第10章建立嵌入式系统开发环境
10.2.5习题
1．使用vi查看安装程序install.sh，对比install.sh中的语句与安装过程。
答：首先建立合适的安装目录，然后安装交叉编译工具软件，然后安装Linux内核，建立根文件系统，之后安装调试工具gdb和gdbserv，最后安装试验源代码及相关文档。2．若使用上位机的com2口与下位机进行连接，应在minicom中如何设置？
答：若使用上位机的com2口与下位机进行连接，应在minicom中选择“Serial port setup”进入串口配置界面。输入“A”，将“Serial device”的值修改为“/dev/ttyS1”，表示连接的是上位机的com2口。
3．若下位机的IP地址为192.168.0.121，上位机的IP地址为202.201.33.15，请写出将上位机和下位机的IP地址配置在同一个网段的过程。
答：在上位机的终端命令窗口中键入下面的命令，可以将上位机和下位机的IP地址配置在同一个网段192.168.0.:
ifconfig eth0 192.168.0.252 netmask 255.255.255.0
10.3.5习题
1．在“vivi>”提示符状态下，使用help查看vivi命令的用法，比较与Linux命令的不同。
答：vivi命令用来配置开发板的硬件资源，使用时后面需给出必要的关键字参数，如：vivi> load help
Usage: load
而Linux命令的参数通常以“-”开始，如：
cat [-AbeEnstTuv] [--help] [--version] fileName。
2．写出下位机软件系统的四个组成部分的功能。
答：下位机的软件系统由Bootloader系统内核、根文件系统和应用程序四部分组成。
Bootloader相当于PC机上的BIOS，在下位机加电时自动运行，执行硬件初始化和调用系统内核的功能。Bootloader分为U-boot、Vivi、Blob、ARMBoot、RedBoot等多种，本实验使用实验箱自带光盘中的vivi。
系统内核就是运行在下位机上的操作系统内核，本实验使用实验箱自带光盘中的zImage，是ARM-Linux的内核，版本号为2.6。
根文件系统是Linux系统必不可少的一部分，用来管理下位机中的文件。本实验使用实验箱自带光盘中的root.cramfs。Cramfs是专门针对Flash设计的只读压缩的文件系统，其容量上限为256M，采用zlib压缩，文件系统类型可以是EXT2或EXT3，经常作为下位机的根文件系统。
应用程序是需要烧写到下位机，在下位机中运行的程序，在上位机中以压缩文件包的形式保存，本实验使用实验箱自带光盘中的yaffs.tar.bz2。应用程序所使用的文件系统为Yaffs （Yet Another Flash File System），Yaffs是一种专门为Flash设计的嵌入式文件系统，运行速
度快、占用内存小，提供写均衡、垃圾收集等底层功能。
3．查阅相关资料，了解下位机软件系统的四个组成部分的生成过程。
省略
11.1.5习题
1．Makefile是如何工作的？其中的宏定义分别是什么意思？
答：makefile文件中语句的语法是Shell语句语法的子集，以“#”开头的语句为注释语句，内容一般分为两部分，前面部分由include和变量定义语句构成，include语句能够将另外一个文件的内容包含进来，变量定义语句定义后面部分要使用的变量。前面部分的内容可以为空。
makefile的后面部分内容是文件的主要内容，由一些规则描述的语句块组成，make执行时将根据这些语句块的描述执行相应的命令或者程序。
其中常用的宏有：
CC：指明采用的编译器；EXEC ：表示编译后生成的可执行文件名；OBJS：给出目标文件列表；CFLAGS：给出编译参数；LDFLAGS：给出连接参数；all:给出编译主入口；clean: 表示清除编译结果
2．嵌入式开发的基本过程有哪几步？
答：嵌入式开发的基本过程为：采用相应的编辑工具编写应用程序，然后在上位机编译调试应用程序，然后使用NFS将上位机上编译好的文件下载到下位机上运行。
11.2.6 习题
1．在生产者-消费中实例中，加入一个新的线程用于处理键盘的输入，并在按键为ESC 时终止所有线程。
答：参考程序见“/labs/ Lab_2”文件夹中的“pth1.c”。
2．使用信号量控制方式编写多线程程序，设4个线程，其中两个线程负责从文件中读取数据到公共的缓冲区，另两个线程从缓冲区读取数据做不同的处理（加和乘运算）。
答：参考程序见“/labs/ Lab_2”文件夹中的“sem_example.c”。
3．线程的优先级的控制。
答：程序控制线程的优先级，一般是用pthread_attr_getschedpolicy来获取系统使用的调度策略，如果是SCHED_OTHER的话，表明当前策略不支持线程优先级的使用，否则可以。当然所设定的优先级范围必须在最大和最小值之间，可以通过sched_get_priority_max和sched_get_priority_min来获取。在系统允许使用线程优先级别的时候，使用下面两个函数pthread_attr_setschedparam、thread_attr_getschedparam来设置线程的优先级。
11.3.6 习题
1．修改程序，编写一个简单的文件收、发程序，完成串口文件下载。
答：参考本次试验提供的用户程序，在receive函数中新建一个简单文件，读取串口字符写入文件即可，须注意发送和接收线程的互锁机制。
2．RS-232串行通信的数据格式是什么？
答：开始前，线路处于空闲状态，送出连续“1”。传送开始时首先发一个“0”作为起始位，然后传输字符的二进制编码。每个字符的数据位长度可以约定为5-8位，一般采用ASCII 编码。后面是奇偶校验位，根据约定，用奇偶校验位将所传字符中为“1”的位数凑成奇数个或偶数个，也可不要奇偶校验。最后是停止位的“1”信号，停止位可以约定持续
1 位、1.5 位或
2 位的时间宽度。至此一个字符传送完毕，线路又进入空闲，持续为“1”。经过一段随机的时间后，下一个字符开始传送才又发出起始位。
3．串行通信最少需要几根线？分别如何连接？
答：当通信距离较近时，通信双方可以直接连接。最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信。
图1 最简单的串行通信连接方式
图1中的2号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。
4．ARM的串口有几个？相应的寄存器是什么？
答：S3C2410提供了三个通用异步串行通信接口，每个串口都有一个波特率发生器、接收寄存器、发送寄存器和一个控制单元，另外，还有两个16字节的FIFO寄存器作为发送和接收的缓冲装置。在S3C2410中，对串口的控制是通过设置相应的控制寄存器来实现的，其常用的寄存器主要有以下几个：(1)ULCONn寄存器：主要用来设置串口工作模式，包括数据位长度、停止位个数，以及数据校验方式等。S3C2410支持四种校验方式，分别是奇校验、偶校验、MARK校验和SPACE校验。(2)UCONn寄存器：该寄存器涉及到中断模式控制、DMA模式控制，以及时钟的选择等。(3)UTRSTATn寄存器：串口的状态寄存器，用于指示串口是否接收或发送完毕。(4)UTXHn和URXHn寄存器：发送和接收寄存器。
(5)UBRDIVn寄存器：波特率设置寄存器，用于对时钟分频，产生需要的波特率。
