嵌入式系统基础.pdf

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1、第1章 嵌入式系统基础1.什么是嵌入式系统？它由哪几部分组成？有何特点？写出你所想到的嵌入式系统。答：(1)定义：国内对嵌入式系统的一般定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。(2)组成：嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等儿部分组成。(3)特点：a.软硬件一体化，集计算机技术、微电子技术、行业技术于-体;b,需要操作系统支持，代码小，执行速度快；c.专用紧凑，用途固定，成本敏感；d.可靠性要求高；e.多样性，应用广泛，种类繁多。(4)嵌入式系统：个人数字助理(P D A)、机顶盒(

2、S T B)、I P 电话。2 .嵌入式处理器分为哪几类？答：(1)低端的微控制器(M i cr oC ont r olle r U ni t,M C U)；(2)中高端的嵌入式微处理器(E mbe d e d M i cr oP r oce s s or U ni t,E M P U)；(3)通信领域的 D S P 处理器(D i g i t a l S i g na l P r oce s s or,D S P)；(4)高度集成的片上系统(S y s t e m on C h i p,S oO o3 .A R M 英文原意是什么？它是一个怎样的公司？其处理器有何特点？答：(1)英文原意：A

3、 d v a nce d R I S C M a ch i ne s。高级精简指令集机器。(2)公司简介：该公司是全球领先的1 6/3 2 位 R I S C 微处理器知识产权设计供应商，通过将其高性能、低成本、低功耗的R I S C 微处理器、外围和系统芯片设计技术转让给合作伙伴来生产各具特色的芯片。A R M 公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的R I S C 标准。(3)其处理器特点：a.小体积、低功耗、低成本而高性能；b.1 6/3 2 位双指令集；c.全球的合作伙伴众多。4 .什么是实时系统？它有哪些特征？如何分类？答：(1)实时系统的定义：实时系统(R e

4、a l T i me S y s t e m)是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。(2)特征：实时性、并行性、多路性、独立性、可预测性、可靠性。(3)分类：根据响应时间的不同，实时系统可分为3 种类型：强实时系统、弱实时系统、一般实时系统。根据确定性的不同，实时系统可分为2 种类型：硬实时、软实时。5.R T O S由哪几部分组成？它有哪些特点？与一般操作系统相比有何不同？答：(1)组成：实时内核、网络组件、文件系统、图形用户界面。(2)特点：a.支持异步事件的响应；b.中断和调度任务的优先级机制；c.支持抢占式调度；d.确定的任务切换时间和中断延迟时间；e.支持同步。(3)与一般O

5、S的不同:a.实时性：响应速度快，只有儿微秒；执行时间确定，可预测；b.代码尺寸小:只有1 O 1 O O K B,节省内存空间，降低成本;c.应用程序开发较难；d.需要专用开发工具：仿真器、编译器和调试器等。6.单片机系统、嵌入式系统和SO C 系统三者有何区别和联系？答：(1)目前嵌入式系统的主流是以3 2 位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统(R T O S)的软件设计；(2)单片机系统多为4 位、8 位、1 6 位机，不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能；(3)嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计；(4)嵌入式系统设计的核

6、心是软件设计(占7 0%左右的工作量)，单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。(5)So C 是嵌入式系统的最高实现形式，它集成了许多功能模块，它的核心技术是 I P (I n t e l l e c t u a l P r o p e r t y C o r e,知识产权核)核。第 2 章 嵌入式系统开发过程1.嵌入式系统开发过程分为哪几个阶段？每个阶段的特点是什么？答：(1)需求分析阶段：a.对问题的识别和分析；b.制定规格说明文档；c.需求评审。(2)设计阶段：a.数据流分析；b.划分任务；c.定义任务间的接口。(3)生成代码阶段：a.代码编程；b.交叉编译和链接；c.交叉调试；d.测试

7、。(4)固化阶段2.嵌入式系统有哪几种调试方式？现在最流行的是哪种？使用什么接口？答：(1)调试方式：源程序模拟器方式、监控器方式、仿真器方式。（2）现在最流行的是仿真器方式，使用JT AG（Joi nt T e s t Ac t i on Gr ou p,联合测试行动组）接口。3.什么是板级支持包？它一般应完成哪些工作？答：（1）定义：有些嵌入式操作系统的内核明确分为两层，上层一般称为“内核”，而底层则称为“硬件抽象层”或“硬件适配层，缩写为HAL,有的厂商将硬件抽象层称为BS P,即板级支持包（Boa r d S u p p or tP a c k a g e ）（2）主要完成工作：a.在

8、系统启动时;对硬件进行初始化。B.为驱动程序提供访问硬件的手段。（3）主要作用：消除硬件差异。4.什么是交叉开发环境？为什么需要交叉开发环境？答：（1）定义：交叉开发环境是指实现编译、链接和调试应用程序代码的环境。与运行应用程序的环境不同，它分散在有通信连接的宿主机与目标机环境中。（2）目标机（T a r g e t）可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能替代实际环境的仿真系统。但是目标机的硬件资源有限，而宿主机的软硬件资源丰富，它上面的辅助开发工具能大大提高软件开发的效率和进度。第 3 章 ARM体系结构1.ARM的英文全名是什么？ARM处理器有什么特点？答：见第1 章课后习题第3

