嵌入式系统原理及接口复习要点及思考题答案计

1、-各位：根据掌握要点认真复习，后面附有作业题答案。第1章 掌握要点1.1.1节 嵌入式系统的概念1.13节 嵌入式系统的特点1.3节 嵌入式处理器1.4节 嵌入式系统的组成看课件，有补充的容补：1.嵌入式系统开发过程.2.嵌入式系统调试常用的根本方法3.穿插编译和穿插调试4.嵌入式操作系统第2章 掌握要点2.1节 计算机体系构造分类2.3.1节 ARM和Thumb状态2.3.2节 RISC技术2.3.3节 流水线技术2.4.1 ARM存储系统2.4.2 Cache:写通、写回、读操作分配cache、写操作分配cache、工作原理、地址映像 2.4.3节 ARM存储系统补充: (见课件)1. ARM简介：ARM的命名方式、5种变形2.理解片Flash的3种编程方法。3.理解ARM7芯片存储器存储空间分布。8个bank，每个bank32MB第3章 掌握要点3.1节 ARM编程模式：处理器模式、处理器工作状态、存放器组织、异常中断3.2节 指令格式和寻址方式3.3节 指令系统：掌握和熟练应用课件所讲的指令、可编程序段第5章 掌握要点5.1节 键盘接口：行扫描法原理、掌握编写驱动程序5.2节

2、LED显示器接口：理解工作原理，掌握编写驱动程序55.1节 UART异步串行接口：异步通信格式、接收的4种错误类型、初始化、发送程序、接收程序第1章作业题答案：1.什么是嵌入式系统. 第一种，根据IEEE国际电气和电子工程师协会的定义： 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants。 第二种，嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为根底、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、本钱、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 两种定义之一即可。2.与通用型计算机相比，嵌入式系统有哪些特点.n 通常是面向特定应用的；n 空间和各种资源相对缺乏，必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余； n 产品升级换代和具体产品同步，具有较长的生命周期； n 软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身；n 不具备自举开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进展开发3.举例介绍嵌入式微处理器有哪几类.1嵌入式微处理器(Embedded

3、 Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式处理器目前主要有Aml86/88、386E*、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。（2） 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、P51*A、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。（3） 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Te*as Instruments的TMS320系列和Motorola 摩托罗拉的DSP56000 系列。（4） 嵌入式片上系统(System On Chip) 4.从硬件系统来看，嵌入式系统由哪几局部组成.画出简图。 嵌入式核心芯片，EMPU嵌入式微处理器、EMCU嵌入式微控制器、EDSP嵌入式数字信号处理器、ESoC嵌入式片上系统。 用以保存固件的ROM非挥发性只读存储器。 用以保存程序数据的RA

4、M挥发性的随机存储器。 连接微控制器和开关、按钮、传感器、模/数转化器、控制器、LED发光二极管、显示器的I/O端口。 5.嵌入式微处理器和嵌入式微控制器分别由哪些部件组成，两者有何区别。答：嵌入式微处理器的根底是通用计算机中的CPU。嵌入式微处理器=运算器+控制器+存放器组+总线，在应用中必须装配在专门设计的电路板上，在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件。嵌入式微控制器=cpu核+存储器+I/o接口+辅助电路时钟、A/D、D/A等嵌入式微处理器与嵌入式微控制器的区别：嵌入式微处理器只含有核，嵌入式微控制器除含有核外，部还包含ROM、RAM存储器以及各种外设接口、辅助电路等。6嵌入式操作系统通常含有几层，主要实现何功能。嵌入式操作系统通常包括:1驱动层：硬件相关的底层驱动软件和设备驱动接口；如： LCD 、触摸屏的驱动及接口。 2操作系统层：系统核根本模块，扩展模块可裁剪。根本模块包含存管理、文件管理和进程调度；扩展模块包含网络模块、图形驱动、数据库驱动等。 3应用层：应用程序接口。7.嵌入式系统开发过程.答：嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和

5、嵌入式软件开发3大局部。流程如下列图。系统定义可行性研究需求分析软硬件集成系统总体框架软硬件划分处理器选定操作系统选定开发环境选定系统总体设计硬件概要设计硬件详细设计硬件制作硬件测试软件概要设计软件详细设计软件实现软件测试硬件设计制作软件设计实现功能性能测试符合要求产品YN嵌入式系统开发流程图8.嵌入式系统调试常用的根本方法.答：常用的三种方法：模拟调试Simulator、全仿真调试Emulator、BDM/JTAG调试BDM/JTAG Debugger。模拟调试：调试器和待调试的嵌入式软件都在主机上运行，由主机提供一个模拟的目标运行环境，可以进展语法和逻辑上的调试。全仿真调试Emulator：这种方式用仿真器完全取代目标板上的MCU，仿真器是仿照目标机上的CPU而专门设计的硬件。仿真器与目标板通过仿真头连接，与主机有串口、并口、网口或USB口等连接方式。BDM/JTAG调试：这种方式有一个硬件调试体。该硬件调试体与目标板通过BDM、JTAG等调试接口相连，与主机通过串口、并口、网口或USB口相连。待调试软件通过BDM/JTAG调试器下载到目标板上运行。9.理解穿插编译和穿插调试。答：