5．终端如何处理特殊字符？
答：在串口的参数配置结构struct termios中，通过设置c_cc数组成员来定义支持的特殊控制字符以及一些timeout参数。c_cc 支持的常量名称有：VINTR 中断控制，对应键为CTRL+C；VQUIT 退出操作，对应键为CRTL+Z；VERASE 删除操作，对应键为Backspace （BS）；VKILL 删除行，对应键为CTRL+U；VEOF 位于文件结尾，对应键为CTRL+D；VEOL 位于行尾，对应键为Carriage return（CR）；VEOL2 位于第二行尾，对应键为Line feed（LF）；VMIN 指定了最少读取的字符数；VTIME 指定了读取每个字符的等待时间。
11.4.6习题
1．修改用户程序，将三个电位器的多次转换的结果写入一个文件中。
答：参考程序见“/labs/ Lab_4”文件夹中的“main1.c”。
2．逐次逼近型的A/D转换器原理是什么？
答：逐次逼近型A/D 转换器其工作原理是：将被测电压和由D/A转换生成的电压进行比较，用对分搜索的方法来逐次逼近被测电压。它的实质是逐次把设定的SAR 寄存器中的数字量经D/A 转换后得到电压Vc 与待转换模拟电压V。进行比较。比较时，先从SAR 的最高位开始，逐次确定各位的数码应是“1”还是“0”，其工作过程如下：转换前，先将SAR 寄存器各位清零。转换开始时，控制逻辑电路先设定SAR 寄存器的最高位为“1”，其余位为“0”，此试探值经D/A 转换成电压Vc，然后将Vc 与模拟输入电压Vx 比较。如果Vx≥Vc，说明SAR 最高位的“1”应予保留；如果Vx 3．A/D转换的重要指标包括哪些？ 答：A/D 转换的重要指标有；分辨率、精度、转换时间、电源灵敏度、量程、输出逻辑电平和工作温度范围等。 4．ARM的A/D功能的相关寄存器有哪几个，对应的地址是什么？ 答：与A/D相关的寄存器主要有A/D转换控制寄存器（ADCCON）和A/D转换数据寄存器ADCDAT0。ADCCON的地址为0x58000000，ADCDAT0的地址为0x5800000C。 5．如何启动ARM 开始转换A/D，有几种方式？转换开始时ARM 是如何知道转换哪路通道的？如何判断转换结束？ 答：A/D转换的数据可以通过中断或查询的方式来访问，如果使用中断方式，全部的转换时间（从A/D转换的开始到数据读出）要更长。如果是查询方式，则要检测ADCCON[15]（转换结束标志位）来确定从ADCDAT寄存器读取的数据是否是最新的转换数据。 A/D转换开始的另一种方式是将ADCCON[1]置为1，这时只要有读转换数据的信号，A/D 转换才会同步开始。 转换开始时ARM 中的ADCCON寄存器的第5-3位表示模拟输入通道选择，可判断其值就可知哪路通道转换。 通过测试ADCCON寄存器的第15位是否为1，就可判断转换是否结束。 11.5.6 习题 1．修改用户程序，产生余弦波形信号，并使用示波器观察输出波形。 答：参考用户程序“da_sin.c”，将其正弦函数修改为余弦函数即可。 2．修改用户程序，产生方波信号，并使用示波器观察输出波形。 答：参考代码为“da_fang.c”。 3．D/A 转换器的分类。 答：D/A 转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类，主要有：电压输出型（如TLC5620）、电流输出型(如THS5661A)、乘算型（如AD7533）、一位D/A 转换器等。 4．D/A 转换器的主要技术指标。 答：D/A 转换器的主要技术指标有： （1）分辩率(Resolution) 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 分辨率也可以用D/A转换器的最小模拟输出量（对应数字量仅最低位为“1”）与最大 量（对应数字量所有有效位为“1”）之比来表示。 （2）建立时间(Setting Time) 这是D/A 的一个重要性能参数，通常定义为：在数字输入端发生满量程码的变化以后，D/A 的模拟输出稳定到最终值±1/2LSB 时，所需要的时间。 其他指标还有线性度(Linearity)，转换精度，温度系数/漂移。 5．MAX504 的特点及使用方法。 答：MAX504 10位D/A 转换器的特点有：由单个 5V 电源供电；电压输出缓冲； 内部2.048V 参考电压；)MAX (LSB 2 1INL =；电压不随温度变化；可变的输出范围：0V ～VDD ，VSS ～VDD ；上电复位；串行输出。 MAX504 在开发板上的连接连接如图2所示。 图2 MAX504在开发板中的连接 图2中，RFB 连接VOUT 、BIPOFF 连接AGND ，使得输出电压范围为0~2V REFIN ，即0~4.069V 。时钟和输入、输出信号分别与同步串口的时钟、发送和接收端相连。MAX504可接收12 位的数据，但低两位不起作用。所以发送数据时应先将数据左移两位，然后先发送高八位，再发送低八位数据。 11.6.6 习题 1．CAN 总线通讯最少需要几根线？如果多个节点应该如何连接？ 答：CAN 总线通讯最少需要2根线。一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点，但是，实际应用中节点数目受网络硬件的电气特性所限制，需要使用CAN 收发器实现各节点之间的通讯。 2．为什么CAN 总线的可靠性高，传输数率却可以速度比串口快（可达到1Mbps ）？ 答：CAN 属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。与RS-485等相比，CAN 总线中，CAN 控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN 协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN 总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。 3．如果要在现有的系统上构建复杂的CAN 总线通信协议需要进行怎样的扩展？ 省略 11.7.6 习题 1．修改用户程序，将上位机上的若干个字符串传递给下位机。 答：参考程序见“labs/lab_7”文件夹中的“test485.c”。 2．RS-485通信特点。 答：RS-485是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和通信协议。RS-485标准定义了一个基于单对平衡线的多点、双向（半双工）通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。RS-485接口的主要特点如下： 平衡传输 多点通信 驱动器输出电压（带载）：≥|1.5V| 接收器输入门限：±200MV 7V至+12V总线共模范围 最大输入电流：1.0MA/-0.8MA(12VIN/7VIN) 最大总线负载:32个单位负载(UL) 最大传输速率:10MBPS 最大电缆长度:4000英尺 网络配置 3．建立自己的高层通信协议，完成设备间的多机通信。 省略 11.8.6习题 1．修改测试程序，控制直流电机以恒定速度或变速转动。 答：参考代码为本次实验目录下的“dcm_c_v.c”。 2．简述PWM的基本原理，思考其基本参数的变化对电机转动的影响。 