WinCE 开发难度远低于嵌入式Linux，实时性略低，常用于手机、PDA 等手持设备中。（3）uCOS II：结构小巧、抢先式的实时嵌入式操作系统，具有执行效率高、占用空间小、可移植性强、实时性能好和可扩展性能等优点。主要用于小型嵌入式系统。(4) VxWorks: 集成开发环境为Tornado ，Vxworks 因出现稍早，实时性很强，并且内核可极微（最小 8K） ，可靠性较高等。通常应用在通信设备等实时性要求较高的系统中。第 2 章嵌入式处理器体系结构1、具体说明 ARM7TDMI 的含义，其中的T、D、M、I 分别代表什么？ARM7TDMI 是 ARM7 处理器系列成员之一，采用V4T 版本指令。 T 表示 Thumb，该内核可从 16 位指令集切换到 32 位 ARM 指令集； D 表示 Debug，该内核中放置了用于调试的结构，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 支持片内 Debug调试； M 表示 Multiplier, 支持位乘法； I 表示 Embedded ICE , 内含嵌入式 ICE宏单元，支持片上断点和观察点。10、ARMV4 及以上版本的 CPSR的哪一位反映了处理器的状态？若CPSR=0 x000000090, 分析系统状态。 CPSR=0 x000000090表示当前处理器工作于ARM 状态，系统处于用户模式下。CPSR的 BIT5(T)反映当前处理器工作于ARM 状态或 Thumb 状态。11、ARM 有哪几个异常类型，为什么FIQ 的服务程序地址要位于0 x1C?在复位后， ARM 处理器处于何种模式，何种状态？ARM 的 7 种异常类型：复位RESET 异常、未定义的指令UND 异常、软件中断SWI 异常、指令预取中止 PABT 异常、数据访问中止DABT 异常、外部中断请求IRQ 异常、快速中断请求 FIQ 异常。在有快速中断发生时， CPU从 0 x1C 处取出指令执行。 ARM 复位后处于管理模式，工作于 ARM 状态。12、为什么要使用 Thumb 模式，与 ARM 代码相比较， Thumb 代码的两大优势是什么？为了兼容数据总线宽度为16 位的应用系统，使用了ARM 指令系统的一个子集Thumb 指令系统。与等价的 32 位代码相比， Thumb 指令集在保留 32 位代码优势时，大大节省了系统的存储空间。13、说明 AMBA 、AHB 、ASB 以及 APB 的英文全称及其含义。AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture） 即先进的微控制器总线体系结构， 是 ARM公司公布的总线标准，这一标准定义了AHB 、ASB、APB 及 AMBA 共 4 种高性能的系统总线规范。AHB（Advanced High_performance Bus ）先进的高性能总线，用于连接高性能系统组件或高宽带组件。它支持突发数据传输方式及单个数据传输方式，所有时序参考同一个时钟。ASB（Advanced System Bus ）即先进的系统总线，用于连接高性能的系统模块。它支持突发数据传输。APB（Advacned Peripheral Bus ）即先进的外围接口总线，是一个简单的接口。它支持低性能的外围接口， APB 是用来连接系统的周边组件。16、简述 MMU 从虚拟地址到物理地址的转换过程和方法。虚拟地址到物理地址的转换过程: 当 ARM 要访问存储器时， MMU 先查找 TLB 中的虚拟地址表，如果ARM 的结构支持分开的地址 TLB 和指令 TLB，那么它在取指令时使用指令TLB，其它的所有访问类别使用数据名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - TLB；如果 TLB 中没有虚拟地址的入口，则是转换表遍历硬件从存储在主存储器中的转换表中获取访问权限，一旦取到，这些信息放在转换TLB 中，它会放在 1 个没有使用的入口处或覆盖 1 个已有的入口。虚拟地址到物理地址的转换方法: (1)确定 1 级页表的基地址。(2)合成转换表的 1 级描述符。(3)根据不同的 1 级描述符获取第2 级描述符地址并找出第2 级描述符。(4)将第 2 级页描述符指示的页基地址，与虚拟地址指示的页内偏移地址相加，得到相应页的物理地址，完成虚拟地址到物理地址的转换。第三章典型嵌入式处理器1、简述 LPC2000系列微控制器的内部有哪些重要的外设组件？向量中断控制器、外部存储控制器、I2C 中行总线控制器、 SPI同步接口控制器、 UART 串口控制器、定时器、 AD 转换器、 CAN 总线控制器、看门狗定时器等。