周立功版嵌入式課后習題答案

1、第一章 嵌入式系統(tǒng)概述一、舉出3個課本中未提到的嵌入式系統(tǒng)的例子。（紅綠燈控制、數(shù)字空調(diào)、機頂盒）二、什么是嵌入式系統(tǒng)？特點是？答：嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象體系中的專用計算機應用系統(tǒng)。英國電機工程師協(xié)會定義：嵌入式系統(tǒng)為控制、檢測或輔助某個設備、機器或工廠運作的裝置。 （1）以技術(shù)角度定義：以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。（2）從系統(tǒng)角度的定義：嵌入式系統(tǒng)是設計完成復雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng)。術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是大系統(tǒng)中的一個完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共

2、存多個嵌入式系統(tǒng)。特點：1、嵌入式系統(tǒng)通常應用在為特定用戶設計的系統(tǒng)中，具有功耗低、體積小、集成度高等特點。將通用CPU中由板卡完成的任務集成在了嵌入式CPU內(nèi)部。2、嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)于各個行業(yè)的具體應用相結(jié)合的產(chǎn)物。所以是技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。3、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣，去除冗余。4、為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或處理器芯片中，而不是存儲于磁盤等載體中。由于嵌入式系統(tǒng)必須有較高的時實性，因此對程序的質(zhì)量，特別是可靠性有較高的要求。5、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自

3、舉開發(fā)能力，必須有一套專用的開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。三、什么叫嵌入式處理器？嵌入式處理器分為哪幾類？答：嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元，與普通臺式計算機的微處理器相比，其工作穩(wěn)定性更高，功耗較小，對環(huán)境（如溫度、濕度、電磁場、震動等）的適應能力更強，體積更小，且集成的功能較多。嵌入式處理器從應用角度，可以大致分為以下幾類：1.注重嵌入式處理器的尺寸、能耗和價格。應用于新型電子娛樂等不注重計算的設備；2.注重嵌入式處理器的性能。應用于路由器等高速計算密集型的設備；3.注重嵌入式處理器的性能、尺寸、能耗和價格。應用于各種工業(yè)控制設備；按照結(jié)構(gòu)分類：嵌入式微處理器

4、（EMPU）；嵌入式微控制器(MCU)；嵌入式DSP處理器(DSP)；嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）。嵌入式系統(tǒng)的分類也是以上答案（P5）。四、什么是嵌入式操作系統(tǒng)？為何要使用嵌入式操作系統(tǒng)？答：操作系統(tǒng)是計算機中最基本的程序。操作系統(tǒng)負責計算機系統(tǒng)中全部軟硬資源的分配與回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動；操作系統(tǒng)提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為用戶擴展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺。 使用嵌入式操作系統(tǒng)原因之一就是因為其具有實時性。使用嵌入式實時操作系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：1. 嵌入式實時操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。2. 嵌入式實時操作系統(tǒng)提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。3. 嵌入式實時操作系統(tǒng)充

5、分發(fā)揮了32位CPU的多任務潛力。第二章 ARM7體系結(jié)構(gòu)一、基礎知識（1）ARM7TDMI中的T、D、M、I的含義是什么？（P19）答：T后綴：高密度16位Thumb指令集擴展。 D后綴：支持片上調(diào)試。M后綴：64位乘法指令。 I后綴：Embedded ICE硬件仿真功能模塊。（2）ARM7TDMI采用幾級流水線？（P20）使用何種存儲器編址方式？答：采用三級流水線，三個階段分別為：取指、譯碼、執(zhí)行。使用了馮諾依曼結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)共用一條32位總線。（3）ARM處理器模式和ARM處理器狀態(tài)有何區(qū)別？（P24P26）答：處理器模式指的是處理器在執(zhí)行程序時，在不同時刻所處的不同狀態(tài)。處理器狀態(tài)指

6、的是處理器當前所執(zhí)行的指令集。（4）分別列舉ARM的處理器模式和狀態(tài)。答：處理器模式：7種，：用戶模式（usr）和特權(quán)模式，特權(quán)模式包括系統(tǒng)模式（sys）和異常模式，異常模式包括：管理模式(svc)、中止模式(abt)、未定義模式（und）、中斷模式(irq)、快速中斷模式(fiq)。 處理器狀態(tài)：ARM狀態(tài)為32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行的是字方式ARM指令，具有最完整的功能，處理器在系統(tǒng)上電時默認為ARM狀態(tài)。Thumb狀態(tài)為16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字方式的Thumb指令。（5）PC和LR分別使用哪個寄存器？（P31P32）答：程序計數(shù)器（PC）使用R15寄存器，鏈接寄存器（LR）使用R14寄存器

