嵌入式大作業(yè)

1、2015嵌入式大作業(yè) 一、敘述JTAG接口在嵌入式開發(fā)中的作用。JTAG是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議主要用于芯片內(nèi)部測試，JTAG接口的主要作用如下所述：u 它最初用來對(duì)電路和芯片進(jìn)行邊界掃描測定，它的基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)測試是訪問口（Test Access Port），通過JTAG專用的測試工具對(duì)器件內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。通過電路的邊界掃描測試技術(shù)，用具有邊界掃描功能的芯片構(gòu)成的印制板電路，可通過相應(yīng)的測試設(shè)備檢測芯片功能，檢測電路連接的正確性同時(shí)檢測它是否有預(yù)定的邏輯功能，從而對(duì)這塊印制電路進(jìn)行故障檢測和故障定位。u JTAG接口可以對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行測試，還可以對(duì)目標(biāo)板系統(tǒng)的存儲(chǔ)單元編程，經(jīng)常通

2、過JTAG接口直接燒寫嵌入式系統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器。u JTAG的引腳定義1. TCK為TAP提供一個(gè)獨(dú)立基本的時(shí)鐘信號(hào)，TAP的所有操作都是通過這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來驅(qū)動(dòng)的。2. TMS用來控制TAP狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換，通過TMS新號(hào)可以控制TAP在不同的狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，TMS信號(hào)在TCK信號(hào)的上升沿有效。3. TDI是數(shù)據(jù)輸入的接口，所有輸入到特定寄存器的數(shù)據(jù)都要通過TDI一位一位串行輸出。4. TDO數(shù)據(jù)輸出的接口所有從特定寄存器輸出的數(shù)據(jù)都要通過TDO一位一位串行輸出。5. TRST可以用來對(duì)TAP Controller進(jìn)行復(fù)位，該信號(hào)線可選，TMS也可以對(duì)其進(jìn)行復(fù)位。6. VTREF接口信號(hào)電平參考電壓

3、一般直接接V(supply),這個(gè)可以用來確定ARM的JTAG的接口邏輯電平。7. RTCK可選項(xiàng)，由目標(biāo)端反饋給仿真器的時(shí)鐘信號(hào)，用來同步TCK信號(hào)的產(chǎn)生，不使用時(shí)直接接地。8. System Reset可選項(xiàng)，與目標(biāo)板上的系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)相連，可以直接對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)復(fù)位，同時(shí)可以檢測目標(biāo)系統(tǒng)的復(fù)位情況，為了防止誤觸發(fā)應(yīng)在目標(biāo)端加上適當(dāng)?shù)纳衔浑娮琛?. USERIN用戶自定義輸入，可以接到一個(gè)口上，用來接收上位機(jī)的控制。10. USER OUT 用戶自定義輸出，可以接到一個(gè)口上，用來向上位機(jī)反饋一個(gè)狀態(tài)。二、敘述嵌入式平臺(tái)的搭建過程，以linux為例。1) 一:建立宿主機(jī)開發(fā)環(huán)境 建立交叉編譯的環(huán)境

4、即在宿主機(jī)上安裝與開發(fā)板相應(yīng)的編譯器及庫函數(shù)，以便能夠在宿主機(jī)上應(yīng)用開發(fā)工具編譯在目標(biāo)板上運(yùn)行的Linux引導(dǎo)程序，內(nèi)核，文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序交叉編譯：在特殊的環(huán)境下，把嵌入式程序代碼編譯成不同的CPU所對(duì)應(yīng)的機(jī)器代碼。開發(fā)時(shí)使用宿主機(jī)上的交叉編譯，匯編及鏈接工具形成可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼（該代碼只能在開發(fā)板上執(zhí)行），然后下載到開發(fā)板上運(yùn)行2) 下載和安裝arm-Linux-gcc編譯工具鏈下載最新的arm-Linux-gcc并解壓至當(dāng)前目錄下在系統(tǒng)配置文件profile中設(shè)置環(huán)境變量 方法：直接在profile文件中加入搜索路徑 立即使新的環(huán)境變量生效：運(yùn)行source命令，檢查是否將路徑加入到p