8、S3C44B0X 如何组织 8、16、32 位的存储器，地址线如何连接？S3C44B0X 不同宽度的存储器地址线连接方法。存储器地址引脚8 位总线16 位总线32 位总线A0 A0 A1 A2 A1 A1 A2 A3 A2 A2 A3 A4 A3 A3 A4 A5 Am-1Am-1Am-2Am-318、说明 I2C 的数据有效性和起停条件。数据有效性：当 SCL 信号为高电平时， SDA 上的数据传输有效， 传输时高位在前， 低位在后，每个字节长度限制为位，而每次传送的字节总数没有限制。满足启动条件后的第一个字节应为地址域。每一个字节有一个应答位。起停条件：启动条件，在SCL 信号保持高电平时SDA 信号由高电平变为低电平；停止条件，要求在 SCL 信号保持高电平时SDA 信号由低电平变为高电平。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 26、简述 AT91FR40162处理器的特点。AR91FR40162 采用 ARM7TDMI 处理器核，内部集成了256KB 的片内 SRAM 和 1024K 字的16 位 Flash存储器、完全可编程的外部总线接口，8 个优先级且可以独立屏蔽的向量中断控制器、32 个可编程的 I/O 接口线、3 通道 16 位定时 /计数器、2 个同步 /异步收发器及可编程的看门狗定时器，能完成全静态操作，具有先进的省电特性。第四章嵌入式处理器指令系统1、填空题（1）在源操作数为立即数时 ,应在前加 #作为前缀 ,在#后加 0 x 或&表示十六进制数， 在#后加%表示二进制数， #后加 0d 或默认 表示十进制数。（2）根据堆栈指针指向的数据位置不同，堆栈可分为满堆栈 和空堆栈 。（3）用一条指令完成人条件加法运算，并更新CPSR中的条件码， R1+R2-R3 ADDS R3，R1，R2。（4）在程序执行过程中，是通过寄存器R15 控制程序的运行的。（5）转移指令的跳转范围是-32MB-32MB 。2、选择题（2）堆栈随着存储器地址的增大而向上增长，基址寄存指向存贮有效数据的最高地址或者说指向第一个要读出的数据位置，是（A）堆栈。A、满递增B、空递增C、满递减D、空递减（3）在指令 LDR R0，R1，#4！执行后， R1中的值为（ C） 。A、R1 不变B、R1=R1+1 C、R1=R1+4 D、R1=4 3、说明下列指令完成的功能（1）ADD R0 ，R1，R3，LSL #2 ；R0=R1+4R2 （2）ANDNES R0，R1，#0 x0F ;if (CPSR 寄存器中 Z=0) R1 的高 28 位清零后送寄存器R0 并更新 CPSR寄存器， else 执行下一条指令。（3）LDRB R0，R1，R2，LSR#2 ；把存储器地址为 (R1+R22)的字节数据加载到R0，R0 的高 24 位清零。（4）ADCHI R1 ，R2，R3； if(CPSR 寄存器中 Z=0 并且 C=1) 执行 R1=R2+R3加法操作，else执行下一条指令。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - （5）EOR R0，R0，R3，ROR R4； R3 寄存器中的内容根据R4 寄存器中的内容循环右移后与 R0 寄存器进行逻辑异或操作后，其结果存在R0 寄存器内。（7）MLA R0，R1，R2，R3； R0=R1R2+R3 MLA 是 32 位乘加指令，运算结果的高32位自动丢掉。（8）LDR R1，R0，-R5，LSL #4 ；将存储器地址为R0-16R5 的字数据加载到寄存器R1中。4、用汇编语言实现下列功能的程序段，令R1=a，R2=b。(1)if(a!=b)&a-b5) a=a+b CMP R1,R2 BEQ Next ADD R3,R2,#5 CMP R1,R3 BLS Next ADD R1,R1,R2 Next B Next (2) while(a!=0) b=b+b*2; a-; AREA TestWhile,CODE,READONLY a equ 5 b equ 1 ENTRY MOV R1,#a MOV R2,#b LOOPCTL CMP R1,#0 ADDNE R2,R2,R2,LSL#1 SUBNES R1,R1,#1 BNE LOOPCTL 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - END (3)从 a所指向的地址，拷贝20 个 32 位数据到 b 所指向的地址AREA DataCopy,CODE,READONLY ENTRY LDR R0,=SrcData LDR R1,=DstData MOV R2,#20 LOOPCTL LDR R3,R0,#4 STR R3,R1,#4 SUBS R2,R2,#1 BNE LOOPCTL Wait B Wait AREA DataDef, DATA,READWRITE SrcData DCD 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20 DstData SPACE 4*10 END 6、试比较 TST 与 ANDS，CMP 与 SUBS，MOV 与 MVN 指令的区别。