答：PWM（Pulse-Width Modulation）是脉宽调制技术的简称，可用于控制高性能的直流电机调速系统。其原理为：晶体管的导通时间也被称为导通角α，通过控制晶体管的开通与断开时间来改变导通角α的大小，就可以调节加在负载上的平均电压的大小，以实现对电动机的变速控制，这就是PWM变速控制技术的基本原理，如图3所示。在PWM 变速控制中，系统采用直流电源，放大器的频率是固定，变速控制通过调节脉宽来实现。 图3 PWM调速原理 由上图可知，电动机两端得到的电压平均值αv U 可用下式表示为： pwm pwm av U U T t U αα== 式中：αt 为开关每次接通的时间，T 为开关断开的时间周期，α为占空比，由公式可见，改变脉冲的占空比，电动机两端的电压平均值αv U 也随之改变，从而控制电机的变速。 3．尝试使用实验箱上的电位器旋钮控制直流电机的转向和转速。 省略 11.9.6习题 1．修改用户程序，控制点阵式LED 显示其它字符、图形或汉字。 答：给出要显示字符的点阵数据，调用write 方法即可。 2．编写测试程序，控制8字数码管循环显示数字9～0。 答：给出数字9～0的段码表，调用ioctl 方法控制8字数码管显示。 3．编写测试程序，控制8字数码管循环显示字符A ～F 。 答：给出字符A ～F 的段码表，调用ioctl 方法控制8字数码管显示。 4．如何控制LED 显示内容。 答：为使7段LED 显示内容，必须点亮相应的段，每个段分别由数据线进行控制，通常数据线D 0～D 7顺序控制a ～h 段，所需的控制信号称为段码。由于数字与段码之间没有规律性，因此必须进行数字与段码之间的转换才能驱动要显示的段，以便显示数字的字形。常用的转换方法是将要显示字形的段码列成一个表，称为段码表。显示时，根据字符查段码表，取出其对应的段码送到数据线上来控制显示。 5．LED 是如何正常工作的？ 答：点阵式LED 显示器的显示控制采用扫描方式，在数据存储器中开辟若干个存储单元作为显示缓冲区，缓冲区中存有所需显示图形的控制信息。显示时依次通过列信号驱动器输出一行所需所有列的信号，然后再驱动对应的行信号，控制该行显示。只要扫描速度适当，显示的图形就不会出现闪烁。 6．74HC273的特点及使用方法。 答：LED 的驱动需用TTL 电路驱动，当然需要加限流电阻，74HC273带锁存，这样D 输入的信号可以锁住保持在输出端，保持LED 的驱动是固定的电平状态。脉冲输出信号也可以驱动LED ，只是亮度与脉冲的脉宽有关，此外，74HC273的输入端接在数据总线上，可以起到隔离的作用。驱动LED 一般需要5－7mA 的电流，负载比较大，如果接到其他门电路的输出上，会影响这个输出驱动其他门电路输入的能力。 开发板上设置了2个数码管，由74HC273控制。74HC273是同步串行转并行的锁存器，在此通过SPI 总线和CPU 连接，锁存数据后驱动数码管发光。 第12章 扩展实验 12.1.6习题 1．修改用户程序，完成简单的键盘计算、LED 显示结果。 省略 2．重新定义小键盘健值，完成对应功能键的处理。 省略 12.2.6习题 1．阅读源程序，扩展其功能，用于在浏览器上监控开发板各部件工作。 省略 2．自定义一些功能，使用网络TCP协议实现。 省略 12.3.5习题 1．在第30行处增加1个断点，然后调试执行程序。 答：使用命令break 30 设置断点。 2．将程序gdb_led.c中控制LED显示的循环语句放入用户自定义函数“void show()”中，使main函数调用show函数来控制LED的显示。在main函数中调用show函数处设置断点，然后调试运行程序，比较GDB中的“step”和“next”命令的不同。 答：next命令是不进入的单步执行；而step命令是进入的单步执行，如果已经进入了某函数，而想退出该函数返回到它的调用函数中，可使用命令finish。 3．调试运行过程中，使用GDB命令“set variable s=63”，修改变量“s”的值为63，观察点阵式LED的显示。 省略 4．将第32行语句中的“s *= 2”修改“s += s*2”，观察点阵式LED的显示，并解释。 省略 12.4.6习题 1．添加一些自己的功能，修改源代码并编译调试。 省略 2．增加一个中断驱动函数，比如PC机并口，试验中断驱动的实现。 省略 12.5.6 习题 1．另外找一个Linux的设备驱动程序（在Linux 源码的drivers 目录下），剖析它的结构及工作原理。 省略 2．把UP-TECH S2410/P270 DVP 开发平台上的触摸屏驱动从内核中卸载，自己动手写一个类似的驱动程序，以新驱动代替旧驱动并编译进内核看看运行情况。 省略 12.6.6习题 1．修改测试程序，画出奥运五环，并在LCD上移动显示。 答：参考程序见本次试验目录下的“test_lcd01.c”。 2．修改测试程序，显示ASCII字符或汉字字符。 答：给出ASCII字符或汉字字符的点阵信息，按像素输出即可。 3．修改测试程序，显示彩色位图。 答：研究各种图形文件格式，采用像素输出函数实现显示功能。 12.7.6习题 1．修改“waverec.c”,编写一个程序，同时实现录、放W A V格式音乐文件的功能。 答：参考程序waverec.c中的录制代码段和waveplay.c的播放代码段即可实现。12.8.6习题 1．思考如果在SD总线上接入两个SD设备，电路、驱动程序要进行怎样的修改？ 省略 嵌入式习题答案Last revision on 21 December 2020 第一章习题答案 1.什么是嵌入式系统请列举几个常见的嵌入式系统。 答：根据国际电气和电子工程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和生产线运行的装置（Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。这主要是从产品的应用角度加以定义的，由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。 目前被我国科学家普遍认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统。 常见的嵌入式系统：手机，DVD，路由器，核磁共振仪，全自动洗衣机。 2.嵌入式系统与通用计算机有哪些区别 答：(1) 以应用为中心；(2) 以计算机技术为基础(3) 软件和硬件可裁减(4) 对系统性能要求严格（5）软件的固件化（6）需要专用的开发工具 3.嵌入式系统的发展分为哪几个阶段 答：第一阶段：无操作系统的嵌入算法阶段。第二阶段：以嵌入式CPU为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。第三阶段：以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段：以基于Internet为标志的嵌入式系统。 4.请列举嵌入式系统的主要应用领域。 答：（1）工业控制领域（2）交通运输领域（3）消费电子产品（4）家电领域（5）通信领域（6）商业和金融领域（7）环境监测领域（8）医疗领域（9）建筑领域（10）军事国防领域（11）航天航空领域 《嵌入式系统及应用》课程实验 一、实验课程的性质、目的和任务 性质：《嵌入式系统及应用》课程是自动化专业的专业基础课程，本实验课是该课程教学大纲中规定必修的实验教学内容。 