5、ath，測試是否安裝成功，編譯程序，測試交叉工具鏈3) 配置超級(jí)終端minicom minicom是宿主機(jī)與目標(biāo)板進(jìn)行通信的終端：在宿主機(jī)Linux終端中輸入：minicom-s或輸入minicom然后按ctrl+A+O對(duì)超級(jí)終端minicom進(jìn)行配置，再選擇串口并配置串口，最后保存即可4) 建立數(shù)據(jù)共享服務(wù)：NFS服務(wù)是Linux系統(tǒng)中經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)文件共享服務(wù)5) 編譯嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核：內(nèi)核配置，建立依存關(guān)系，建立內(nèi)核6) 制作文件系統(tǒng)三、給出現(xiàn)今有哪些用于嵌入式開發(fā)的芯片名稱，他們分是哪些公司的產(chǎn)品？體系結(jié)構(gòu)是什么？1) 基于32位RISC微處理器芯片的ARM7系列，ARM9系列，ARM9

6、E系列，ARM10E系列都是ARM公司的產(chǎn)品，arm9以上的體系結(jié)構(gòu)是哈佛總線體系結(jié)構(gòu)以下的是馮。諾依曼體系。2) TI公司的DSP處理器內(nèi)核是哈佛總線體系結(jié)構(gòu)。3) PowerPC公司的芯片，基于RISC結(jié)構(gòu)，是哈佛總線體系結(jié)構(gòu)。 4) MIPS公司的芯片，基于RISC結(jié)構(gòu)，是哈佛總線體系結(jié)構(gòu)。 四、現(xiàn)今較流行的嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？1 VxWork2 Linux3 C/OS-4 windows CE5 Android五、PXA270嵌入式開發(fā)板的接口有哪些？全雙工異步串行口和硬件流控制串行口，10M標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口10M/100M標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，USB接口，紅外通訊口，音頻接口，存儲(chǔ)卡口，視

7、頻和觸摸屏接口攝像頭接口，RTC時(shí)鐘接口，調(diào)試接口，下載接口，電源接口。六、請寫出Nor Flash和 Nand Flash的區(qū)別。Flash是一種非易失閃存，它具有和ROM一樣的掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失的特性。它主要分為Nor Flash和 Nand Flash。他們的主要區(qū)別如下所示： Nor Flash Nand Flash接口時(shí)序同SRAM，容易使用地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用，數(shù)據(jù)位較窄讀取速度較快讀取速度較慢檫除速度慢，以64-128KB的塊為單位檫除速度快，以8-32KB的塊為單位寫入速度慢（因?yàn)橐话阋叱懭胨俣瓤祀S機(jī)存取速度較快，支持XIP（eXecute In Place，芯片內(nèi)執(zhí)行），適

8、用于代碼存儲(chǔ)。在嵌入式系統(tǒng)中，常用于存放引導(dǎo)程序、根文件等順序讀取速度較快，隨機(jī)存取速度慢，適用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（如大容量的多媒體應(yīng)用）。在嵌入式系統(tǒng)中，常用于存放用戶文件系統(tǒng)等單片容量較小為1-32MB單片容量較大為8-128MB，提高了單元密度最大檫寫次數(shù)為10萬次最大檫寫次數(shù)為100萬次七、馮。諾依曼架構(gòu)與哈佛架構(gòu)的區(qū)別。他們的主要區(qū)別是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和總線連接形式不同。在馮·諾依曼的結(jié)構(gòu)中，存儲(chǔ)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和程序存儲(chǔ)空間是合在一起的，他們共享存儲(chǔ)器總線，即數(shù)據(jù)和指令在同一條總線上通過時(shí)分復(fù)用的方式進(jìn)行傳輸，這種結(jié)構(gòu)在高速運(yùn)行時(shí)，不能達(dá)到同時(shí)取指令和取操作數(shù)的目的從而形成傳

