周立功版嵌入式课后习题答案.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date周立功版嵌入式课后习题答案周立功版嵌入式课后习题答案第一章 嵌入式系统概述一、举出3个课本中未提到的嵌入式系统的例子。（红绿灯控制、数字空调、机顶盒）二、什么是嵌入式系统？特点是？答：嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。英国电机工程师协会定义：嵌入式系统为控制、检测或辅助某个设备、机器或工厂运作的装置。 （1）以技术角度定义：以应用为中心、以计算机技术为

2、基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。（2）从系统角度的定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。特点：1、嵌入式系统通常应用在为特定用户设计的系统中，具有功耗低、体积小、集成度高等特点。将通用CPU中由板卡完成的任务集成在了嵌入式CPU内部。2、嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术于各个行业的具体应用相结合的产物。所以是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。3、

3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，去除冗余。4、为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或处理器芯片中，而不是存储于磁盘等载体中。由于嵌入式系统必须有较高的时实性，因此对程序的质量，特别是可靠性有较高的要求。5、嵌入式系统本身不具备自举开发能力，必须有一套专用的开发工具和环境才能进行开发。三、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？答：嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元，与普通台式计算机的微处理器相比，其工作稳定性更高，功耗较小，对环境（如温度、湿度、电磁场、震动等）的适应能力更强，体积更小，且集成的功能较多。嵌入

4、式处理器从应用角度，可以大致分为以下几类：1.注重嵌入式处理器的尺寸、能耗和价格。应用于新型电子娱乐等不注重计算的设备；2.注重嵌入式处理器的性能。应用于路由器等高速计算密集型的设备；3.注重嵌入式处理器的性能、尺寸、能耗和价格。应用于各种工业控制设备；按照结构分类：嵌入式微处理器（EMPU）；嵌入式微控制器(MCU)；嵌入式DSP处理器(DSP)；嵌入式片上系统（SOC）。嵌入式系统的分类也是以上答案（P5）。四、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动；操作系统提供用户接口，

5、使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。 使用嵌入式操作系统原因之一就是因为其具有实时性。使用嵌入式实时操作系统具有以下优点：1. 嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。2. 嵌入式实时操作系统提高了开发效率，缩短了开发周期。3. 嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。第二章 ARM7体系结构一、基础知识（1）ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？（P19）答：T后缀：高密度16位Thumb指令集扩展。 D后缀：支持片上调试。M后缀：64位乘法指令。 I后缀：Embedded ICE硬件仿真功能模块。（2）ARM7TDMI采用几级流水线？

6、（P20）使用何种存储器编址方式？答：采用三级流水线，三个阶段分别为：取指、译码、执行。使用了冯诺依曼结构，指令和数据共用一条32位总线。（3）ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？（P24P26）答：处理器模式指的是处理器在执行程序时，在不同时刻所处的不同状态。处理器状态指的是处理器当前所执行的指令集。（4）分别列举ARM的处理器模式和状态。答：处理器模式：7种，：用户模式（usr）和特权模式，特权模式包括系统模式（sys）和异常模式，异常模式包括：管理模式(svc)、中止模式(abt)、未定义模式（und）、中断模式(irq)、快速中断模式(fiq)。 处理器状态：ARM状态为32位

7、，这种状态下执行的是字方式ARM指令，具有最完整的功能，处理器在系统上电时默认为ARM状态。Thumb状态为16位，这种状态下执行半字方式的Thumb指令。（5）PC和LR分别使用哪个寄存器？（P31P32）答：程序计数器（PC）使用R15寄存器，链接寄存器（LR）使用R14寄存器。（6）R13寄存器的通用功能是什么？（P29P30）答：ARM处理器通常将寄存器R13作为堆栈指针(SP),用于保存堆栈的出入口处地址。（7）CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？答：程序状态寄存器CPSR,（8）描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断？(P38)答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许I