9、题。2.ARM7 和 ARM9 在流水线方面有何不同？答:ARM7 是 3 级流水线结构，ARM9 是 5 级流水线结构。AR M9 把 3 级流水线中的执行阶段的操作进行再分配，即把执行阶段中的“寄存器读”插在译码阶段中完成，把“寄存器写”安排在另一级（即第5 级）完成，同时，在该级之前，再安排一级（存储访问）。ARM 7TDM I取指 译码 执行取指 译码 执行 存储器 写3.ARM处理器支持的数据类型有哪些？答：（1）By t e 字节，8 位；（2）Ha l f w or d 半字，1 6 位；（3）W o r d 字，3 2 位;4.写出A R M 使用的各种工作模式和工作状态。答：

10、（1）工作模式：用 户 模 式处 理 器 模 式 异 常 模 式.特 权 模 式系 统 模 式详见下表：QQ理止定FIIR管中未义处理器模 式说 明用户usr正常程序执行模式FIQf iq支持高速数据传送或通道处理IRQirq用于通用中断处理管理SVC操作系统保护模式中止abt实现虚拟存储器和/或存储器保护未定义und支持硬件协处理器的软件仿真系统sys运行特权操作系统任务(2)工作状态：a.A R M：3 2 位，这种状态下执行字对齐的A R M 指令；b.T hu m b：1 6 位，这种状态下执行半字对齐的T hu m b 指令。5.A R M 处理器总共有多少个寄存器？其中哪个用做P

11、C?哪个用做L R?答：(1)A R M 处理器总共有3 7 个寄存器：3 1 个通用寄存器，6 个状态寄存器。(2)R 1 5 用做程序计数器P C,R 1 4 用做子程序链接寄存器L R o6.假设R 0=0 x l2 3 4 5 6 7 8,使用将R 0 存储到0 x 4 0 0 0 的指令存到存储器中，若存储器为大端组织，写出从存储器0 x 4 0 0 0 处加载一个字节到R 2 的指令执行后R 2的值。答：由于0 x 4 0 0 0 是大端组织，所以R 0 存进后，0 x 4 0 0 0 中有数0 x 5 6 7 8 1 2 3 4,从 0 x 4 0 0 0 加载一个字节到R 2

12、后(由地位到高位加载)，R 2 的值为0 x 3 4。7.A R M 9 2 0 T 处理器加入了哪两个协处理器？各自的主要功能是什么？答：A R M 9 2 0 T 处理器加入了两个协处理器：(D C P 1 4,允许软件访问调试通信通道；(2)系统控制协处理器C P 1 5,提供了一些附加寄存器用于配置和控制C a c he s、M M U、保护系统、时钟模式和其他系统选项。8 .A R M 9 2 0 T 支持哪些时钟模式？答：快速总线模式、同步模式、异步模式。9 .什么是写直达和写回C a c he 操作，各有何特点？答：（1）写直达：当C P U 对 C a c he 写命中时，C

13、a c he 与主存同时发生写修改。优点：一致性好；缺点：耗时。（2）写回：当C P U 对 C a c he 写命中时，只修改C a c he 的内容而不立即写入主存，只当此执行被换出时才写回主存。优点：减少访问主存次数，提高效率。缺点：一致性差点。1 0 .A R M 为何集成了 3 2 位的A R M 指令集和1 6 位的T hu m b 指令集？（即它的好处）答：可提供长的转移范围、强大的算术运算能力和大的寻址空间。1 1 .什么是b ig-e nd i a n 和 l i t t l e-e n d i a n,编写一段程序测试你所用的计算机体系结构采用哪种存储机制？答：（1）大端存

14、储系统（b i g-e n d i a n）：低地址存放高字节，高地址存放低字节。小端存储系统（l i t t l e-e n d i a n）:低地址存放低字节，高地址存放高字节。（2）i n t x=0 x1 2 3 4 5 6 7 8;i n t *p=&x;i f（*（c ha r*）p=0 x7 8）,l i t t l e e n d i a ne l s e,b i g e n d i a n第 4 章 ARM系统硬件设计基础1 .一个典型的可执行映像由哪几部分组成？答：RO（代图和只读数据）编译结果ZI（初始化为。的可读写数据）只定义了变量名的全局变量RW（可读写数据）定义时带

15、初始值的全局变量2 .汇编和C 语言的相互调用方法。答：（1）汇编程序调用C 程序的方法为：首先在汇编程序中使用IMPO RT 伪指令事先声明将要调用的C 语言函数；然后通过BL指令来调用C 函数。（2）C 程序调用汇编子程序的方法为：首先在汇编程序中使用EXPO RT 伪指令声明被调用的子程序，表示该子程序将在其他文件中被调用；然后在 C 程序中使用e xt e r n 关键字声明要调用的汇编子程序为外部函数。（补充）3.基于ARM的硬件启动流程？答：（1）分配中断向量表；（2）初始化存储器系统；（3）初始化各工作模式下的堆栈；（4）初始化有特殊要求的硬件模块；（5）初始化用户程序的执行环境；（6）切换处理器的工作模式；（7）调用主应用程序。第 5 章 基 于 S 3 C2 4 1 0 的系统硬件设计1.复习掌握：P2 3 0 I/O 口编程实例。补充：2.中断的处理流程？答：（1）保存现场；（2）模式切换；（3）获取中断源；（4）中断处理；（5）中端返回，恢复现场。专业好文档精心整理欢迎下载