9、輸過程的瓶頸。在哈佛總線體系結(jié)構(gòu)的芯片內(nèi)部，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和程序存儲(chǔ)空間是分開的，所以哈佛總線體系在指令執(zhí)行時(shí)可以同時(shí)存取指令（來自程序空間）和取操作數(shù)（來自數(shù)據(jù)空間），因此具有更高的執(zhí)行效率，修正的哈佛總線結(jié)構(gòu)還可以在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳送數(shù)據(jù)。（目前大多數(shù)DSP和ARM9以上的嵌入式系統(tǒng)微處理器內(nèi)核都采用哈佛總線體系結(jié)構(gòu)而ARM7采用的則是馮·諾依曼結(jié)構(gòu)） 8、 單周期3級(jí)流水的情況下，第10個(gè)指令周期時(shí)，第幾條指令執(zhí)行結(jié)束？三級(jí)流水讀取指令過程： 取指從存儲(chǔ)器裝載一條指令 譯碼識(shí)別將要被執(zhí)行的指令 執(zhí)行處理指令并將結(jié)果寫會(huì)寄存器故ARM正在執(zhí)行第1條指令的同時(shí)對(duì)第2條指令

10、進(jìn)行譯碼，并將第3條指令從存儲(chǔ)器中取出。所以，ARM7流水線只有在取第10條指令時(shí)，第7條指令才算完成執(zhí)行。九、下面是linux下的一個(gè)簡單的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，寫出linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)閱讀下面代碼，請給出測試程序中的每條語句加以注釋。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序Keypad.c的源代碼：#include <linux/module.h>/最基本的文件，支持動(dòng)態(tài)添加和卸載模塊。Hello World驅(qū)動(dòng)要這一個(gè)文件就可以了#include <linux/fs.h> /包含了文件操作相關(guān)struct的定義，例如大名鼎鼎的struct file_operations#inclu

11、de <linux/init.h> /初始化頭文件#include <linux/poll.h>/輪詢文件#include <linux/types.h>/對(duì)一些特殊類型的定義，例如dev_t, off_t, pid_t.其實(shí)這些類型大部分都是unsigned int型通過一連串的typedef變過來的，只是為了方便閱讀。#include <linux/rtc.h>/可以在芯片上產(chǎn)生周期性的中斷#include <linux/delay.h>/延時(shí)頭文件#include <asm/hardware.h>/與處理器相關(guān)的硬件

12、#include <asm/delay.h>/延時(shí)頭文件#include <asm/uaccess.h>/與處理器相關(guān)的入口#define LEDnKEY_MAJOR 251#define KEYPAD_NAME "X-Hyper250 Keypad"#define KEYPAD_VERSION "Version 0.1"#define EXT_KEY_CS EXT_PORT2 /宏定義#define EXT_LED_CS EXT_PORT3/宏定義#define LED_SHOW 10/宏定義/*EXT_KEY_CS 為向外部L

13、ED進(jìn)行數(shù)值設(shè)定,它定義在其它頭文件里*/void led_off_on() int i;EXT_LED_CS = 0xff;for(i =0 ; i<8;+i)EXT_LED_CS = (1 << i) & 0xff);/*點(diǎn)亮相應(yīng)LED燈*/udelay(30000);/調(diào)用udelay函數(shù)來延遲EXT_LED_CS = 0xff;/*應(yīng)用程序用open來打開設(shè)備文件，實(shí)際上調(diào)用驅(qū)動(dòng)的lednkey_open（）函數(shù)*/ int lednkey_open(struct inode *inode, struct file *filp)/打開設(shè)備文件MOD_INC_U

14、SE_COUNT;/模塊自身通過 MOD_INC_USE_COUNT,宏來管理自己被使用的計(jì)數(shù)。return (0); /* success */ int lednkey_release(struct inode *inode, struct file *filp) /釋放設(shè)備文件led_off_on();MOD_DEC_USE_COUNT;return (0);ssize_t lednkey_read(struct file *filp, char *Putbuf, size_t length, loff_t *f_pos)/按鍵讀取函數(shù)unsigned short BottonStatus

15、; unsigned char Bottontmp = 0;int i;BottonStatus = ( EXT_KEY_CS & 0xff ); /*按鍵狀態(tài)*/for(i = 0 ; i < 8; +i)if( (BottonStatus >> i) & 1) = 0 ) Bottontmp = (i+1);/*判斷哪個(gè)按鍵按下*/copy_to_user( Putbuf, &Bottontmp, length);/*將數(shù)據(jù)從內(nèi)核態(tài)拷貝到用戶態(tài)，這是由定義在<asm/uaccess.h>里的特殊函數(shù)實(shí)現(xiàn)在不同的空間傳輸任意字節(jié)的數(shù)據(jù)*/