7、。（6）R13寄存器的通用功能是什么？（P29P30）答：ARM處理器通常將寄存器R13作為堆棧指針(SP),用于保存堆棧的出入口處地址。（7）CPSR寄存器中哪些位用來定義處理器狀態(tài)？答：程序狀態(tài)寄存器CPSR,（8）描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中斷？(P38)答：當控制位I置位時，IRQ中斷被禁止，否則允許IRQ中斷使能；當控制位F置位時，F(xiàn)IQ中斷被禁止，否則允許FIQ中斷使能。二.存儲器格式定義R0=0x12345678, 假設使用存儲指令將R0的值存放在0x4000單元中。如果存儲器格式為大端格式，請寫出在執(zhí)行加載指令將存儲器0x4000單元的內(nèi)容取出存放到R2寄存器操作后所得R

8、2的值。如果存儲器格式改為小端模式，所得R2值又為多少？低地址0x4000單元的字節(jié)內(nèi)容分別是多少？（P49）三、處理器異常請描述一下ARM7TDMI產(chǎn)生異常的條件是什么？各種異常會使處理器進入哪種模式？進入異常時內(nèi)核有何操作？各種異常的返回指令又是什么？答：只要正常的程序被暫時中止，處理器就進入異常模式。地址異常進入時的模式進入時I的狀態(tài)進入時F的狀態(tài)返回指令0x0000 0000復位管理禁止禁止無0x0000 0004未定義指令未定義IFMOVS PC,R14_und0x0000 0008軟件中斷(SWI)管理禁止FMOVS PC,R14_svc0x0000 000C中止（預取）中止IFS

9、UBS PC,R14_abt, # 40x0000 0010中止（數(shù)據(jù)）中止IFSUBS PC,R14_abt, # 80x0000 0014保留保留0x0000 0018IRQ中斷禁止FSUBS PC,R14_irq, # 40x0000 001CFIQ快速中斷禁止禁止SUBS PC,R14_fiq, # 4第三章ARM7TDMI(-S)指令系統(tǒng)一、基礎知識（1）ARM7TDMI(-S)有幾種尋址方式（P53）？“LDR R1,R0, #0x08”屬于哪種尋址方式？答：共有8種尋址方式：寄存器尋址、立即尋址、寄存器移位尋址、寄存器間接尋址、基址尋址、多寄存器尋址、堆棧尋址、相對尋址。LDR

10、R1,R0, #0x08屬于基址尋址，意思是讀取R0+0x08地址上的存儲單元的內(nèi)容，存入R1。（2）ARM指令的條件碼有多少個（P60）？默認條件碼是什么？答：有16個，EQ、NE、CS/HS、CC/LO、MI、PL、VS、VC、HI、LS、GE、LT、GT、LE、AL、NV, 默認條件碼是AL。（3）ARM指令中第2個操作數(shù)有哪幾種形式（P58）？列舉5個8位圖立即數(shù)。答：有3種形式：immed_8r常數(shù)表達式。Rm寄存器方式。Rm,shift寄存器移位方式。5個8位圖立即數(shù)：0x3FC(0xFF<<2)、0、0xF0000000(0xF0<<24)、200(0xC

11、8)、0xF0000001(0x1F<<28)。（4）LDR/STR指令的偏移形式有哪4種（P62）？LDRB指令和LDRSB指令有何區(qū)別？答：LDR/STR指令的偏移形式有4種,分別是：零偏移、前索引偏移、程序相對偏移、后索引偏移。LDRB指令是加載無符號字節(jié)數(shù)據(jù)，LDRSB指令則是加載有符號字節(jié)數(shù)據(jù)。LDRB就是讀出指定地址的數(shù)據(jù)并存入指定寄存器，LDRSB讀出指定地址的數(shù)據(jù)，高24位符號位用于擴展，再存入指定寄存器。（5）請指出MOV指令與LDR加載指令的區(qū)別及用途。答：MOV指令的源操作數(shù)是常數(shù)或（帶偏移量的）寄存器，用于寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送；LDR指令的源操作數(shù)是地址，用

