湖南工业大学电子信息工程arm嵌入式考试重点.docx

1.嵌入式系统的定义：嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，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2.三个基本要素：嵌入性、专用性与计算机系统3.Embedded System4. 嵌入式系统发展的4 个阶段1）以单片机为核心的低级嵌入式系统2）以嵌入式微处理器为基础的初级嵌入式系统3）以嵌入式操作系统为标志的中级嵌入式系统4）以Internet 为标志的高级嵌入式系统5. 基于32位/64位微处理器的嵌入式系统的优势：① 芯片内外资源丰富，硬件系统简单；② 可运行各种操作系统，降低了复杂系统应用程序开发的难度；可运行多种操作系统，应用程序开发难度降低，系统人机界面友好；③ 系统数据处理能力强，控制精度高；④ 有成熟的开发工具，丰富的开发资源和资料；⑤ 32位/64位的嵌入式系统的开发人群不断增多，有助于降低企业项目开发成本、保持开发的连续性6.嵌入式系统的硬件：由电源模块、嵌入式处理器、存储器模块、可编程逻辑器件、嵌入式系统周边元器件、各种I\O接口、总线以及外部设备和插件等组成7.嵌入式系统的软件：中间层程序、嵌入式操作系统、应用软件层。

8.嵌入式处理器的种类：嵌入式微处理器（Embedded Microcomputer Unit，EMPU）:例如arm、PowerPC等 嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller Unit，EMCU）：例如单片机嵌入式数字信号处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）：专用于数字信号处理的微处理器嵌入式片上系统（System On Chip，SOC）：将一个完整的产品的各功能集成在一个芯片上或芯片组上嵌入式可编程片上系统（System On a Programmable Chip，SOPC)：基于FPGA的可重构SOC9.嵌入式操作系统特点：编码体积小、面向应用、实时性强、可移植性好、可靠性高以及专用性强10.常用嵌入式操作系统：Linux、μC/OS-II、Windows CE、VxWorks、苹果iOS、Android11.嵌入式系统的总体考虑1）嵌入式微处理器及操作系统的选择：嵌入式微处理器和操作系统种类繁多，根据需要选择2）开发工具的选择：开发工具繁多，在同一系统下开发的不同阶段也可以使用不同的开发工具，根据需要来选择3）对目标系统的观察与控制：由于嵌入式硬件系统千差万别，软件模块和系统资源也多种多样，因此要使系统能正常工作，软件开发者必须要对目标系统具有完全的观察和控制能力。

12.嵌入式系统的设计方法1）传统的设计方法：①需求分析；②硬软件的设计、开发、调试、测试；③系统集成；④集成测试；⑤若系统正确，则结束；⑥若出现错误，则需要对硬软件分别验证和修改；⑦返回第③步由于将硬软件分别开发，因此各自部分的修改和缺陷很容易导致系统集成时出现错误2）软硬件协同设计①需求分析；②硬软件协同设计；③硬软件实现；④硬件软协同测试和验证优点是在协同设计、协同测试、协同验证的基础上，充分考虑了硬软件的关系，并在设计额每个层次上进行测试验证，使得尽早发现和解决问题，避免灾难性错误的出现，这样提高了系统开发效率，也降低了开发成本13.嵌入式系统的开发环境组成：宿主机：开发主机调试仿真器：通用芯片，不是专用的，软硬件综合起来，模拟多种芯片工作目标机14.嵌入式系统的调试工具：指令集模拟器、驻留监控软件、JTAG仿真器（joint test action group）、仿真器15.嵌入式系统的应用模式：1）非操作系统层次的应用：用于结构简单或实时性要求非常高的系统中；2）操作系统非GUI层次的应用：应用程序建立在操作系统基础上，是为了实现程序的多任务及实时性；3）操作系统GUI层次的应用：方便实现人机交互功能、网络功能、数据库功能以及其他更复杂的应用16.嵌入式应用软件开发的特点：1）需要交叉编译工具：①目标机上的资源较为有限，直接在目标机上开发和调试应用软件几乎不可能；②嵌入式系统微处理器的指令系统与PC处理器芯片指令系统不同；2）通过仿真手段进行调试：目标机调试排错是非常困难的，原因是输入输出方式较少，多数嵌入式系统显示面积小，甚至没有显示屏，从而无法显示调试信息；调试工具需要较大存储空间；3）目标机是最终的运行环境：开发、调试在PC上完成，运行在目标机上；4）执行应用程序的指令通常需要写入操作系统：在PC上应用程序的执行是在操作系统的图形用户界面或命令状态下进行的，操作系统与该应用程序无直接联系，但嵌入式系统中，应用层序的启动执行指令需要预先写入操作系统的任务调度程序里，编译在目标程序中；5）系统资源有限：对目标程序有严格的长度限制；6）控制特定部件：需要针对特定的部件做更加细致的编写作业，如键盘，目标机上要多个ASCII码输入码被分配到一个键上。