6、嵌入式软件开发所采用的编译为穿插编译。在一种计算机环境中运行的编译程序，能编译出在另外一种环境下运行的代码，称这种编译器支持穿插编译。简单地说，就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。要进展穿插编译，需要在主机平台上安装对应的穿插编译器，然后用这个穿插编译器编译源代码，最终生成可在目标平台上运行的代码。在嵌入式软件开发中，调试时采用的是在宿主机和目标机之间进展的穿插调试，调试器仍然运行在宿主机的通用操作系统之上，但被调试的进程却是运行在基于特定硬件平台的嵌入式操作系统中，调试器和被调试进程通过串口或者网络进展通信，调试器可以控制、被调试进程，读取被调试进程的当前状态，并能够改变被调试进程的运行状态。第二章作业答案1ARM处理器工作模式有几种?各种工作模式下分别有什么特点?答：ARM微处理器支持用户、系统、快速中断、外部中断、管理、中止、未定义等7种工作模式。各工作模式拥有自己的存放器组，不同的工作模式间可以相互切换，共有两种方式。第一种，发生异常时，处理器自动改变CPSR中M4:0的值，进入相应的工作模式；第二种，当处理器处于特权模式时，用指令向CPSR的M4:0字段写入特定的值

7、，以进入相应的工作模式。当处理器处于用户模式时，不能改变工作模式，除非发生异常。2.ARM处理器总共有多少个存放器，这些存放器按其在用户编程中的功能是如何划分的?这些存放器在使用中各有何特殊之处?答：ARM处理器总共有37个存放器，各存放器均为32位。31个通用存放器，包括程序计数器PC；6个状态存放器。这些存放器按其在用户编程中的功能可划分为：通用存放器和状态存放器。根据ARM处理器不同工作模式，可将全部存放器分成7组；各工作模式拥有属于自己的存放器组，也只能自己的存放器组。3.存放器R13，R14，R15的专用功能各是什么. 答：1存放器R13用作堆栈指针SP；2存放器R14用作子程序存放器，也称为LR ，用以保存返回地址；3R15PC用作程序计数器。4.假设存放器R1=0*01020304，分别按小端模式和大端模式存储在0*30000字单元中，试分别画出两种模式下存存储容，并标出存地址。0*300000*300010*300020*300030*010*020*030*04大端模式0*300000*300010*300020*300030*040*030*020*01小端模式5.

8、试述ARM处理器对异常中断的响应过程。答：当一个异常出现以后，ARM微处理器执行完当前指令后复位异常除外会执行以下几步操作：（1） 将CPSR复制到相应到相应模式下的SPSR中，设置CPSR:置位I位制止IRQ中断清零T位进入ARM状态设置MOD位，切换处理器至相应模式（2） 将下一条指令的地址存入相应连接存放器LRR14_*，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开场执行。（3） 强制PC从相关的异常向量地址取一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。6.如何从异常中断处理程序中返回?需要注意哪些问题?答：异常处理完毕之后，ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回： （1） 将SPSR复制回CPSR中，恢复原处理器工作模式。（2） 将连接存放器LRR14_*的值减去相应的偏移量后送到PC中，跳转到被中断的用户程序。7.ARM存储器的存储周期有几种类型，对应于cache和存储器是何存储周期.答：1空闲周期 I周期-部周期，不执行存储器；可播送下一次的地址以便开场译码，与S周期配合实现总线上的突发传送。（2） 顺序周期 S周期-顺序周期：多用于实现总线上的突发传送，第一个周期必

9、须是一个部周期。cache传送（3） 协处理器存放器传送周期 C周期-协处理器存放器传递周期：通过数据总线向或从协处理器传送数据；传送期间，存储系统不允许驱动数据总线。（4） 非顺序周期 N周期-非顺序周期：最简单的总线周期，存储控制器必须启动存储器来满足这个请求；该方式存储系统常需要长的时间。(存储器读写)cache：I周期、S周期存储器：N周期8.何谓cache.简述cache的工作原理。(第2版书P44)9.何谓写通cache和写回cache，两者有何区别.答：1写回法是指CPU在执行写操作时，被写的数据只写入cache，不写入主存。仅当需要替换时，才把已经修改的cache块写回到主存中。 采用写回法进展数据更新的cache称为写回cache。（2） 写通法是指CPU在执行写操作时，必须把数据同时写入cache和主存。采用写通法进展数据更新的cache称为写通cache。10.arm的MMU主要实现何功能。答：1虚拟存储空间到物理存储空间的映射。在ARM中采用了页式虚拟存储管理，通过两级页表实现虚拟地址到物理地址的映射。2存储器权限的控制。 3设置虚拟存储空间的缓冲特性：Cache/write buffer11.协处理器cp15主要实现的功能.答：1用于处理、控

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