嵌入式系統(tǒng)原理與開(kāi)發(fā)課后答案文檔

嵌入式復(fù)習(xí)資料第一章嵌入式系統(tǒng)概述：1、什么是嵌入式系統(tǒng)？是簡(jiǎn)單列舉一些生活中常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)的實(shí)例。P3嵌入式系統(tǒng)是用于檢測(cè)、控制、輔助、操作機(jī)械設(shè)備的裝置。以應(yīng)用為中心，一計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。3、是比較嵌入式系統(tǒng)與通用PC的區(qū)別。P3（1）嵌入式系統(tǒng)是專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而PC是通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（2）技術(shù)要求不同，通用PC追求高速、海量的數(shù)據(jù)運(yùn)算；嵌入式要求對(duì)象體系的智能化控制。（3）發(fā)展方向不同，PC追求總線速度的不斷提升，存儲(chǔ)容量不斷擴(kuò)大；嵌入式追求特定對(duì)象系統(tǒng)的智能性，嵌入式，專用性。4、嵌入式體統(tǒng)有哪些部分組成？簡(jiǎn)單說(shuō)明各部分的功能與作用。P6（1）硬件層是整個(gè)核心控制模塊（由嵌入式微處理器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、通信模塊、人機(jī)接口器為核心，在嵌入式微處理器基礎(chǔ)上增加電源電路、時(shí)鐘電路、和存儲(chǔ)器電路（RAM和ROM等），這就構(gòu)成了一個(gè)嵌入式核心控制模塊，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。、其他I/O接口以及電源組成），嵌入式系統(tǒng)的硬件層以嵌入式微處理（2）中間層把系統(tǒng)軟件與底層硬件部分隔離，使得系統(tǒng)的底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與硬件無(wú)關(guān)。一般包括硬件抽象層（HardwareAbstractLayer，HAL）和板級(jí)支持包（BoardSupportPackage，BSP）。（3）軟件層由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RealTimeOperatingSystem，RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（GraphicalUserInterfaces，GUI）、網(wǎng)絡(luò)組件組成。（4）功能層是面向被控對(duì)象和用戶的，當(dāng)需要用戶操作是往往需要提供一個(gè)友好的人際界面。5、嵌入式系統(tǒng)是怎么分類(lèi)的？P7按照嵌入式微處理器的位數(shù)分類(lèi)（4位、8位、16位、32位、64位）；按照是實(shí)時(shí)性分類(lèi)（硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)式之系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格的要求；軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)是對(duì)響應(yīng)時(shí)間有一定要求）；按照嵌入式軟件結(jié)構(gòu)分類(lèi)（循環(huán)輪詢系統(tǒng)、前后臺(tái)系統(tǒng)、多任務(wù)系統(tǒng)）；按照應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi)。6什么是多任務(wù)系統(tǒng)？多任務(wù)系統(tǒng)的特點(diǎn)些？P9應(yīng)用的場(chǎng)合：對(duì)于較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)而言，存在許多互不相關(guān)的過(guò)程需要計(jì)算機(jī)同時(shí)處理，在這種情況下就需要采用多任務(wù)系統(tǒng)。多任務(wù)系統(tǒng)的軟件是由多個(gè)任務(wù)、多個(gè)中斷服務(wù)程序以及嵌入式操作系統(tǒng)組成。任務(wù)是順序執(zhí)行的，并行性通過(guò)操作系統(tǒng)完成。特點(diǎn)：（1）每個(gè)任務(wù)都是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的程序，等待特定的輸入，從而機(jī)型相應(yīng)的處理。（2）這種程序模型將系統(tǒng)成分相對(duì)簡(jiǎn)單、相互合作的模塊。（3）不同的任務(wù)共享同一個(gè)CPU和其他硬件，嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)這些共享資源進(jìn)行管理。（4）多個(gè)順序機(jī)型的任務(wù)在宏觀上是并行執(zhí)行的，每個(gè)任務(wù)都運(yùn)行在自己獨(dú)立的CPU上。