目的和任务：通过实验环节来巩固和加深学生对嵌入式系统的理解，使学生掌握MCS51单片机和ARM的基本原理和应用技术。通过熟悉MCS51开发环境和ARM集成开发环境，使学生掌握嵌入式系统开发的一般规律和方法。在集成开发环境下，进行系统功能程序的编写和调试的训练，掌握嵌入式系统软硬件调试的一般方法和系统设计的能力。 二、实验内容、学时分配及基本要求 三、考核及实验报告 （一）考核 本课程实验为非独立设课，实验成绩占课程总成绩的15%，综合评定实验成绩。（二）实验报告 实验报告应包括： 实验名称 实验目的 实验内容与要求 设计思路（如：分析、程序流程图等） 实验步骤 实验代码（含必要注释） 实验结果分析 实验小结（本题调试过程中遇到的问题和解决方法、注意事项、心得体会等）注：综合型实验需写出系统功能、设计过程 实验报告的要求： 实验报告以文本形式递交，实验报告要书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰。 四、主要仪器设备 硬件：微型计算机；嵌入式系统开发平台。 软件：Keil C51；ADT 五、教材及参考书 教材 [1] 高锋．单片微型计算机原理与接口技术（第二版）．北京：科学出版社，2007 [2] 自编．嵌入式系统及应用 参考书 [1] 王田苗．嵌入式系统设计与实例开发．北京：清华大学出版社，2003 [2] 陈赜．ARM9 嵌入式技术及Linux高级实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2005 [3] 李忠民等．ARM嵌入式VxWorks实践教程．北京：北京航空航天大学出版社，2006 9.3.1 a) void closestMatchPC() { EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION; char manf[], SQLSTATE[6]; int targetPrice, float tempSpeed, speedOfClosest; char tempModel[4], modelOfClosest[4]; int tempPrice, priceOfClosest; EXEC SQL END DECLARE SECTION; EXEC SQL DECLARE pcCursor CURSOR FOR SELECT model, price, speed FROM PC; EXEC SQL OPEN pcCursor; EXEC SQL FETCH FROM pcCursor INTO :modelOfClosest, :priceOfClosest, :speedOfClosest; if(NOT_FOUND) /* print message and exit */ ; while(1) { EXEC SQL FETCH pcCursor INTO :tempModel, :tempPrice, :tempSpeed; if (NOT_FOUND) break; if(|tempPrice-targetPrice|<|priceOfClosest-targetPrice|) { modelOfClosest = tempModel; priceOfClosest = tempPrice; speedOfClosest = tempSpeed; } } EXEC SQL SELECT maker INTO :manf FROM Product WHERE model = :modelOfClosest; printf("manf=%s, model=%d, speed=%d\n", manf, modelOfClosest, speedOfClosest); EXEC SQL CLOSE CURSOR pcCursor; } 实验报告 课程名称：嵌入式系统 学院：信息工程 专业：电子信息工程 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 开课时间：学年第一学期 实验名称：IO接口（跑马灯） 实验时间：11.16 实验成绩： 一、实验目的 1.掌握 STM32F4 基本IO口的使用。 2.使用STM32F4 IO口的推挽输出功能，利用GPIO_Set函数来设置完成对 IO 口的配置。 3.控制STM32F4的IO口输出，实现控制ALIENTEK 探索者STM32F4开发板上的两个LED实现一个类似跑马灯的效果。 二、实验原理 本次实验的关键在于如何控制STM32F4的IO口输出。IO主要由：MODER、OTYPER、OSPEEDR、PUPDR、ODR、IDR、AFRH和AFRL等8个寄存器的控制，并且本次实验主要用到IO口的推挽输出功能，利用GPIO_Set函数来设置，即可完成对IO口的配置。所以可以通过了开发板上的两个LED灯来实现一个类似跑马灯的效果。 三、实验资源 实验器材: 探索者STM32F4开发板 硬件资源: 1.DS0(连接在PF9) 2.DS1(连接在PF10) 四、实验内容及步骤 1.硬件设计 2.软件设计 （1）新建TEST工程，在该工程文件夹下面新建一个 HARDWARE文件夹，用来存储以后与硬件相关的代码。然后在 HARDWARE 文件夹下新建一个LED文件夹，用来存放与LED相关的代码。 （2）打开USER文件夹下的test.uvproj工程，新建一个文件，然后保存在 LED 文件夹下面，保存为 led.c，在led.c中输入相应的代码。 （3）采用 GPIO_Set 函数实现IO配置。LED_Init 调用 GPIO_Set 函数完成对 PF9 和 PF10 ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板教程 119 STM32F4 开发指南(寄存器版) 的模式配置，控制 LED0 和 LED1 输出 1（LED 灭），使两个 LED 的初始化。 （4）新建一个led.h文件，保存在 LED 文件夹下，在led.h中输入相应的代码。 3.下载验证 使用 flymcu 下载（也可以通过JLINK等仿真器下载），如图 1.2所示： 图1.2 运行结果如图1.3所示： 一、填空 1. 嵌入式系统在硬件设计、操作系统的选择、以及软件的设计上都要遵循―面向应用、量体裁衣、够用为度‖的原则。 2. 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，是控制、辅助系统运行的硬件单元。 3. 试列举三种以上主流的通用处理器：ARM／StrongARM、MIPS、PowerPC、X86、68K／Coldfire。 4. ARM处理器共有37个寄存器，其中包括31个通用寄存器和6个状态寄存器。 5. ARM处理器有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0～R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器。 6. 寄存器R13在ARM指令中常用作堆栈指针。R14也称作子程序连接寄存器或连接寄存器LR，当发生中断或异常时，对应的分组寄存器R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用来保存R15的返回值。 7. ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集（指令长度为32位）和Thumb指令集（指令长度为16位）。 