12、于存儲器到寄存器的數(shù)據(jù)傳送。 （6）CMP指令是如何執(zhí)行的？寫一程序，判斷R1的值是否大于0x30，是則將R1減去0x30。(P71)答：CMP 指令將寄存器Rn 的值減去operand2 的值，根據(jù)操作的結(jié)果更新CPSR 中的相應條 件標志位，以便后面的指令根據(jù)相應的條件標志來判斷是否執(zhí)行。CMP指令不保存運算結(jié)果，在進行兩個數(shù)據(jù)的大小判斷時，常用CMP指令及相應的條碼來操作。程序： CMP cond Rn, operand2 CMP R1,#0x30 ；將R1與常數(shù)0x30比較 LDRLE PC，LR ；如果小于或等于0x30，則程序返回 SUB R1，R1, #0x30 ；大于0x30，

13、則將R1減去0x30，結(jié)果存回R1（7）調(diào)用子程序是用B指令還是用BL指令？請寫出返回子程序的指令。（P73）答：BL 指令用于子程序調(diào)用。 MOV PC，LR 或者 BX LR（8）請指出LDR偽指令的用法。（P61）指令格式與LDR加載指令的區(qū)別是什么？答：LDR指令用于從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)放入寄存器或者用于加載32位的立即數(shù)，還常用于加載芯片外圍功能部件的寄存器地址，指令格式與LDR加載指令的區(qū)別在于第二個數(shù)為地址表達式，偽指令的LDR的參數(shù)有“=”號。（9）ARM狀態(tài)與Thumb狀態(tài)的切換指令是什么？請舉例說明。答：切換指令是BX指令。BX指令跳轉(zhuǎn)到Rm指定的地址去執(zhí)行程序。若Rm的bit

14、0為1，則跳轉(zhuǎn)時自動將CPSR中的標志T置位，即把目標地址的代碼解釋為Thumb代碼；若Rm的bit0為0，則跳轉(zhuǎn)時自動將CPSR中的標志T復位，即把目標地址的代碼解釋為ARM代碼。（10）Thumb狀態(tài)與ARM狀態(tài)寄存器有區(qū)別嗎（P28、P34、P35、P81）？Thumb指令對哪些寄存器的訪問受到一定限制？答：Thumb狀態(tài)與ARM狀態(tài)的寄存器有區(qū)別：1、由于Thumb指令集不包含MSR和MRS指令，如果用戶需要修改CPSR的任何標志位，必須回到ARM模式。通過BX和BLX指令來改變指令集模式，而且當完成復位（Reset）或者進入到異常模式時，將會被自動切換到ARM模式。2、訪問R8-R1

15、5的Thumb數(shù)據(jù)處理指令不能更新CPSR中的ALU狀態(tài)標志。(Thumb指令集較ARM指令集有如下限制：只有B指令可以條件執(zhí)行，其它指令都不能條件執(zhí)行；分支指令的跳轉(zhuǎn)范圍有更多限制；數(shù)據(jù)處理指令的操作結(jié)果必須放入其中一個；單寄存器訪問指令，只能操作R0R7；LDM和STM指令可以對R0R7的任何子集進行操作；)Thumb指令對R8-R15寄存器訪問受限。（11）Thumb指令集的堆棧入棧、出棧指令是哪兩條？（P83）入棧指令PUSH，出棧指令POP（12）Thumb指令集的BL指令轉(zhuǎn)移范圍為何能達到4MB? 其指令編碼是怎樣的？(P85)Thumb 采用兩條16 位指令組合成22 位半字偏移

16、(符號擴展為32 位)，使指令轉(zhuǎn)移范圍為±4MB。BL label。 LRPC-4，PClabel2.有符號和無符號加法下面給出A和B的值，可以先手動計算A+B，并預測N、Z、V和C標志位的值。然后修改程序清單3.1中R0、R1的值，將這兩個值裝載到這兩個寄存器中（使用LDR偽指令，如“LDR R0,=0xFFFF0000”）,使其執(zhí)行兩個寄存器的加法操作。調(diào)試程序，每執(zhí)行一次加法操作就將標志位的狀態(tài)記錄下來，并將所得結(jié)果與預先計算得出的結(jié)果相比較。如果兩個操作數(shù)看作有符號數(shù)，如何解釋所得標志位的狀態(tài)？同樣，如果把兩個操作數(shù)看作是無符號數(shù)，所得標志位又當如何理解？（1） 0xFFFF

17、000F (A) +0x0000FFF1 (B) - 0x00000000 NZCV=0110如果兩個操作數(shù)是有符號的，A是負數(shù)，B是正數(shù)，和是0，沒有溢出，所以V=0。如果兩個操作數(shù)是無符號數(shù)，和是0，有進位，所以C=1。（2） 0x7FFFFFFF (A) +0x02345678 (B) - 0x82345677 NZCV=1001如果兩個操作數(shù)是有符號數(shù)，A是正數(shù)，B是正數(shù)，和是負數(shù)，有溢出，所以V=1。如果兩個操作數(shù)是無符號數(shù)，沒有進位，所以C=0。（3） 67654321 (A) +23110000 (B) - 0x0568F421 NZCV=0000如果兩個操作數(shù)是有符號數(shù)，A是正