8、RQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。二.存储器格式定义R0=0x12345678, 假设使用存储指令将R0的值存放在0x4000单元中。如果存储器格式为大端格式，请写出在执行加载指令将存储器0x4000单元的内容取出存放到R2寄存器操作后所得R2的值。如果存储器格式改为小端模式，所得R2值又为多少？低地址0x4000单元的字节内容分别是多少？（P49）三、处理器异常请描述一下ARM7TDMI产生异常的条件是什么？各种异常会使处理器进入哪种模式？进入异常时内核有何操作？各种异常的返回指令又是什么？答：只要正常的程序被暂时中止，处理器就进入异常模式。地址异常进

9、入时的模式进入时I的状态进入时F的状态返回指令0x0000 0000复位管理禁止禁止无0x0000 0004未定义指令未定义IFMOVS PC,R14_und0x0000 0008软件中断(SWI)管理禁止FMOVS PC,R14_svc0x0000 000C中止（预取）中止IFSUBS PC,R14_abt, # 40x0000 0010中止（数据）中止IFSUBS PC,R14_abt, # 80x0000 0014保留保留0x0000 0018IRQ中断禁止FSUBS PC,R14_irq, # 40x0000 001CFIQ快速中断禁止禁止SUBS PC,R14_fiq, # 4第三章

10、ARM7TDMI(-S)指令系统一、基础知识（1）ARM7TDMI(-S)有几种寻址方式（P53）？“LDR R1,R0, #0x08”属于哪种寻址方式？答：共有8种寻址方式：寄存器寻址、立即寻址、寄存器移位寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、多寄存器寻址、堆栈寻址、相对寻址。LDR R1,R0, #0x08属于基址寻址，意思是读取R0+0x08地址上的存储单元的内容，存入R1。（2）ARM指令的条件码有多少个（P60）？默认条件码是什么？答：有16个，EQ、NE、CS/HS、CC/LO、MI、PL、VS、VC、HI、LS、GE、LT、GT、LE、AL、NV, 默认条件码是AL。（3）ARM指令中

11、第2个操作数有哪几种形式（P58）？列举5个8位图立即数。答：有3种形式：immed_8r常数表达式。Rm寄存器方式。Rm,shift寄存器移位方式。5个8位图立即数：0x3FC(0xFF2)、0、0xF0000000(0xF024)、200(0xC8)、0xF0000001(0x1F28)。（4）LDR/STR指令的偏移形式有哪4种（P62）？LDRB指令和LDRSB指令有何区别？答：LDR/STR指令的偏移形式有4种,分别是：零偏移、前索引偏移、程序相对偏移、后索引偏移。LDRB指令是加载无符号字节数据，LDRSB指令则是加载有符号字节数据。LDRB就是读出指定地址的数据并存入指定寄存器，

12、LDRSB读出指定地址的数据，高24位符号位用于扩展，再存入指定寄存器。（5）请指出MOV指令与LDR加载指令的区别及用途。答：MOV指令的源操作数是常数或（带偏移量的）寄存器，用于寄存器之间的数据传送；LDR指令的源操作数是地址，用于存储器到寄存器的数据传送。 （6）CMP指令是如何执行的？写一程序，判断R1的值是否大于0x30，是则将R1减去0x30。(P71)答：CMP 指令将寄存器Rn 的值减去operand2 的值，根据操作的结果更新CPSR 中的相应条 件标志位，以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。CMP指令不保存运算结果，在进行两个数据的大小判断时，常用CMP指令及相

13、应的条码来操作。程序： CMP cond Rn, operand2 CMP R1,#0x30 ；将R1与常数0x30比较 LDRLE PC，LR ；如果小于或等于0x30，则程序返回 SUB R1，R1, #0x30 ；大于0x30，则将R1减去0x30，结果存回R1（7）调用子程序是用B指令还是用BL指令？请写出返回子程序的指令。（P73）答：BL 指令用于子程序调用。 MOV PC，LR 或者 BX LR（8）请指出LDR伪指令的用法。（P61）指令格式与LDR加载指令的区别是什么？答：LDR指令用于从内存中读取数据放入寄存器或者用于加载32位的立即数，还常用于加载芯片外围功能部件的寄存器