8. 寄存器R15用作程序计数器(PC)。该寄存器在ARM状态下，位[1:0]为0，位[31:2]用于保存PC；在Thumb状态下，位[0]为0，位[31:1]用于保存PC。 9. 寄存器R16用作CPSR(当前程序状态寄存器)，CPSR可在任何运行模式下被访问。每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR （备份的程序状态寄存器）。 10. Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集，程序可以直接访问8个通用寄存器（R7～R0）、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、连接寄存器（LR）和CPSR。 11. 每一条ARM指令包含的条件码位于指令的最高4（[31:28]）位，每种条件码可用两个字符表示，可以添加在指令助记符的后面和指令同时使用。 12. 函数的参数传递方法有两种：R0~R3寄存器和堆栈。 13. 处理器有五种地址空间：寄存器地址空间、程序存储器地址空间、内部数据存储器地址空间、外部数据存储器地址空间、IO地址空间。每种处理器有其中的一种或几种地址空间。 14. 试列举三种以上常见的嵌入式操作系统：Xinu、uC/OS-II、eCOS、LynxOS、pSOS+、QNX、VRTX、Linux、VxWorks、Nucleus、ＷinCE。 15. 某计算机的时钟频率为400MHz，测试该计算机的程序使用4 种类型的指令。每种指令的数量及所需指令时钟数（CPI）如下表所示，则该计算机的指令平均时钟数为1.93；该计算机的运算速度约为207.3 MIPS。 arm9嵌入式课后答案 【篇一：arm嵌入式系统结构与编程习题答案(全)】ass=txt>第一章绪论 1. 国内嵌入式系统行业对“嵌入式系统”的定义是什么？如何理解？答：国内嵌入式行业一个普遍认同的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗严格要求的专业计算机系统。从这个定义可以看出嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的剪裁利用。因此有人把嵌入式系统比作是一个针对特定的应用而“量身定做”的专业计算机系统。 2．嵌入式系统是从何时产生的，简述其发展历程。 答：从20世纪70年代单片机的出现到目前各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了30多年的发展历史。 嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。intel公司1971年开发出第一片具有4位总线结构的微处理器4004，可以说是嵌入式系统的萌芽阶段。80年代初的8051是单片机历史上值得纪念的一页。20世纪80年代早期，出现了商业级的“实时操作系统内核”，在实时内核下编写应用软件可以使新产品的沿着更快，更节省资金。20世纪90年代实时内核发展为实时多任务操作系统。步入21世纪以来，嵌入式系统得到了极大的发展。在硬件上，mcu的性能得到了极大的提升，特别是arm技术的出现与完善，为嵌入式操作系统提供了功能强大的硬件载体，将嵌入式系统推向了一个崭新的阶段。 3．当前最常用的源码开放的嵌入式操作系统有哪些，请举出两例，并分析其特点。答：主要有嵌入式linux和嵌入式实时操作内核uc/os-ii 嵌入式linux操作系统是针对嵌入式微控制器的特点而量身定做的一种linux操作系统，包括常用的嵌入式通信协议和常用驱动，支持多种文件系统。主要有以下特点：源码开放，易于移植，内核小，功能强大，运行稳定，效率高等。 uc/os是源码工卡的实时嵌入式系统内核，主要有以下特点：源码公开，可移植性强，可固化，可剪裁，占先式，多任务，可确定性，提供系统服务等。 _* 南京邮电大学通信学院 实验报告 实验名称：基于ADS开发环境的程序设计 嵌入式Linux交叉开发环境的建立 嵌入式Linux环境下的程序设计 多线程程序设计 课程名称嵌入式系统B 班级学号 姓名 开课学期2016/2017学年第2学期 实验一基于ADS开发环境的程序设计 一、实验目的 1、学习ADS开发环境的使用； 2、学习和掌握ADS环境下的汇编语言及C语言程序设计； 3、学习和掌握汇编语言及C语言的混合编程方法。 二、实验内容 1、编写和调试汇编语言程序； 2、编写和调试C语言程序； 3、编写和调试汇编语言及C语言的混合程序； 三、实验过程与结果 1、寄存器R0和R1中有两个正整数，求这两个数的最大公约数，结果保存在R3中。 代码1：使用C内嵌汇编 #include printf("gcdnum:%d\n",a); return 0; } 代码2：使用纯汇编语言 AREA example1,CODE,readonly ENTRY MOV r0, #4 MOV r1, #9 start CMP r0, r1 SUBLT r1, r1, r0 SUBGT r0, r0, r1 BNE start MOV r3, r0 stop B stop END 2、寄存器R0 、R1和R2中有三个正整数，求出其中最大的数，并将其保存在R3中。 代码1：使用纯汇编语言 AREA examp,CODE,READONL Y ENTRY MOV R0,#10 MOV R1,#30 MOV R2,#20 Start CMP R0,R1 BLE lbl_a CMP R0,R2 MOVGT R3,R0 MOVLE R3,R2 B lbl_b lbl_a CMP R1,R2 MOVGT R3,R1 MOVLE R3,R2 lbl_b B . END 代码2：使用C内嵌汇编语言 #include 1.什么是嵌入式系统？嵌入式系统的三个基本要素是什么？ 2./*/在IC行业中，已完成并经过验证的IC电路具有固定的不可再分解的功能特性，人 们称之为“核”，它们属于知识产权保护的范畴，所以也成为知识产权核或 IP 核。 3.什么是片上系统（SoC）？片上系统的特点是什么？ 4.设指令由取指、分析、执行3个子部件完成（ARM7体系结构采用3级流水线，分别是 取指、分析、执行），每个子部件的工作周期为△t，采用常规标量单流水线处理机。若连续执行10条指令，则共需要多少时间？ 5./*/某人使用电子书阅读一部长篇小说，其电子文本的格式为.txt，文件的实际大小为 236KB，该小说包含的汉字大约有多少万字？ 6./*/Internet有许多不同结构的局域网核广域网互相连接在一起，它们能相互通信并协 调地进行工作的基础是因为都采用了 TCP/IP 协议。 7. RISC的特点有哪些？ 8./*/与通用计算机（如PC）相比，嵌入式系统具有许多不同之处。下面不属于嵌入式系 统特点的是。 A. 嵌入式系统与具体应用紧密结合，具有很强的专业性 B．嵌入式系统大多数面向控制应用，可靠性十分重要 C. 应用于过程控制、数据采集、通信传输等领域的嵌入式系统对实时性有要求 D．大多数嵌入式系统的软件用户可以方便地进行修改、升级和扩充 9./*/与其他内核相比，关于ARM内核的主要特点，以下说法不正确的是 D 。 A．功耗低，代码密度大，编译器选择好 B. 成本低，软件可移植性好，供货源多C．功能强大，低功耗设计，RISC结构 D. 