18、數(shù)，B是正數(shù)，和是正數(shù)，沒有溢出，所以V=0。如果兩個操作數(shù)是無符號數(shù)，沒有進位，所以C=0。第四章 LPC2000系列ARM硬件結(jié)構(gòu)一、基礎知識1、LPC2114可使用的外部晶振頻率范圍是多少(P115)（提示使用/不使用PLL功能時(P116)）？答：晶振頻率范圍：130 MHz，若使用PLL 或ISP 功能時，輸入時鐘的頻率不超過：1025MHz。2、請描述LPC2210/2220的PO.14、P1.20、P1.26、BOOT1和BOOT0引腳在芯片復位時分別有什么作用？（P95，P96，P119）并簡單說明LPC2000系列ARM7微控制器的復位處理流程。答：P0.14 為低電平時，強

19、制片內(nèi)引導裝載程序復位后控制器件的操作，即進入ISP 狀態(tài)。P1.20 當RESET 為低電平，使 P1.25P1.16 復位后用作跟蹤端口。P1.26當RESET 為低電平，使 P1.31P1.26 復位后用作一個調(diào)試端口。當RESET 為低時，BOOT0 與BOOT1 一同控制引導和內(nèi)部操作。引腳的內(nèi)部上拉確保了引腳未連接時呈現(xiàn)高電平。外部復位輸入：當該引腳為低電平時，器件復位，I/O口和外圍功能進入默認狀態(tài)，處理器從地址0 開始執(zhí)行程序。復位信號是具有遲滯作用的TTL 電平。3、LPC2000系列ARM7微控制器對向量表有何要求（提示向量表中的保留字）？答：向量表所有數(shù)據(jù)32 位累加和為

20、零(0x000000000x0000001C 的8 個字的機器碼累加)，才能脫機運行用戶程序，這是LPC2114/2124/2212/2214 的特性。4、如何啟動LPC2000系列ARM7微控制器的ISP功能？（P122）相關電路應該如何設計？答：有兩種情況可以使芯片進入ISP狀態(tài)：（1）將芯片的P0.14引腳拉低后，復位芯片，可以進入ISP狀態(tài)；（2）在芯片內(nèi)部無有效用戶代碼時，Boot Block自動進入ISP狀態(tài)。5、LPC2000系列ARM7微控制器片內(nèi)Flash是多位寬度的接口？（P145）它是通過哪個功能模塊來提高Flash的訪問速度？答：128位寬度接口, 通過存儲器加速模塊（

21、MAM）來提高Flash的訪問速度。6、若LPC2210/2220的bank0存儲塊使用32位總線，訪問bank0時，地址線A1、A0是否有效？EMC模塊中的BLSOBLS4具有什么功能？（P159）答：無效,( 如果存儲器組配置成 16 位寬,則不需要 A0；8 位寬的存儲器組需要使用 A0 。)；字節(jié)定位選擇信號。7、LPC2000系列ARM7微控制器具有引腳功能復用特性，那么如何設置某個引腳為指定功能？（P172）答：通過引腳功能選擇寄存器的設定來設置某個引腳為指定功能。8、FIQ、IRQ有什么不同？向量IRQ和非向量IRQ有什么不同？（P189）答：FIQ為快速中斷，具有最高優(yōu)先級，中

22、斷響應最快，常用于處理非常重要、非常緊急的事件，IRQ為普通中斷。向量IRQ具有中等優(yōu)先級，對外部事件響應比較及時，常用于處理重要事件。非向量IRQ優(yōu)先級最低，中斷延遲時間比較長，常用于處理一般事件中斷。9、在使能、禁止FIQ和IRQ時，為什么操作SPSR寄存器而不操作CPSR寄存器？(P75，P189，P200)答：在用戶模式下，無法修改CPSR，只有在特權(quán)模式下修改SPSR后，通過退出特權(quán)模式，然后恢復SPSR到CPSR，才能實現(xiàn)修改CPSR。 10、ARM內(nèi)核對FIQ、向量IRQ和非向量IRQ有什么不同？（P200）FIQ優(yōu)先級最高，中斷響應最迅速。一旦發(fā)生FIQ中斷，ARM處理器進入F