(1)TST 指令把两个操作数进行按位的与操作，并根据运算结果更新CPSR中的条件标志位的值。该指令通常用来检测是否设置了特定的位，一般操作数1 是要测试的数据，而操作数2是一个位掩码。ANDS 指令用于在两个操作数上进行逻辑与运算，并把结果放到目的寄存器中，操作数1 应是一个寄存器，操作数2 可以是一个寄存器，被移位的寄存器，或是1 个立即数。该指令常用于设置操作数 1 的某些位。TST 和 ANDS 两条指令都影响 CPSR寄存器；TST 指令不改变参与运算的数据， 而 ANDS 指令对目的寄存器进行更新。(2)CMP 指令用于把 2 个操作数进行比较， 同时更新 CPSR中条件标志位的值。 该指令进行一次减法运算，但不保存运算结果， 只更改条件标志位。 标志位表示的是操作数1 和操作数 2 的关系（大、小、相等）。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - SUBS 指令用于把操作数1 送去操作数 2，并将结果存放到目的寄存器中。操作数1 应是一个寄存器， 操作数 2 可以是一个寄存器、 被移位的寄存器、 或是一个立即数。 指令影响 CPSR值。CMP 和 SUBS 指令都影响 CPSR寄存器； CMP 指令不保存运算结果，而SUBS 指令可以保存运算结果，并且减数和被减数的值也不发生变化。(3)MOV 指令将一个寄存器、被移位的寄存器或一个立即数的值装入目的寄存器内，可以指定相同的寄存器实现NOP 的效果，还可以移位一个寄存器。MVN 指令与 MOV 指令的不同之处是在传送数据之前先按位取反，即把一个被取反的值传送到目的寄存器中。8、写一段 ARM 汇编程序：循环累加队列中的所有数据，直到碰到零值位置，结果放在R4。源程序末尾队列如下：Array: DCD 0 x11 DCD 0 x22 DCD 0 x33 DCD 0 R0 指向队列头， ADR R0，ARRAY 。使用命令 LDR R1，R0，#4 来装载，累加至 R4，循环直到 R1为 0，用死循环来停止。程序：AREA Cond_Sum,CODE,READONLY ENTRY LDR R0,=Array MOV R4,#0 LooPCtl LDR R1,R0,#4 CMP R1,#0 ADDNE R4,R4,R1 BNE LooPCtl Wait B Wait AREA SrcData,CODE,READONLY 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - Array DCD 0 x11 DCD 0 x22 DCD 0 x33 DCD 0 END 9、写一个汇编程序，求一个含64 个带符号的 16 位数组组成的队列的平方和。程序：AREA SquareSum,CODE,READONLY ENTRY LDR R0,=Array MOV R3,#4 MOV R4,#0 LooPCtl LDRH R1,R0,#2 MLA R4,R1,R1,R4 SUBS R3,R3,#1 BNE LooPCtl NOP AREA SrcData,CODE,READONLY Array DCD 0 x00010002 DCD 0 x00030004 END 第五章嵌入式系统程序设计基础4、简要说明 EXPORT 和 IMPORT 的使用方法。答：EXPORT 伪指令用于在程序中声明一个全局的标号，该标号可在其它的文件中引用。EXPORT 可用 GLOBAL 代替。标号在程序中区分大小写。WEAK 选项声明其它的同名标号优先于该标号被引用。IMPORT 伪指令用于通知编译器要使用的标号在其它的源文件中定义，但要在当前源文件中引用，而且无论当前源文件中是否引用该标号，该标号均会被加入到当前源文件的符号表中。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - 5、分析说明下段程序完成什么功能AREA ChangeState,CODE,READONLY CODE32 LDR R0,=Start+1 BX R0 CODE16 Start MOV R1,#1 END 解：程序功能实现程序的跳转并从ARM 状态切换到 Thumb 状态。