全部都是RISC、哈佛结构 10.ARM7TDMI的T、D、M、I分别表示什么含义？ 11./*/对于CPSR寄存器，选择用户模式且使用快速中断FIQ，禁止IRQ中断，Thumb状态， 则CPSR的值为 0x000000B0 . 12.ARM7处理器的字是多少位的？ARM7处理器的存储空间的大小是多少？ 13./*/已知内存0x50008000中的内容为0x6A，0x50008001中的内容为0x51,0x50008002 中的内容为0x18,0x50008003中的内容为0x96，则ARM在小端模式下这一个字的数据为0x9618516A. 14./*/若指令执行前R2的值为0xFF998877，则指令AND R1, R2, #0x101执行后，R1的 值为 . 15./*/已知R0=0x10，则执行指令ORR R0, R0,#1后，R1= . 16./*/已知C=1，R1=100，R2=90，则执行指令ADC R0, R1, R2后，R0= . 17./*/在指令LDR R0, [R1,#4]! 执行后，R1中的值为R1+4. 18.在32位总线系统中，若时钟频率为500MHz，传送一个32位字需要5个时钟周期，则 该总线系统的数据传送速率是多少？ 19./*一副1024×768的彩色图像，其数据量在2.25M左右，若图像数据没有经过压缩处理， 则图像中每个像素是使用多少位二进制位表示的？ 答：设每个像素使用m位二进制位表示，则 1024×768×m/ 8 = 2.25×1024×1024. 解得m=24. 20.ARM7TDMI处理器的有多少个寄存器？其中通用寄存器有多少个？状态寄存器有多少 个？R13、R14、R15的别名和功能特点，CPSR的各个位的含义，SPSR的功能等。21.ARM7的寄存器都是多少位的？这些寄存器不能被同时看到，哪些因素决定这些寄存器 对编程者可见？ 22.在ARM处理器中，哪一个寄存器包括全局的中断禁止位？控制中断禁止位就可以打开 嵌入式期末复习提纲包 含答案 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208] 考试题型： ?1、判断题 10分 ?2、填空题 20分 ?3、选择题 20分 ?4、简答题 30分（5个） ?5、应用题 20分（3个） ?6、名字解释 复习资料： ?书本 ?PPT课件，平时课堂例题。 ?平时作业和练习 ?考试范围：1-5章 ?其他说明： ?课后习题是重点。 ?简答题来源于前5章，每章一个。 每章重点： 第一章： 1.什么是嵌入式系统试简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。 嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。 2.嵌入式系统具有哪些特点 3.嵌入式系统由哪些部分组成简单说明各部分的功能和作用。 4.嵌入式系统是怎样分类的 5.嵌入式系统的定义。 嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。 6.什么是交叉编译，试说明交叉编译的实现过程。 7．嵌入式系统有哪些应用领域。 嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括： １．工业控制： 基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是８位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。 ２．交通管理： 在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。 ３．信息家电： 第一章习题答案 1.什么是嵌入式系统？请列举几个常见的嵌入式系统。 答：根据国际电气和电子工程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和生产线运行的装置（Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。这主要是从产品的应用角度加以定义的，由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。 目前被我国科学家普遍认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统。 常见的嵌入式系统：手机，DVD，路由器，核磁共振仪，全自动洗衣机。 2.嵌入式系统与通用计算机有哪些区别？ 答：(1) 以应用为中心；(2) 以计算机技术为基础(3) 软件和硬件可裁减(4) 对系统性能要求严格（5）软件的固件化（6）需要专用的开发工具 3.嵌入式系统的发展分为哪几个阶段？ 答：第一阶段：无操作系统的嵌入算法阶段。第二阶段：以嵌入式CPU为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。第三阶段：以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段：以基于Internet 为标志的嵌入式系统。 4.请列举嵌入式系统的主要应用领域。 答：（1）工业控制领域（2）交通运输领域（3）消费电子产品（4）家电领域（5）通信领域（6）商业和金融领域（7）环境监测领域（8）医疗领域（9）建筑领域（10）军事国防领域（11）航天航空领域 第二章习题答案 1.简述简单嵌入式系统与复杂嵌入式系统的主要区别。 答：简单嵌入式系统很早就已经存在，这类嵌入式系统因为软硬件复杂度都很低，一般不使用操作系统，例如常用的单片机系统。对于复杂的嵌入式系统，它的开发模式发生了极大的改变。一个复杂的嵌入式系统不仅硬件系统的开发比单片机复杂了许多，更重要的是在该系统中采用了嵌入式操作系统，其应用软件的开发转变为使用操作系统标准接口的计算机工程领域的应用软件开发。复杂嵌入式系统具有更强大的功能，但是简单的嵌入式并不会随着复杂的嵌入式系统出现而消亡。2.简述嵌入式系统的体系结构。 答：嵌入式系统从组成上看，可分为嵌入式硬件系统与嵌入式软件系统两大部分。嵌入式硬件层由嵌入式微处理器、嵌入式存储器系统、通用设备和I／O接口等组成。嵌入式系统的软件层分为嵌入式操作系统和嵌入式应用软件两大部分。 3.嵌入式处理器分为哪几类？ 答：嵌入式处理器可分为以下四种：嵌入式微控制器(MicroController Unit，MCU)，嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit，EMPU)，嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)和嵌入式片上系统(System on Chip，SoC)。 4.ARM中常用的嵌入式存储器都有哪些？ 答：ARM系统的存储器可以分为片内存储器和片外存储器。片内一般以RAM或SRAM为主。片外通常以Flash和SDRAM为主。嵌入式系统中常用的几种内存有Flash、SRAM、SDRAM、DDRSDRAM 实验名称： 姓名： 学号： 装 订 线 P.1 实验报告 课程名称： 嵌入式系统设计 指导老师：马永昌 成绩：________________ 实验名称：综合实验一dht11和人体感应传感器 实验类型：验证型 同组学生姓名：孙凡原 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.