14、地址，指令格式与LDR加载指令的区别在于第二个数为地址表达式，伪指令的LDR的参数有“=”号。（9）ARM状态与Thumb状态的切换指令是什么？请举例说明。答：切换指令是BX指令。BX指令跳转到Rm指定的地址去执行程序。若Rm的bit0为1，则跳转时自动将CPSR中的标志T置位，即把目标地址的代码解释为Thumb代码；若Rm的bit0为0，则跳转时自动将CPSR中的标志T复位，即把目标地址的代码解释为ARM代码。（10）Thumb状态与ARM状态寄存器有区别吗（P28、P34、P35、P81）？Thumb指令对哪些寄存器的访问受到一定限制？答：Thumb状态与ARM状态的寄存器有区别：1、由于

15、Thumb指令集不包含MSR和MRS指令，如果用户需要修改CPSR的任何标志位，必须回到ARM模式。通过BX和BLX指令来改变指令集模式，而且当完成复位（Reset）或者进入到异常模式时，将会被自动切换到ARM模式。2、访问R8-R15的Thumb数据处理指令不能更新CPSR中的ALU状态标志。(Thumb指令集较ARM指令集有如下限制：只有B指令可以条件执行，其它指令都不能条件执行；分支指令的跳转范围有更多限制；数据处理指令的操作结果必须放入其中一个；单寄存器访问指令，只能操作R0R7；LDM和STM指令可以对R0R7的任何子集进行操作；)Thumb指令对R8-R15寄存器访问受限。（11）

16、Thumb指令集的堆栈入栈、出栈指令是哪两条？（P83）入栈指令PUSH，出栈指令POP（12）Thumb指令集的BL指令转移范围为何能达到4MB? 其指令编码是怎样的？(P85)Thumb 采用两条16 位指令组合成22 位半字偏移(符号扩展为32 位)，使指令转移范围为4MB。BL label。 LRPC-4，PClabel2.有符号和无符号加法下面给出A和B的值，可以先手动计算A+B，并预测N、Z、V和C标志位的值。然后修改程序清单3.1中R0、R1的值，将这两个值装载到这两个寄存器中（使用LDR伪指令，如“LDR R0,=0xFFFF0000”）,使其执行两个寄存器的加法操作。调试程序

17、，每执行一次加法操作就将标志位的状态记录下来，并将所得结果与预先计算得出的结果相比较。如果两个操作数看作有符号数，如何解释所得标志位的状态？同样，如果把两个操作数看作是无符号数，所得标志位又当如何理解？（1） 0xFFFF000F (A) +0x0000FFF1 (B) - 0x00000000 NZCV=0110如果两个操作数是有符号的，A是负数，B是正数，和是0，没有溢出，所以V=0。如果两个操作数是无符号数，和是0，有进位，所以C=1。（2） 0x7FFFFFFF (A) +0x02345678 (B) - 0x82345677 NZCV=1001如果两个操作数是有符号数，A是正数，B是

18、正数，和是负数，有溢出，所以V=1。如果两个操作数是无符号数，没有进位，所以C=0。（3） 67654321 (A) +23110000 (B) - 0x0568F421 NZCV=0000如果两个操作数是有符号数，A是正数，B是正数，和是正数，没有溢出，所以V=0。如果两个操作数是无符号数，没有进位，所以C=0。第四章 LPC2000系列ARM硬件结构一、基础知识1、LPC2114可使用的外部晶振频率范围是多少(P115)（提示使用/不使用PLL功能时(P116)）？答：晶振频率范围：130 MHz，若使用PLL 或ISP 功能时，输入时钟的频率不超过：1025MHz。2、请描述LPC221

19、0/2220的PO.14、P1.20、P1.26、BOOT1和BOOT0引脚在芯片复位时分别有什么作用？（P95，P96，P119）并简单说明LPC2000系列ARM7微控制器的复位处理流程。答：P0.14 为低电平时，强制片内引导装载程序复位后控制器件的操作，即进入ISP 状态。P1.20 当RESET 为低电平，使 P1.25P1.16 复位后用作跟踪端口。P1.26当RESET 为低电平，使 P1.31P1.26 复位后用作一个调试端口。当RESET 为低时，BOOT0 与BOOT1 一同控制引导和内部操作。引脚的内部上拉确保了引脚未连接时呈现高电平。外部复位输入：当该引脚为低电平时，器