1`嵌入式處理器有哪幾類(lèi)？簡(jiǎn)述各類(lèi)嵌入式處理器的主要特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。P16嵌入式微控制器、嵌入式微處理器、嵌入式DSP、嵌入式片上系統(tǒng)。(1)嵌入式微處理器集成處理器內(nèi)核，存儲(chǔ)管理器高速緩存芯片，存在體積小、重量輕、成本低和可靠性高等特點(diǎn)，其又稱為單板機(jī)。（2）嵌入式微控制器是集成了微處理器、存儲(chǔ)器和片內(nèi)外設(shè)芯片稱為微控制器，片上外設(shè)資源豐富適合于控制單片化、體積小、功耗低、成本低等特點(diǎn)。（3）嵌入式DSP專門(mén)用于信號(hào)處理的嵌入式芯片，適合執(zhí)行DSP算法，能夠?qū)﹄x散信號(hào)進(jìn)行集化處理，提高速度。（4）嵌入式片上系統(tǒng)SOC軟硬件的無(wú)縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊，在單個(gè)芯片上實(shí)整個(gè)系統(tǒng)的功能。4、ARM體系結(jié)構(gòu)版本的命名規(guī)則有哪些？簡(jiǎn)單說(shuō)明ARM7TDMI的含義。P28/ARMv/n/varants/x/varcant/內(nèi)核、體系結(jié)構(gòu)、變量、//排除//例如：ARMv4xM是指ARM內(nèi)核v4版本排除M變種ARMv5TxM是指ARM內(nèi)核v5體系支持T變種排除M變種6、ARM處理器的工作模式有幾種？各種工作模式下分別有什么特點(diǎn)？P37用戶：程序正常執(zhí)行模式FIQ：支持高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理IRQ：通用中斷處理管理：操作系統(tǒng)保護(hù)模式，用于處理軟中斷中止：用于處理存儲(chǔ)器故障，虛擬存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器保護(hù)，處理存儲(chǔ)器的故障未定義：支持硬件協(xié)處理器的仿真處理未定義的指令陷阱系統(tǒng)：運(yùn)行特權(quán)操作系統(tǒng)任務(wù)未免出現(xiàn)用戶模式不可靠。7、ARM處理器總共有多少個(gè)通用寄存器？這些寄存器按其在用戶編程中的功能是如何劃分的？P38ARM處理器共有37個(gè)寄存器，31個(gè)通用寄存器，含程序存器。r0~r7為普通寄存器計(jì)數(shù)器PC，6個(gè)狀態(tài)寄r8~r12普通寄存器允許快速中斷針SP，指向棧頂r13通常用作堆棧指r14通常用作子程序→SPSRr15程序鏈接寄存器LR也用于中斷臨時(shí)存放PC值，PC→LRCPSR計(jì)數(shù)器通常被用作程序計(jì)數(shù)器PC。（PC中存放下一條將要執(zhí)行的指令地址）8~CPSR各狀態(tài)位的作用是什么？如何進(jìn)行操作，以改變各狀態(tài)位？P39N、Z、C、V、Q是條件碼標(biāo)志，I、F、T、M【4:0】是控制位。I：置1則禁止IRQ中斷；F：置1則禁止FIQ中斷；T：對(duì)于ARM體系結(jié)構(gòu)v4以上版本，T=0指示ARM執(zhí)行，T=1指示Thumb執(zhí)行：對(duì)已ARM體系結(jié)構(gòu)v5以上版本，T=0指示ARM執(zhí)行，T=1指示下一條指令引起未定義的指令異常。

r14-<exception-mode>=returnlinkSPSR-<exception-mode>=CPSRCPSR【5】=0CPSR【7】=1使處理器在ARM狀態(tài)下執(zhí)行禁止新的IRQ中斷（5）基址尋址、基址尋址是講基址寄存器的內(nèi)容與指令中給出的維系量相加，形成操作數(shù)有效地址。（7）堆棧尋址按照特定順序進(jìn)行存取的存取區(qū)。（8）塊拷貝尋址（9）相對(duì)尋址12、ARM指令系統(tǒng)中對(duì)字節(jié)、半字、字的存取是如何實(shí)現(xiàn)的？字節(jié)（B）半字（H）字(W)另附：1、哈佛結(jié)構(gòu)和馮諾依曼結(jié)構(gòu)體系的區(qū)別。哈佛體系：指令與數(shù)據(jù)分開(kāi)，有兩個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)器模塊，有兩條獨(dú)立總線（數(shù)據(jù)、地址）。馮諾依曼：程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，程序指令的存儲(chǔ)地址與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一存儲(chǔ)器的不同位置2大端地址和小端地址的區(qū)別。小端存儲(chǔ)：低字節(jié)存放在低地址；大端存儲(chǔ)：低字節(jié)存放在高地址3、SIMIAR9?。≧0,R1，R5）①I(mǎi)A：傳送之后地址+1②IB：傳送之前地址+1③DA：傳送之后地址-1④DB：傳送之前地址-1

