嵌入式系统原理与开发课后答案文档.pdf

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1、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。

2、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、）。（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

4、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

5、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

6、、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

7、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？P38 ARM 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 CPSRSPSR r15 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

8、，以改变各状态位？P39 N、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 Thum

9、b 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。P41 r14-=return link SPSR-=CPSR CPSR【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 then CPSR6=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

10、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

11、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+1 DA：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

12、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？P119 Bootloader 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

13、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

14、）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。P93 5、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

15、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

16、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

17、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？P153 共享数据结构：必须实现存取的互斥机制 消息机制：任务可以通过内核提供的系统服务向另一个任务发送消息。5、任务之间的同步方式有哪几种？每一种方式的特点是什么？答：单向同步（P155 图 5-5）、双向同步（两个任务可以用两个信号量同步它们的行为）6、简要说明操作系统的结构组成。实时内核、文件系统、图形用户接口、网络组件。7、试解释下列术语的含义 任务：一个线程或程序任务切换：CPU 内容切换任务调度：决定执行哪个任务 8、UC/OS-II 中的任务有哪些状态？P150 休眠态、就绪态、运行态、挂起态、被中断态