20、件复位，I/O口和外围功能进入默认状态，处理器从地址0 开始执行程序。复位信号是具有迟滞作用的TTL 电平。3、LPC2000系列ARM7微控制器对向量表有何要求（提示向量表中的保留字）？答：向量表所有数据32 位累加和为零(0x000000000x0000001C 的8 个字的机器码累加)，才能脱机运行用户程序，这是LPC2114/2124/2212/2214 的特性。4、如何启动LPC2000系列ARM7微控制器的ISP功能？（P122）相关电路应该如何设计？答：有两种情况可以使芯片进入ISP状态：（1）将芯片的P0.14引脚拉低后，复位芯片，可以进入ISP状态；（2）在芯片内部无有效用户

21、代码时，Boot Block自动进入ISP状态。5、LPC2000系列ARM7微控制器片内Flash是多位宽度的接口？（P145）它是通过哪个功能模块来提高Flash的访问速度？答：128位宽度接口, 通过存储器加速模块（MAM）来提高Flash的访问速度。6、若LPC2210/2220的bank0存储块使用32位总线，访问bank0时，地址线A1、A0是否有效？EMC模块中的BLSOBLS4具有什么功能？（P159）答：无效,( 如果存储器组配置成 16 位宽,则不需要 A0；8 位宽的存储器组需要使用 A0 。)；字节定位选择信号。7、LPC2000系列ARM7微控制器具有引脚功能复用特性

22、，那么如何设置某个引脚为指定功能？（P172）答：通过引脚功能选择寄存器的设定来设置某个引脚为指定功能。8、FIQ、IRQ有什么不同？向量IRQ和非向量IRQ有什么不同？（P189）答：FIQ为快速中断，具有最高优先级，中断响应最快，常用于处理非常重要、非常紧急的事件，IRQ为普通中断。向量IRQ具有中等优先级，对外部事件响应比较及时，常用于处理重要事件。非向量IRQ优先级最低，中断延迟时间比较长，常用于处理一般事件中断。9、在使能、禁止FIQ和IRQ时，为什么操作SPSR寄存器而不操作CPSR寄存器？(P75，P189，P200)答：在用户模式下，无法修改CPSR，只有在特权模式下修改SPS

23、R后，通过退出特权模式，然后恢复SPSR到CPSR，才能实现修改CPSR。 10、ARM内核对FIQ、向量IRQ和非向量IRQ有什么不同？（P200）FIQ优先级最高，中断响应最迅速。一旦发生FIQ中断，ARM处理器进入FIQ模式，而且ARM处理器为FIQ模式多设计了R8R12这5个私有寄存器，加速FIQ的处理；向量IRQ具有中等优先级，处理中断比较迅速；非IRQ中断优先级最低。11、向量中断能嵌套吗？请结合ARM体系结构进行阐述。答：能，但需要重新开中断。12、VIC的软件中断和ARM内核的软件中断一样吗？（188） ARM内核本身只有快速中断FIQ和普通中断IRQ这2条中断输入信号线，只能

24、接受2个中断。如果处理2个以上的中断事件，就需要借助向量中断控制器（VIC）。13、设置引脚为GPIO功能时，如何控制某个引脚单独输入/输出？（P181）当前要知道某个引脚当前的输出状态时，是读取IOPIN寄存器还是读取IOSET寄存器？答：通过GPIO方向寄存器来控制引脚单独输入/输出。比如某引脚作输出时，将IODIR寄存器的相应位设置为1。当前要知道某个引脚当前的输出状态时，读取IOPIN寄存器，因为IOSET寄存器控制引脚输出高电平。14、P0.2和P0.3口是IC接口，当设置它们为GPIO时，是否需要外接上拉电阻才能输出高电平？(P183)答：需要外接上拉电阻。15、写出至少3种GPI

25、O的应用实例。（P183-187）1、将P0.0设置为输出高电平。2、使用GPIO控制蜂鸣器。3、读取P0.0引脚的电平状态。4、读取按键状态。5、在多个I/O口线上输出数据。15、使用SPI主模式时，SSEL引脚是否可以作为GPIO？(P238) 若不能，SSEL引脚应如何处理？答：不能，SSEL引脚应接上拉电阻。16、LPC2114的2个UART符合什么标准？(P276)哪一个UART可用作ISP通信？（P278）哪一个UART具有Modem接口？答：符合16C550工业标准。UART0可用作ISP通信，UART1具有Modem接口。17、介绍IC和SPI总线的特点，并分别介绍几款基于这两