以嵌入式系統(tǒng)處理器為核心，加上存儲(chǔ)器，I/O接口電路，必要的附屬電路（電源，時(shí)鐘，復(fù)位，中斷）以及相應(yīng)的總線，以及輔助接口組成。（1）請(qǐng)簡(jiǎn)單描述總線的四周期握手過(guò)程。P88（1）設(shè)備一升高它的輸出電平來(lái)發(fā)出查詢信號(hào),他告訴設(shè)備二應(yīng)準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)。（2）設(shè)備二準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù),升高它的它的輸出電平來(lái)發(fā)出應(yīng)答信號(hào),這時(shí)設(shè)收數(shù)據(jù)。（3）一旦看到數(shù)據(jù)傳輸完畢,設(shè)備二降低它的輸出電平表示它已經(jīng)接受完數(shù)據(jù)。（4）看到設(shè)備二的應(yīng)答信號(hào)變低,設(shè)備降低它的輸出電平。直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DirectMemery-Access，DMA）是允許讀/寫(xiě)不由CPU控制的總線操作。專用硬件來(lái)完成外設(shè)與存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。除CPU以外的操作5、RAM存儲(chǔ)器有哪幾種？他們的特點(diǎn)分別是什么？分別適用哪些場(chǎng)合P94—P96答：靜態(tài)RAM，特點(diǎn)：價(jià)高，容量小，功耗低，穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合。動(dòng)態(tài)RAM，特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，價(jià)低，容量大，穩(wěn)定性低，如果系統(tǒng)的隨機(jī)存儲(chǔ)器的容量不是很大一般采用SRAM，反之DRAM。對(duì)于特別高速的應(yīng)用，使用SRAM。如果嵌入式系統(tǒng)對(duì)功耗敏感，可使用SRAM。6、ROM存儲(chǔ)器有哪幾種？他們的特點(diǎn)分別是什么？P96

（1）可編程ROM，只可編程一次。第五章嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是指支持嵌入式系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。其功能有管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)間通信、定時(shí)器響應(yīng)以及提供多任務(wù)處理等功能的穩(wěn)定。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是嵌入在系統(tǒng)目標(biāo)代碼中的軟件，并在系統(tǒng)啟動(dòng)之后運(yùn)行，進(jìn)行資源管理、任務(wù)調(diào)度、中斷響應(yīng)等，系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)來(lái)動(dòng)態(tài)地切換各個(gè)任務(wù)。典型的操作系統(tǒng)：VxWorksWindowsCEpSOSQNXPalmOS嵌入式LinuxμC/OS-2、非占先式內(nèi)核與占先式內(nèi)核的主要區(qū)別是什么？P152非占先式內(nèi)核的優(yōu)點(diǎn)：（1）響應(yīng)中斷快（2）可以使用不可重入函數(shù)（3）共享數(shù)據(jù)方便。占先式內(nèi)核是任務(wù)級(jí)響應(yīng)時(shí)間最優(yōu)化而且是確定的，不應(yīng)直接使用不可重入函數(shù)。3、任務(wù)之間的通信方式有哪幾種？每一種方式的特點(diǎn)是什么？P153共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：必須實(shí)現(xiàn)存取的互斥機(jī)制消息機(jī)制：任務(wù)可以通過(guò)內(nèi)核提供的系統(tǒng)服務(wù)向另一個(gè)任務(wù)發(fā)送消息。5、任務(wù)之間的同步方式有哪幾種？每一