23、IQ模式，而且ARM處理器為FIQ模式多設計了R8R12這5個私有寄存器，加速FIQ的處理；向量IRQ具有中等優(yōu)先級，處理中斷比較迅速；非IRQ中斷優(yōu)先級最低。11、向量中斷能嵌套嗎？請結(jié)合ARM體系結(jié)構(gòu)進行闡述。答：能，但需要重新開中斷。12、VIC的軟件中斷和ARM內(nèi)核的軟件中斷一樣嗎？（188） ARM內(nèi)核本身只有快速中斷FIQ和普通中斷IRQ這2條中斷輸入信號線，只能接受2個中斷。如果處理2個以上的中斷事件，就需要借助向量中斷控制器（VIC）。13、設置引腳為GPIO功能時，如何控制某個引腳單獨輸入/輸出？（P181）當前要知道某個引腳當前的輸出狀態(tài)時，是讀取IOPIN寄存器還是讀取I

24、OSET寄存器？答：通過GPIO方向寄存器來控制引腳單獨輸入/輸出。比如某引腳作輸出時，將IODIR寄存器的相應位設置為1。當前要知道某個引腳當前的輸出狀態(tài)時，讀取IOPIN寄存器，因為IOSET寄存器控制引腳輸出高電平。14、P0.2和P0.3口是IC接口，當設置它們?yōu)镚PIO時，是否需要外接上拉電阻才能輸出高電平？(P183)答：需要外接上拉電阻。15、寫出至少3種GPIO的應用實例。（P183-187）1、將P0.0設置為輸出高電平。2、使用GPIO控制蜂鳴器。3、讀取P0.0引腳的電平狀態(tài)。4、讀取按鍵狀態(tài)。5、在多個I/O口線上輸出數(shù)據(jù)。15、使用SPI主模式時，SSEL引腳是否可以

25、作為GPIO？(P238) 若不能，SSEL引腳應如何處理？答：不能，SSEL引腳應接上拉電阻。16、LPC2114的2個UART符合什么標準？(P276)哪一個UART可用作ISP通信？（P278）哪一個UART具有Modem接口？答：符合16C550工業(yè)標準。UART0可用作ISP通信，UART1具有Modem接口。17、介紹IC和SPI總線的特點，并分別介紹幾款基于這兩種總線的芯片。（P238，P250）答：IC BUS（Inter IC BUC）是NXP半導體公司推出的芯片間串行傳輸總線，它以2根連線實現(xiàn)了完善的雙向數(shù)據(jù)傳送，可以極為方便地構(gòu)成多機系統(tǒng)和外圍器件擴展系統(tǒng)。IC總線采用了

26、器件地址的硬件設置方法，通過軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法。從而使硬件系統(tǒng)具有最簡單而靈活的擴展方法?；贗C的芯片有FM24CL04和ZLG7290等。SPI總線（串行外設接口）總線系統(tǒng)是一種全雙工同步串行外設接口，允許MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信、數(shù)據(jù)交換。一個SPI總線可以連接多個主機和多個從機，但是在同一時刻只允許有一個主機操作總線?；赟PI總線的芯片有ISD4003語音芯片和電能計量芯片ATT7022等等。18、LPC2114具有幾個32位定時器？(P222) PWM定時器是否可以作通用定時器使用？（沒講）答：有2個32位定時器，分別是定時器0和定時器1。PWM定

27、時器不能用作通用定時器使用。19、LPC2000系列ARM7微控制器具有哪兩種低耗模式？如何降低系統(tǒng)的功耗？（P89，P141）答：2個低功耗模式：空閑模式和掉電模式；可以通過個別使能/禁止外部功能來優(yōu)化功耗。2計算PLL設置值假設有一個基于LPC2114的系統(tǒng)，所使用的晶振為11.0592MHZ石英晶振。請計算出最大的系統(tǒng)時鐘（CCLK）頻率為多少MHz？此時PLL的M值和P值各為多少？請列出計算公式，并編寫設置PLL的程序段。解：LPC2214最大的系統(tǒng)時鐘頻率是60MHz，F(xiàn)cclkM*Fosc=60MHZ Fosc11.0592MHz所以M=5 FcclkFosc*M=55.296MHz 又156MHz<Fcco<320MHz P=Fcco/(Fcclk*2) 當Fcco取156MHZ時，P=1.3 當個Fcco取最高頻率時即320時，P=2.67 所以P=2程序清單：Uint8 PLLSet(uint32 Fcclk,uint32 Fosc,uint32 Fcco) Uint8 i; Uint32 plldat; i = (Fcco/Fcclk); switch(i) case 2: plldat=(Fcclk/Fosc)-1)|(0<<