26、种总线的芯片。（P238，P250）答：IC BUS（Inter IC BUC）是NXP半导体公司推出的芯片间串行传输总线，它以2根连线实现了完善的双向数据传送，可以极为方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。IC总线采用了器件地址的硬件设置方法，通过软件寻址完全避免了器件的片选线寻址方法。从而使硬件系统具有最简单而灵活的扩展方法。基于IC的芯片有FM24CL04和ZLG7290等。SPI总线（串行外设接口）总线系统是一种全双工同步串行外设接口，允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。一个SPI总线可以连接多个主机和多个从机，但是在同一时刻只允许有一个主机操作总线。基于SPI总线的

27、芯片有ISD4003语音芯片和电能计量芯片ATT7022等等。18、LPC2114具有几个32位定时器？(P222) PWM定时器是否可以作通用定时器使用？（没讲）答：有2个32位定时器，分别是定时器0和定时器1。PWM定时器不能用作通用定时器使用。19、LPC2000系列ARM7微控制器具有哪两种低耗模式？如何降低系统的功耗？（P89，P141）答：2个低功耗模式：空闲模式和掉电模式；可以通过个别使能/禁止外部功能来优化功耗。2计算PLL设置值假设有一个基于LPC2114的系统，所使用的晶振为11.0592MHZ石英晶振。请计算出最大的系统时钟（CCLK）频率为多少MHz？此时PLL的M值和

28、P值各为多少？请列出计算公式，并编写设置PLL的程序段。解：LPC2214最大的系统时钟频率是60MHz，FcclkM*Fosc=60MHZ Fosc11.0592MHz所以M=5 FcclkFosc*M=55.296MHz 又156MHzFcco320MHz P=Fcco/(Fcclk*2) 当Fcco取156MHZ时，P=1.3 当个Fcco取最高频率时即320时，P=2.67 所以P=2程序清单：Uint8 PLLSet(uint32 Fcclk,uint32 Fosc,uint32 Fcco) Uint8 i; Uint32 plldat; i = (Fcco/Fcclk); swit

29、ch(i) case 2: plldat=(Fcclk/Fosc)-1)|(05); break; case 4: plldat=(Fcclk/Fosc)-1)|(15); break; case 8: plldat=(Fcclk/Fosc)-1)|(25); break;case 16: plldat=(Fcclk/Fosc)-1)|(35); break; default: return(FALSE); break; PLLCON = 1; PLLCFG = plldat; PLLFEED = 0xaa; PLLFEED = 0x55; while(PLLSTAT & (110) = 0)

30、; PLLCON = 3; PLLFEED = 0xaa; PLLFEED = 0x55; return(TRUE);3、存储器重影射：（1）LPC2210/2220具有（ D ）种存储映射模式。(P106，P139) (A)3 (B)5 (C)1 (D)4（2）当程序已固化到片内Flash，向量表保存在0x00000000起始处，则MAP1:0的值应该为（ B ）。(P138-P139) (A)00 (B)01 (C)10 (D)11（3）LPC2000系列APM7微控制器存储器重映射的目标起始地址为（ 0x00000000 ），共有（ 16 ）个字。 (A)0x00000000，8 (B)

31、0x40000000，8 (C)0x00000000，16 (D)0x7FFFE000，84、外部中断唤醒掉电设计以下代码是初始化外部中断0，用它来唤醒掉电的LPC2114，请填空。（P214） PINSEL0=0x00000000; PINSEL1=(PINSEL1 & 0XFFFFFFFC) | 0x01； /设置I/O口连接。P0.16设置为EINT0 EXTMODE=EXTMODE & 0x0E； /设置EINT0为电平触发模式 EXTPOLAR=EXTPOLAR & 0x0E； /设置EINT0为低电平触发 EXTWAKE= 0x01； /允许外部中断0唤醒掉电的CPU EXTINT=0x0F； /消除外部中断标志-