17.嵌入式处理器内核种类MIPS公司的MIPS处理器内核；ARM公司的ARM处理器内核；IBM、Apple以及Motorola公司联合开发的PowerPC；Motorola公司的68K/COLDFIRE嵌入式处理器内核是一项设计技术，并不是一个芯片18.ARM体系结构的技术特征1）单周期操作：ARM指令系统在一个机器周期内完成简单和基本的操作2）采用加载/存储指令结构：存储器访问指令的执行时间长，因此只采用了加载和存储两种指令对存储器进行读和写的操作，面向运算部件的操作都经过加载指令和存储指令，从存储器取出后预先存放到寄存器对内，以加快执行速度3）固定的32位长度指令：指令格式固定为32位长度，使指令译码结构简单，效率提高4）3地址指令格式：采用三地址指令格式、较多寄存器和对称的指令格式便于生成优化代码5）指令流水线技术：ARM采用多级流水线技术，以提高指令执行的效率19.ARM处理器的工作状态：ARM状态：32位指令状态Thumb状态：16位Thumb指令的状态20.ARM处理器的工作模式：用户模式User、快速中断模式FIQ、外部中断模式IRQ、管理模式SVC、中止模式ABT、未定义指令模式UND、系统模式SYSInterrupt request，Supervisor，abort21.ARM状态下的寄存器R0-R7通用寄存器R8-R12 FIQ模式不同 形如R8_fiqR13-R14 每个模式都不同R13：SP，堆栈指针R14：LR（link register），程序连接寄存器R15：PC，当前状态寄存器CPSR：程序状态寄存器，4位条件码标志（N：符号标志；Z：全0标志；C：进借位标志（加法进位C=1；减法借位C=0）；V：溢出标志（有是1，没有是0））、1位Q标志（增强的DSP运算指令溢出或饱和标志）及8位控制标志（I：禁止外部中断控制位；F：禁止快速中断控制位；T：与Thumb指令切换控制位；M4~M0：模式选择位）22.ARM异常种类及异常中断向量7种类型的异常分成6级，优先级由高到低依次是:1）复位（RESET）异常；2）数据访问中止（DABT）异常； 3）快速中断请求（FIQ）异常；4）外部中断请求（IRQ）异常；5）指令预取中止（PABT）异常；prefetch6）软件中断（SWI,software）异常和未定义的指令（UND）异常最低优先级。

software每半字节一个异常类型地址段复位异常的优先级最高，因此任何情况下，只要进入复位状态，系统无条件地将PC指向0x00000000处，去执行系统第一条指令通常此处放一条无条件的转移指令，转移到系统初始化程序处23.ARM存储字数据的格式大端格式（高字节优先放）、小端格式24.ARM微处理器的数据类型字节（8位）、半字（16位）、字（32位）字需要4字节对齐（地址的低两位为0）半字需要2字节对齐（地址的低两位为0）25.流水线技术：所谓流水线电路，就是将一个电路系统或电路系统的大的数据处理电路模块分成几个小的数据处理电路模块，并且沿着数据通路引入流水锁存器，这样就可以减小有效关键路径，从而提高系统的时钟速度或采样速度，或者可以在同样的速度下降低功耗电路中的关键路径，是指数据流图DFG中具有零延时的所有路径中据欧最长运算时间的路径流水线的两个主要缺点是增加了锁存器数目和系统的迟滞一个流水线电路系统的速度（或时钟周期）由任意两个锁存器间，或一个输出和一个锁存器，或一个锁存器和一个输出间，或输入与输出之间路径中最长的路径限定这个最长的路径或“关键路径”可以通过在电路系统中适当地插入流水线锁存器来减小。

在一个M级流水线系统中，从输入到输出的任一路径上的延时元件数目是（M-1），它要大于在原始时序电路中同一路径上的延时元件数若要使电路正常工作，相邻的两个寄存器之间路径的时延应小于寄存器的时钟信号CLK的周期 Tclk ，亦即流水线锁存器的时钟周期Tclk应大于所有功能部件中的最长执行时间同时要使流水线电路正常工作，并且系统处理速度尽可能快，流水线数据通路上的各个功能部件的执行时间因尽可能均衡tmax≤Tclk26.ARM指令格式每条ARM指令都是32位{}{S} ,,；指令的操作码，如MOV指令执行的条件域（即条件码，EQ,NE等）指令的执行结果会影响CPSR中相应的状态标志目的寄存器必须是寄存器可以使寄存器、内存存储单元或立即数后为注释27.操作数符号立即数符号：#二进制数符号：%二进制数符号：2_十六进制数符号：0x更新基址寄存器符号：！复制SPSR到CPSR符号:^指示寄存器列表范围符号“-”28.ARM指令中的移位操作1）逻辑左移：LSL，补0（shift）2）逻辑右移：LSR，补03）算术左移：ASL，补0（arithmetic）4）算术右移：ASR，用符号位填充5）循环右移，ROR，（rotate）6）带扩展的循环右移：RRX（rotate right with extend），进位标志位填充29.寻址方式寄存器寻址：利用寄存器中的数值作为操作数寄存器间接寻址：将寄存器中的值作为操作数的地址，而操作数本身放在存储器中基址加变址寻址（也是间接寻址）：将寄存器的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址多寄存器寻址（块拷贝寻址）（也是间接寻址）：最多传送16个通用寄存器的值，是LDM/STM的寻址方式30.ARM条件码CPSR：程序状态寄存器，4位条件码标志（N：符号标志；Z：全0标志；C：进借位标志（加法进位C=1，没有C=0；减法借位C=0，无借位即C=1）；V：溢出标志（有是1，没有是0））、1位Q标志（增强的DSP运算指令溢出或饱和标志）及8位控制标志（I：禁止外部中断控制位；F：禁止快速中断控制位；T：与Thumb指令切换控制位；M4~M0：模式选择位）EQ（equality）：相等，Z=1NE（not equality）：不相等，Z=0CS（carry set）:无符号数大于或等于，C=1CC：无符号数小于，C=0MI（minus）：负数，N=1PL（plus）：正数或零，N=0VS（overflow set）：溢出，V=1。