6、设计一段程序完成数据块的复制，数据从源数据区snum 复制到目标数据区dnum。复制时，以 8 个字为单位进行。对于最后所剩不足8 个字的数据，以字为单位进行复制。AREA BlockDataCopy,CODE,READONLY num EQU 20 ENTRY Start LDR R0,=snum LDR R1,=dnum MOV R2,#num MOV R13,#400 BlockCopy MOVS R3,R2,LSR#3 BEQ CopyWords STMFD R13!,R4-R11 OctCopy LDMIA R0!,R4-R11 STMIA R1!,R4-R11 SUBS R3,R3,#1 BNE OctCopy LDMFD R13!,R4-R11 CopyWords ANDS R2,R2,#7 BEQ Stop WordsCopy LDR R3,R0,#4 STR R3,R1,#4 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - SUBS R2,R2,#1 BNE WordsCopy Stop B Stop AREA BlockData, DATA,READWRITE snum DCD 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 DCD 12,13,14,15,16,17,18,19,20 dnum SPACE 20*4 END 7、利用跳转表的思想编写一个汇编程序，实现当R0 分别为 0，1，2 时完成跳转到 3 个不同的子程序。AREA JumpTable,CODE,READONLY num EQU 3 ENTRY Start MOV R0,#1 MOV R1,#3 MOV R2,#2 BL JumpTblCtl Stop B Stop JumpTblCtl CMP R0,#num MOVHS PC,LR ADR R3,JumpTblEntry LDR PC,R3,R0,LSL#2 JumpTblEntry DCD Subroutine1 DCD Subroutine2 DCD Subroutine3 Subroutine1 MOV R3,#0 x55 MOV PC,LR Subroutine2 MOV R4,#0 xAA MOV PC,LR 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - Subroutine3 MOV R5,#0 x5A MOV PC,LR END 第六章嵌入式操作系统2、简述 CLinux 的特点，说明其主要应用的环境。答：CLinux 主要是为控制领域定做的LINUX 版本，其设计思想就是对标准LINUX 内核进行裁剪，去除虚拟管理部分代码，并且对内存分配进行优化，以达到提高系统运行效率的目的。特点：（1）包含通用 LINUX API 函数。（2）内核体积小于 512KB （3）内核及文件系统体积小于900KB （4）具有完整的 TCP/IP 协议栈（5）支持多种文件系统。6、简述 CLinux 的移植过程。答： （1）配置内核（2）编译内核（3）下载、运行、调试内核第七章嵌入式系统的BootLoader 2、简述 Boot Loader与嵌入式系统的关系。Boot Loader 是在操作系统内核或用户应用程序运行之前运行的一段小程序.其作用为 :初始化硬件设备 ,建立内存空间的映射图 ,将系统的软件件环境带到一个合适的状态,为最终调用操作系统内核或用户应用程序准备好正确的环境。3、Boot Loader的主要功能有哪些？答：初始化硬件设备， 检测系统内存映射， 将内核映像和根文件系统从Flash传到 RAM 空间，并为内核设置启动参数，最后调用内核。4、Boot Loader分为几个阶段，各阶段主要完成什么功能？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 答:Boot Loader 通常分为 2 个阶段。阶段 1完成基本硬件的初始化， 加载阶段 2 的 RAM 空间，复制阶段 2 到 RAM ，设置堆栈指针，跳转到阶段2 的 C 程序入口点。在阶段 2 初始化阶段 2要使用的硬件设备，检测系统内存映射，加载内核映像和根文件系统映像，调用内核。第八章嵌入式系统设计2、简述嵌入式系统设计的一般步骤。答:需求分析 ; 体系结构设计；硬件、软件、执行机构设计；系统集成系统测试3、简述软、硬件协同设计的过程。需求分析 ; 软、硬件协同设计；软、硬件实现；软、硬件协同测试和验证。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -