ARM,cotex,A8嵌入式原理與系統(tǒng)設(shè)計習題答案

1、ARM,cotex,A8嵌入式原理與系統(tǒng)設(shè)計習題答案1.2 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些?列舉一些生活中的嵌入式系統(tǒng)實例。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域有交通管理、工控設(shè)備、智能儀器、汽車電子、環(huán)境監(jiān)測、電子商務(wù)、醫(yī)療儀器、移動計算、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備、軍事電子、機器人、智能玩具、信息家電等；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：交換機、路由器、Modem。消費電子：手機、MP3PDA可視電話、電視機頂盒、數(shù)字電視、數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機、信息家電等。辦公設(shè)備:打印機、傳真機、掃描儀等。汽車電子：ABS（防死鎖制動系統(tǒng)）、供油噴射控制系統(tǒng)、車載GP湃。工業(yè)控制:各種自動控制設(shè)備1.3嵌入式系統(tǒng)的組成有哪些?嵌入式系統(tǒng)一般由硬件層，中

2、間層，軟件層三層組成。1.4 嵌入式系統(tǒng)的特點有哪些?嵌入式系統(tǒng)有以下4個特點：系統(tǒng)內(nèi)核小、專用性強、系統(tǒng)精簡、實時性高。1.5 簡述嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)具有以下6個發(fā)展趨勢：系統(tǒng)工程化、開源化、功能多樣化、節(jié)能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化。1.6 常用的嵌入式處理器分為哪幾類?常見的嵌入式處理器有一下四類：嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP處理器、嵌入式片上系統(tǒng)。1.7 嵌入式操作系統(tǒng)的特點有哪些?嵌入式操作系統(tǒng)有以下6個特點：系統(tǒng)內(nèi)核小、專用性強、系統(tǒng)精簡、高實時性、多任務(wù)的操作系統(tǒng)、需要專用開發(fā)工具和環(huán)境。1.8 什么是實時操作系統(tǒng)？IEEE實時UNIX分委會認為實時操作系統(tǒng)應(yīng)具

3、備哪些特點?實時操作系統(tǒng)是指在限定的時間內(nèi)能對過程調(diào)用產(chǎn)生正確的響應(yīng)的操作系統(tǒng)。IEEE的實時UNIX分委會認為實時操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下特點：異步的事件響應(yīng)、切換時間和中斷延遲時間確定、優(yōu)先級中斷和調(diào)度、搶占式調(diào)度、內(nèi)存鎖定、連續(xù)文件、同步。1.9 常用的嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？它們各有什么特點？操作系統(tǒng)特點uCLinux遵守GNU/GPL完全開源；移植性好；網(wǎng)絡(luò)功能優(yōu)秀；支持多文件系統(tǒng)；API接口豐富。Android良好的平臺開放性、可以實現(xiàn)個性化應(yīng)用設(shè)定和與Google應(yīng)用的無縫結(jié)合。WindowsC由Windows系列有較好的兼容性；能在多種處理器體系結(jié)構(gòu)上運行；采用模塊化設(shè)計；沒有開放源代

4、碼；耗費內(nèi)存。VxWorks支持多種處理器；具有先進的網(wǎng)絡(luò)功能；具有良好的可靠性、卓越的實時性、高效的可裁剪性。Nucleus搶占式多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核；便于移植并且支持多種處理器；核心代碼精簡。uC/OSII公開源代碼；可移植性強；可固化、可裁剪；占先式、多任務(wù)；系統(tǒng)任務(wù)；中斷管理；穩(wěn)定性和可靠性都很強。QNX5時可拓展；內(nèi)核精簡；運行速度快。Linux開源的自由操作系統(tǒng)；真正的多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)；內(nèi)核可剪裁；實時性好；網(wǎng)絡(luò)功能強大；支持目前多數(shù)的處理器；穩(wěn)定性和可靠性都很強。1.10 嵌入式系統(tǒng)工程設(shè)計的要點有哪些?應(yīng)用需求；硬件要求；實時性的實現(xiàn)；系統(tǒng)功耗；系統(tǒng)升級方式；調(diào)試方式；開發(fā)環(huán)

5、境的選擇等。1.11 舉出幾個嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的例子,通過查資料和獨立思考,說明這些嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品主要由哪幾部分組成，每個組成部分用于完成什么功能。比較典型的例子：手機。組成部分：處理器：核心處理器；內(nèi)存：操作系統(tǒng)，程序運行的存儲空間；閃存：存放操作系統(tǒng)，文件等；屏幕：顯示，如果是觸摸屏還有輸入功能；按鍵（非必須）：輸入。第2章2.1ARM散處理器及技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及主要產(chǎn)品有哪些？舉一些生活中常用的ARMt理器應(yīng)用的例子。ARMt處理器覺得應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)控制領(lǐng)域、無線通信領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、消費類電子產(chǎn)品、成像和安全產(chǎn)品等。目前絕大多數(shù)的手機、平板采用的處理器都是ARMg構(gòu)cortex-a系列的處理

6、器，而其cortex-m系列在智能設(shè)備也得到廣泛應(yīng)用，小米手環(huán)2就是用的cortex-m4的核。2.2 采用RISC架構(gòu)的ARM散處理器有哪些特點？體積小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件；大量使用寄存器；指令執(zhí)行速度更快；大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡單,執(zhí)行效率高；指令長度固定。2.3 ARM內(nèi)核基本版本有哪些？每個版本都有哪些基本的性能？內(nèi)核基本版本基本的性能V1版本基本的數(shù)據(jù)處理指令(無乘法)；基于字節(jié)、半字和字的Load/Store指令；轉(zhuǎn)移指令,包括子程序調(diào)用及鏈接指令；供操作系統(tǒng)使用的軟件中斷

7、指令SWI；尋址空間:64MB。V2版本乘法和乘加指令；支持協(xié)處理器操作指令；快速中斷模式；swp/swpB最基本存儲器與寄存器交換指令；尋址空間:64MB。V3版本尋址空間增至32位(4GB);當前程序狀態(tài)信息從原來的R15寄存器移到當前程序狀態(tài)寄存器CPSR(CurrentProgramStatusRegister)中；增加了程序狀態(tài)保存寄存器SPSR(SavedProgramStatusRegister)；增加了兩種異常模式,使操作系統(tǒng)代碼可方便地使用數(shù)據(jù)訪問中止異常、指令預取中止異常和未定義指令異常；增加了MRS/MSR令，以訪問新增的CPSR/SPSRF存器；增加了從異常處理返回的指

8、令功能。V4版本有符號和無符號半字及有符號字節(jié)的存/取指令；增加了T變種，處理器可工作在Thumb態(tài)，增加了16位Thumb指令集；完善了軟件中斷SWI指令的功能；處理器系統(tǒng)模式引進特權(quán)方式時使用用戶寄存器操作；把一些未使用的指令空間捕獲為未定義指令。V5版本新增帶有鏈接和交換的轉(zhuǎn)移BLX指令；新增計數(shù)前導零CLZ指令；新增BRK中斷指令；增加了數(shù)字信號處理指令（V5TE版）；為協(xié)處理器增加更多可選擇的指令；改進了ARM/Thumbt態(tài)之間的切換效率；V6版本ThumbTM:35%碼壓縮；DSPT充：高性能定點DSP功能；JazelleTM:Java性能優(yōu)化,可提高8倍；Media擴充：音/視

9、頻性能優(yōu)化，可提高4倍。V7版本首次采用了強大的信號處理擴展集；采用了Thumb-2技術(shù)；采用了NEO齦術(shù)；支持改良的浮點運算。2.4ARM微處理器有哪些系列？它們有什么特點？微處理器系列特點ARM7散處理器系列調(diào)試開發(fā)方便；功耗極低；能夠提供0.9MIPS/MHZ的三級流水線結(jié)構(gòu)；代碼密度高并兼容16的Thum特旨令集；對操作系統(tǒng)的支持廣泛；指令系統(tǒng)與ARM系歹hARM9繇歹U和ARM10繇歹U兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代；主頻最高可達130MIPS。ARM9t處理器系列5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；提供I.IMIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)；支持32位AR附旨令集和16位Thum時旨令集；支

10、持32位的高速AMBA、線接口；全性能的MM改持多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；MP及持實時操作系統(tǒng)；支持數(shù)據(jù)Cache和指令Cache,具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力ARM9微處理器系列支持DS曲令集；5級整數(shù)流水線；支持32位AR附旨令集和16位Thum時旨令集；支持32位的高速AMBA、線接口；支持VFP9浮點處理協(xié)處理器；全性能的MM改持多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；MP及持實時操作系統(tǒng)；支持數(shù)據(jù)Cache和指令Cache,具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力;主頻最高可達300MIPS。ARM10撒處理器系列支持DSPm令集；6級整數(shù)流水線；支持32位AR附旨令集和16位Thum時旨令集；支持32位的高速A

11、MBA、線接口；支持VFP10浮點處理協(xié)處理器；全性能的MM原持多種主流嵌入式操作系統(tǒng)；支持數(shù)據(jù)Cache和指令Cache,具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力；主頻最高可達400MIPS；內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件SecurCore微處理器系列帶有靈活的保護單元,以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全；采用軟內(nèi)核技術(shù),防止外部對其進行掃描探測；可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器。StrongARM微處理器系列集成度高；在軟件上兼容ARMv4體系2構(gòu)Xscale處理器全性能、高性價比、低功耗；支持16位的Thum的旨令和DS曲令集。Cortex系列處理器分為Cortex-M、Cortex-R和Cortex-A

12、三類；Cortex-M系列針對微控制器,在該領(lǐng)域中需要進行快速且具有高確定性的中斷管理,同時需將門數(shù)和可能功耗控制在最低；Cortex-R系列針對實時系統(tǒng),面向深層的嵌入式實時應(yīng)用；Cortex-A面向尖端的基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用,也叫應(yīng)用程序處理器2.5在選擇ARM散處理器時要考慮哪些因素？處理器的基本架構(gòu)與內(nèi)核版本；處理器的性能，功耗；處理器的兼容性；處理器的價格；支持的指令格式；處理器支持的操作系統(tǒng)等因素。2.6 Cortex-A8內(nèi)核結(jié)構(gòu)有哪些組成部分?每個部分各完成什么功能?Cortex-A8內(nèi)核有以下結(jié)構(gòu)組成：指令讀取單元完成對指令流進行預測；指令解碼單元對所有AR附旨令

13、，Thumb-2指令進行譯碼排序；指令執(zhí)行單元執(zhí)行所有整數(shù)ALl運算和乘法運算,并影響標志位，根據(jù)要求產(chǎn)生用于存取的虛擬地址以及基本回寫值，將要存放的數(shù)據(jù)格式化,并將數(shù)據(jù)和標志向前發(fā)送，處理分支及其他指令流變化,并評估指令條件碼；數(shù)據(jù)存取單元包含了全部L1數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)和整數(shù)存取流水線；L2Cache單元包含L2Cache和緩沖接口單元BIU;NEO陰元單元包含一個10段NEO流水線,用于譯碼和執(zhí)行高級SIMD多媒體指令集；ETM單元是一個非侵入跟蹤宏單元，可以對指令和數(shù)據(jù)進行跟蹤并能對跟蹤信息進行過濾和壓縮；處理器外部接口。2.7 三星S5PV21況理器是基于哪種架構(gòu)的？它主要有哪些特點？三星

14、S5PV21眥理器基于AR睇構(gòu)，采用基于ARMV7勺Cortex-A8核；有如下特點：低功耗，高性能；主頻可達1GHz具有64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，32/32KB的數(shù)據(jù)/指令一級緩存，512KB二級緩存，運算能力可以達到2000DMIPS支持LPDDR,1LPDDR2DDR次型RAMNandflash,Norflash,OneNan濤類型Flash;支持存儲空間最大32G(ROM,最大支持32G的TF卡；包含強大的硬件編解碼功能，內(nèi)建MFC支持多種格式視頻編解碼；支持IIS、AC97和PCM&頻接口；外部總線模塊支持4路UAR伸口，3路IIC總線，2路SPI總線2.8 ARM集成開發(fā)環(huán)

15、境RVD電含哪幾個模塊？這些模塊各有什么特點？RVD也含4個模塊：IDE、RVCTRVDffiRVISSIDE:將軟件開發(fā)與ARMRealVieva具的編譯和調(diào)試技術(shù)結(jié)合在一起?？梢杂米黜椖抗芾砥?，為ARMS標創(chuàng)建、生成、調(diào)試、監(jiān)視和管理項目。RVCT業(yè)界最優(yōu)秀的編譯器，支持全系列的ARMF口XSCAL柒構(gòu)，支持匯編、C和C+皓言，支持二次編譯和代碼數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，能夠生成更小的可執(zhí)行文件，節(jié)省ROMg間。RVDRV慮RVDSH勺調(diào)t軟件，功能強大,支持Flash燒寫和多核調(diào)試，支持多種調(diào)試手段，快速錯誤定位RVISSRVISS是指令集仿真器,支持外設(shè)虛擬,可以使軟件開發(fā)和硬件開發(fā)同步進行,同時

16、可以分析代碼性能,加快軟件開發(fā)速度。2.9 ARM集成開發(fā)環(huán)境RVD豉持哪些處理器和模擬器？RVD豉持以下處理器：ARM7ARM9ARM10ARM1處理器系歹U;ARMIIMPCo第核處理器；Cortex系列處理器；RealViewDebugger中的SecurCore、SC10M口SC200處理器；RVCI的SecurCoreSC300處理器；RealViewDebugger中支持FaradayFA52&FA626和FA626T電理器；MarvellFeroceon88FR101和88FR111處理器。RVD豉持以下*II擬器：RealViewARMulator指令集模擬器（RVIS

17、S）；指令集系統(tǒng)模型（ISSM）；RTSM；SoCDesigner。2.10 什么是嵌入式系統(tǒng)的交叉開發(fā)環(huán)境?嵌入式系統(tǒng)充當程序的運行環(huán)境而非開發(fā)環(huán)境，因此為了能夠開發(fā)出適合在嵌入式系統(tǒng)運行的程序，就要使用交叉開發(fā)環(huán)境。在一個平臺上開發(fā)出來在另一個平臺運行的程序就是交叉開發(fā)。交叉開發(fā)環(huán)境就是用來在宿主機（通用計算機，通常為PC或工作站）上面生成可以在目標機（嵌入式系統(tǒng)）運行的程序的開發(fā)環(huán)境。2.11 GCCS!叉編譯器的編譯流程和執(zhí)行過程有哪些？GCCS譯常見的錯誤類型有哪些？GC位叉編譯的流程如下：源文件（*c,*s等）-預處理（*.i）-編譯（*.S）-匯編（*.o）-鏈接（elf可執(zhí)行文

18、件）-轉(zhuǎn)換（bin文件）GCC®譯常見的錯誤類型有：語法錯誤；頭文件錯誤，找不到代碼中使用的頭文件；內(nèi)建函數(shù)使用錯誤；檔案庫錯誤，找不到庫文件；未定義的符號錯誤等2.12嵌入式系統(tǒng)的交叉開發(fā)環(huán)境下有哪些調(diào)試方法？有以下調(diào)試方法：RO昉真、在線仿真、在系統(tǒng)編程、JTA例試、軟件仿真器等。2.13 EclipseforARM開發(fā)環(huán)境搭建的步驟是什么？根據(jù)本書介紹搭建EclipseforARM開發(fā)環(huán)境。安裝YAGARTOG崢工具;安裝YAGARTO具；安裝JRE；安裝EclipseforARM；安裝仿真器驅(qū)動和仿真器工具軟件。2.14在EclipseforARM開發(fā)環(huán)境下構(gòu)建一個工程并且編

19、譯調(diào)試工程,學會EclipseforARM的使用。根據(jù)教材內(nèi)容自行操作。第3章3.1簡述Cortex-A8微處理器的幾種工作模式。Cortex-A8處理器有8種模式：用戶模式（usr）；系統(tǒng)模式（sys）；管理模式（svc）；中止模式（abt）；未定義模式（und）；通用中斷模式（irq）；快速中斷模式（fiq）；監(jiān)控模式（mon）。3.2舉例說明Cortex-A8微處理器的存儲格式。Cortex-A8處理器支持小端格式和字節(jié)不變的大端格式。此外,處理器還支持混合大小端格式（既有大端格式又有小端格式）和非對齊數(shù)據(jù)訪問。對指令的讀取,則總是以小端格式操作。3.3 簡述機器指令LDR與匯編偽指令的

20、區(qū)別。機器指令LDR用于將存儲器中的32位的字數(shù)據(jù)傳送到目標寄存器中，使用格式為：LDR件目的寄存器存儲器地址而LDR偽指令的作用是將一個值加載到目標寄存器中，使用格式為：LDR目的寄存器=立即數(shù)兩者的本質(zhì)的區(qū)別是一個是加載地址中的數(shù)據(jù)，一個是加載一個立即數(shù)。LDR偽指令補充了MOq旨令加載立即數(shù)限制的不足。3.4 簡述CPS獻態(tài)寄存器中各有效位的含義。條件標志位（N、Z、C、V）；Q標志位（定用于指示增強的DA田旨令是否發(fā)生了溢出）；IT塊（用于對thumb指令集中if-then-else這一類語句塊的控制）；J位用于表示處理器是否處于ThumbE馱態(tài)；GE3:0（該位用于表示在SIMD指令

21、集中的大于、等于標志）；E位（控制存取操作的字節(jié)順序）；A位（表示異步異常禁止）；控制位（中斷禁止位，T位和模式位）。3.5 簡述Cortex-A8微處理器的異常類型。異常類型說明復位異常當復位信號產(chǎn)生時,復位發(fā)生處理器放棄正在執(zhí)行的指令快速中斷異常FIQFIQ異常支持快速中斷中斷異常IRQ發(fā)生中斷，在快速中斷過程中中斷異常不發(fā)生中止異常中止是一種異常,用于告知操作系統(tǒng):與某個值關(guān)聯(lián)的內(nèi)存訪問失效。軟件中斷進入管理模式監(jiān)控異常當處理器執(zhí)行SMG旨令時,內(nèi)核進入監(jiān)控模式請求監(jiān)控功能未定義指令異常遇到一條處理器或系統(tǒng)協(xié)處理器無法處理的指令時進入3.6什么是尋址?簡述Cortex-A8微處理器的尋址

22、方式。尋址是根據(jù)指令中給出的地址碼字段來尋找真實操作數(shù)地址的方式；Cortex-A8支持的尋址方式有以下幾種：寄存器尋址（取出寄存器中的值作為操作數(shù)）、立即數(shù)尋址（操作數(shù)為明確數(shù)值）、寄存器移位尋址（對操作數(shù)進行移位操作）、寄存器間接尋址（將寄存器中的值作為地址，去改地址中保存的值作為操作數(shù)）、變址尋址（在基址寄存器的基礎(chǔ)上加上偏移量，然后將該值作為地址取其地址中的值作為操作數(shù)）、多寄存器尋址（一次操作傳送多寄存器的值）、堆棧尋址（堆棧是一種按特定順序進行存?。?、塊拷貝尋址（把一塊數(shù)據(jù)從存儲器的某一位置復制到另一位置）、相對尋址（變址尋址的一種變通，由程序計數(shù)器（PC）提供基地址，指令中的地址

23、碼字段作為偏移量,兩者相加后得到操作數(shù)的有效地址）等。3.7編程實現(xiàn)64位加法、64位減法、64位求負數(shù)功能，結(jié)果放在R1、R0寄存器中。64位加法：R2R3存放第一個64位數(shù)據(jù)R4R5存放第二個64位數(shù)據(jù)ADDSR0,R2,R助口低32位字ADCR1,R3,R5加高32位字60減法R2R3存放第一個64位數(shù)據(jù)（被減數(shù)）R4R5存放第二個64位數(shù)據(jù)（減數(shù)）SUBSR0,R2,R4SBCR1,R3,R5W負數(shù)RSBR0,R2,#0RSCR1,R3,#03.8號旨令、BL指令、BLX指令和BX指令用于實現(xiàn)程序流程的跳轉(zhuǎn)，有何異同？B指令只是做簡單的跳轉(zhuǎn)；BL指令在跳轉(zhuǎn)之前會將當前PC寄存器的值保存

24、在R14寄存器（LR）中，通過LDRPC,LR§句可以返回跳轉(zhuǎn)前的位置；BLX指令與BL區(qū)別在于跳轉(zhuǎn)的時候切換處理器工作狀態(tài)，在ARM狀態(tài)和Thumb（犬態(tài)間切換。3.9簡述匯編語言的程序結(jié)構(gòu)。匯編語言的程序結(jié)構(gòu)由段（section）構(gòu)成；段又分為代碼段和數(shù)據(jù)段；每個匯編程序至少包含一個代碼段，零個或多個包含初值的數(shù)據(jù)段，零個或多個不包含初值的數(shù)據(jù)段。3.10 ALIGN偽操作的指令的作用是什么？什么情況下需要偽操作？在ARE闡操作中有ALIGN屬性，它與單獨的ALIGN偽操作有什么不同？定義代碼段和數(shù)據(jù)段的對齊方式。當某代碼段的地址不是4的整數(shù)倍的時候需要該偽操作。在ARE闞操彳中ALIGN屬性的作用范圍只限定于ARE仲請的區(qū)域，而單獨的ALIGN作用范圍為該偽操作后面的所有代碼。3.11 如何在C語言程序中內(nèi)嵌匯編程序？如何在匯編程序中訪問C程序變量？在C語言中使用以下格式來嵌套匯編代碼_asm/*匯編1*/*匯編2*/在匯編程序中訪問C程序變量方式如下：1）使用IMPOR項指令聲明這個全局變量；2）使用LDR&#