16、return length;ssize_t lednkey_write(struct file *filp, const char *Getbuf, size_t length, loff_t *f_pos)int num;unsigned char UsrWantLed; copy_from_user( &UsrWantLed, Getbuf, length);/*將數(shù)據(jù)從用戶態(tài)拷貝到核心態(tài)*/num = ( (UsrWantLed) & 0xff );/*確定哪一位要進(jìn)行設(shè)定*/EXT_LED_CS = (1 << (num-1);/點(diǎn)亮相應(yīng)LED燈return

17、 (0);int lednkey_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd,unsigned long arg)/lednkey_ioctl 接口函數(shù)，主要用于獲取或者改變正在運(yùn)行的設(shè)備參數(shù)switch(cmd)case LED_SHOW: if(arg)led_off_on(); break;return 0;/*以下這些驅(qū)動(dòng)函數(shù)是與用戶的應(yīng)用程序里對(duì)設(shè)備文件操作的函數(shù)相對(duì)應(yīng)的*/struct file_operations lednkey_fops = open: lednkey_open,read: le

18、dnkey_read,write: lednkey_write,ioctl: lednkey_ioctl,release: lednkey_release,;static int _init xhyper250_keypad_init(void) /初始化設(shè)備函數(shù)，在函數(shù)名之前加上這個(gè)屬性之后，系統(tǒng)會(huì)在初始化完成之后丟棄初始化函數(shù)，收回它所占用的內(nèi)存，以減小內(nèi)核所占用的內(nèi)存空間，它只對(duì)內(nèi)建的驅(qū)動(dòng)起作用int result;result = register_chrdev(LEDnKEY_MAJOR, "lednkey", &lednkey_fops);/向操作系統(tǒng)注

19、冊一個(gè)主號(hào)為251，設(shè)備名為"lednkey"，并傳遞設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的指針為lednkey_fops（全局變量） ，其中register_chrdev （ ）是內(nèi)核提供的函數(shù)，作用是完成注冊新的字符設(shè)備printf("%s %s initialized.n",KEYPAD_NAME, KEYPAD_VERSION);led_off_on();return 0;static void _exit xhyper250_keypad_exit(void)/*向操作系統(tǒng)卸載設(shè)備函數(shù)*/ unregister_chrdev( LEDnKEY_MAJOR, "

20、;lednkey" ); led_off_on();module_init(xhyper250_keypad_init); /顯式聲明初始化設(shè)備函數(shù)module_exit(xhyper250_keypad_exit); /顯式聲明卸載設(shè)備函數(shù)*/ 測試文件的源代碼如下：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#define LED_S

21、HOW 10/宏定義int fd;static char *dev_name = "/dev/keypad"int main(int argc, char *argv)int data = 0, pre_data;fd = open( dev_name , O_RDWR );/使用函數(shù)open打開設(shè)備keypad if( !(fd >=0) )printf("%s file open failedn", dev_name );exit(-1);/打開失敗，顯示出錯(cuò)信息printf("nkeypad App : press the push

22、 button see show led - Exit Ctrl-C n",dev_name);/打開成功，提示用戶輸入 ioctl(fd,LED_SHOW,1);/循環(huán)顯示LED，看LED是否正常while(1)dopre_data = data;read( fd, (char * )&data, sizeof(data) );data = (data & 0xff);while(data = 0);if( pre_data = 0)printf("Write %d LEDn",data);write( fd, (const char *)&am

23、p;data, sizeof(const char )data) ); /采用忙等待方式掃描用戶輸入，傳遞給write函數(shù) close( fd );/使用函數(shù)close關(guān)閉設(shè)備keypadreturn 0;常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：（1）file_operations 結(jié)構(gòu)：struct file_operations struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char _user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*w

24、rite) (struct file *, const char _user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); unsigned int (*poll)

25、(struct file *, struct poll_table_struct *); int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_s

26、truct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); i

27、nt (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long); int (*check_flags)(int); int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int); ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, s