掌握字符设备驱动程序的基本结构和开发方法 2.掌握用户空间调用设备驱动的方法 3.掌握用户和内核的交互 二、实验内容和原理 1.编写温湿度传感器DHT11驱动，传输打印温湿度信息 2.编写人体感应传感器驱动，控制LED 灯亮灭 原理： 温湿度传感器DHT11： 1.引脚图 实际使用传感器没有NC 引脚 2.数据采集 a.数据总时序 用户主机发送一次开始信号后，DHT11 从低功耗模式转换到高速模式，待主机开始信号结束后，DHT11 发 专业：测控技术与仪器 姓名：颜睿 学号：3130103850 日期：2018.4.28 地点：创客空间 装订线送响应信号，送出40bit 的数据，幵触发一次信采集。 b.主机发送起始信号 连接DHT11的DATA引脚的I/O口输出低电平，且低电平保持时间不能小于18ms，然后等待DHT11 作出应答信号。 c.检测从机应答信号 DHT11 的DATA 引脚检测到外部信号有低电平时，等待外部信号低电平结束，延迟后DHT11 的DATA引脚处于输出状态，输出80 微秒的低电平作为应答信号，紧接着输出80 微秒的高电平通知外设准备接收数据。 d.接收数据 （1）数据判定规则 位数据“0”的格式为：50 微秒的低电平和26-28 微秒的高电平，位数据“1”的格式为：50 微秒的低电平加70微秒的高电平。 接收数据时可以先等待低电平过去，即等待数据线拉高，再延时60us，因为60us大于28us且小于70us，再检测此时数据线是否为高，如果为高，则数据判定为1，否则为0。 文字简答、问答类题目见教材 3.2 R0和R1中有两个32位数，若R0＞R1，则R0＝R0-R1；若R0＜R1，则R1＝R1-R0；若R0＝R1，则R1、R0保持不变。 1）请用CMP、B和SUB指令完成上述操作。 2）请用条件SUB指令完成上述操作。 解答：（已调试通过） 1、用CMP、B和SUB指令 AREA StrCopy, CODE, READONLY ENTRY start MOV R0,#3 MOV R1,#2 CMP R0,R1 BLT Less BGT More B stop Less SUB R1,R1,R0 B stop More SUB R0,R0,R1 stop B stop 2、用条件SUB指令 AREA StrCopy, CODE, READONLY ENTRY start MOV R0,#3 MOV R1,#2 CMP R0,R1 SUBLT R1,R1,R0 SUBGT R0,R0,R1 stop B stop 3.3 用合适的指令实现以下功能 1）R0 =16 mov R0,#16 2）R1 = R0 × 4 MOV R1，R0,LSL #2 3）R0 =R1/16 Mov r0，r1, LSR #4 4）R1 = R2 × 7 SUB R1, R2, R2, LSL #3 3.5 下列指令序列完成什么功能？ ADD R0, R1, R1, LSL #1 SUB R0, R0, R1, LSL #4 ADD R0, R0, R1, LSL #7 解答： 1、R0=R0+2*R1 2、R0=R0-16*R1 3、 R0=R0+128*R1 4.7 试编写程序，计算2+4+6+8+…+2N的值解答：（已调试通过） 方法一 N EQU 3 AREA StrCopy, CODE, READONLY ENTRY start MOV R0,#0 MOV R1,#N L1 MOV R2,R1,LSL #1 ADD R0,R0,R2 SUB R1,R1,#1 A R M嵌入式系统课后 习题部分答案 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN# 一填空题 嵌入式系统从大的方面分为（嵌入式系统硬件平台）和（嵌入式软件）两大部分。 驱动层程序一般包括（硬件抽象层HAL）、（板级支持包BSP）和（设备驱动程序）。 嵌入式系统核心是嵌入式处理器，可分为（嵌入式微处理器）、（嵌入式微控制器）、嵌入式DSP处理器和（嵌入式片上系统SoC）4大类。 处理器分为（ARM）和（Thumb）两种操作状态。 状态下，SP寄存器指的是（R13）、LR寄存器指的是（R14）、PC寄存器指的是（R15）. 处理器支持的数据类型中，字节为（8）位、半字为（16）位、字为（32）位。 (-S)指令集包括（ARM）指令集和（Thumb）指令集。 指令用于从（存储器）中将一个32位的字数据传送到（目的寄存器）中。指出下面各条指令的寻址方式。 SUB R0，R1，R2 ；寻址方式：（寄存器寻址）。 SUBS R0，R0，#1 ；寻址方式：（立即寻址）。 MOV R0，R2，LSL#3 ；寻址方式：（寄存器移位寻址）。 SWP R1，R1，[R2] ；寻址方式：（寄存器间接寻址）。 LDR R2，[R3，#0x0C] ；寻址方式：（基址寻址）。 汇编语言源程序中语句一般有（指令）、（伪指令）、（伪操作）和宏指令组成。 对Flash存储器的编程可通过（JTAG仿真/调试器）、（ ISP ）和（IAP）3重方法来实现。 异常向量表可以来自4个不同的存储器区域，分别是（片内Flash ）、（片内SRAM ）、（ Boot Block ）和片外存储器。 系列的定时器主要用于3个方面：（对内部事件进行计数的间隔定时器）、（通过捕获输入实现脉宽解调器）、（自由运行的定时器）。二选择题 可以表示微控制器的缩略词是（ B ） A. MPU B. MCU C. WDT 类存储器包括（ ABD ） A. NOR Flash B. EPROM C. SRAM D. PROM 不属于ARM的系列是（ D ） A. MCS-96 B. 80C51 C. LPC2000 处理器系列采用（ A ）级流水线。 A. 3 B. 5 C. 6 D. 8 下面ARM处理器模式中属于特权模式的有（ BCD ） A. 用户模式 B. 中断模式 C. 系统模式 D. 管理模式 (或STM)指令允许一条指令最多传送（ C ）个寄存器。 A. 4 B. 8 C. 16 D. 24 指令限制在当前指令的（ B ）地址范围。 第一章 1.简述嵌入式的定义 以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 2.举例说明嵌入式系统的“嵌入性”、“专用性”、“计算机系统”的基本特征。 按照嵌入式系统的定义，嵌入式系统有3个基本特点，即“嵌入性”、“专用性”与“计算机”。 “嵌入性”由早期微型机时代的嵌入式计算机应用而来，专指计算机嵌入到对象体系中，实现对象体系的智能控制。当嵌入式系统变成一个独立应用产品时，可将嵌入性理解为内部嵌有微处理器或计算机。 “计算机”是对象系统智能化控制的根本保证。随着单片机向MCU、SoC发展，片内计算机外围电路、接口电路、控制单元日益增多，“专用计算机系统”演变成为“内含微处理器”的现代电子系统。与传统的电子系统相比较，现代电子系统由于内含微处理器，能实现对象系统的计算机智能化控制能力。 “专用性”是指在满足对象控制要求及环境要求下的软 硬件裁剪性。嵌入式系统的软、硬件配置必须依据嵌入对象 的要求，设计成专用的嵌入式应用系统。 3. 简述嵌入式系统发展各阶段的特点。 （1）无操作系统阶段：使用简便、价格低廉；（2）简单操作系统阶段：初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高，大大缩短了开发周期，提高了开发效率。 （3）实时操作系统阶段：系统能够运行在各种不同类型的微处理器上，具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面Graphic User Interface，GUI）等功能，并提供了大量的应用程序接口Application Programming Interface，API），从而使应用软件的开发变得更加简单。（4）面向Internet阶段：进入21世纪，Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式系统的飞速发展 4.简述嵌入式系统的发展趋势。 （1）新的微处理器层出不穷，精简系统内核，优化关键算法，降低功耗和软硬件成本。（2）Linux、Windows CE、Palm OS等嵌入式操作系统迅速发展。（3）嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。 嵌入式系统复习题 一、填空题： 1、试列举三种主流的嵌入式处理器：（ ARM ）、（ MIPS ）、（PowerPC）。 2、ARM处理器共有（37）个寄存器，其中包括（31个通用寄存器）和（6个状态寄存器）。 3、寄存器R13在ARM指令中（堆栈指针SP ）。R14也称（程序连接寄存器LR）在程序里的作用是（程序计数器PC的备份）。当发生中断或异常时，对应分组寄存器分别是（R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用来保存R15的返回值）。 4、ARM微处理器支持两种指令集：（ARM）和（Thumb）。 5、寄存器R15用作（程序计数器PC）。该寄存器在ARM状态下，（位[1:0]为00），位[31:2]用于保存PC；在Thumb状态下，（位[0]为0），位[31:1]用于保存PC。 6、CPSR用作( 状态寄存器 )，CPSR可在任何运行模式下被访问。每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为（程序状态保存寄存器SPSR）。 7、Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集，程序可以直接访问的通用寄存器是（R0—R7,PC,SP,LR,CPSR）。 8、ARM指令中条件执行功能是通过（ 指令中添加条件码）来实现的，包含的条件码位于指令的最高（四）位。 9、试列举五种以上常见的嵌入式操作系统：（μC/OS-II）、（Vxworks）、（WinCE）、（Linux/μCLinux）、（PalmOS）。 10、计算机结构中，哈佛结构和冯?诺依曼结构的主要区别是（指令与数据分开），ARM7采用（冯?诺依曼结构），ARM9采用（哈佛结构）。 11、ARM处理器采用（Thumb指令）操作来访问SFR。 第1章思考题及习题1参考答案 一、填空 1. 除了单片机这一名称之外，单片机还可称为或。答：微控 制器，嵌入式控制器. 2.单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和 三部分，通过内部连接在一起，集成于一块芯片上。答：CPU、存储器、I/O口、总线 3. AT89S52单片机工作频率上限为 MHz。答：33 MHz。 4. 专用单片机已使系统结构最简化、软硬件资源利用最优化，从而大大降低 和提高。答：成本，可靠性。 二、单选 1. 单片机内部数据之所以用二进制形式表示，主要是 A．为了编程方便B．受器件的物理性能限制 C．为了通用性D．为了提高运算速度答：B 2. 在家用电器中使用单片机应属于微计算机的。 A．辅助设计应用B．测量、控制应用 C．数值计算应用D．数据处理应用 答： B 3. 下面的哪一项应用，不属于单片机的应用范围。 A．工业控制 B．家用电器的控制 C．数据库管理 D．汽车电子设备 答：C 三、判断对错 1. STC系列单片机是8051内核的单片机。对 2. AT89S52与AT89S51相比，片内多出了4KB的Flash程序存储器、128B的RAM、 1个中断源、1个定时器（且具有捕捉功能）。对 3. 单片机是一种CPU。错 4. AT89S52单片机是微处理器。错 5. AT89C52片内的Flash程序存储器可在线写入，而AT89S52则不能。错 6. 为AT89C51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89C51直接用芯片AT89S51替换。对 7. 为AT89S51单片机设计的应用系统板，可将芯片AT89S51直接用芯片AT89S52替换。对 实验报告 课程名称： 嵌入式系统设计 指导老师：马永昌 成绩：________________ 实验名称：实验四C 语言裸机编程 实验类型：验证型 同组学生姓名：__孙凡原_______ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 ? 初步了解C 运行库 ? 初步了解gcc arm 常用编译选项 ? 了解ARM 中断处理过程 二、实验内容和原理 ? 编写C 裸机代码实现跑马灯，通过控制Timer 中断实现 ? 通过控制uart 串口进行调试打印 三、主要仪器设备 树莓派、PC 机 四、操作方法和实验步骤 1 通过定时器产生中断，控制gpio ，实现跑马灯 2 控制uart 控制器，产生调试打印。 五、实验数据记录和处理 1.主程序arm.c 注释 //包含头文件 #include 1、ARM微处理器有7种工作模式，它们分为两类非特权模式、 特权模式。其中用户模式属于非特权模式 2、ARM支持两个指令集，ARM核因运行的指令集不同，分别有两个状态 ARM 、Thumb ，状态寄存器CPSR的T 位反映了处理器运行不同指令的当前状态 3、ARM核有多个寄存器，其中大部分用于通用寄存器，有小部分作为专用寄 存器，R15 寄存器用于存储PC，R13通常用来存储SP 4、ARM处理器有两种总线架构，数据和指令使用同一接口的是冯诺依 曼，数据和指令分开使用不同接口的是哈佛结构 5、ARM微处理器复位后，PC的地址通常是0x0 ，初始的工作模式是 Supervisor 。 6、ARM微处理器支持虚拟内存，它是通过系统控制协处理器CP15 和 MMU（存储管理部件）来进行虚拟内存的存储和管理。当系统发生数据异常和指令领取异常时，异常处理程序透过嵌入式操作系统的内存管理机制，通过MMU交换物理内存和虚拟内存的页面，以保证程序正常执行。 7、编译链接代码时，有两种存储代码和数据的字节顺序，一种是小端对 齐，另一种是打断对齐 8、构建嵌入式系统开发环境的工具链有多种，其中开放源码的工具链是GNU 工具链，ARM公司提供的工具链是ADS工具链 9、计算机有CISC和RISC两种类型，以ARM微处理器为核心的计算机属于 RISC、类型，其指令长度是定长的。 10、R14有两个用途，一是在调用子程序时用于保存调用返回地址，二是发生异常时用于保存异常返回地址。 11、在AMBA总线规范中，定义了3种总线：AHB、ASB和APB 。 12、ARM微处理器有7中工作模式，分别是：用户模式、FIQ 、IRQ 第一章思考与练习 1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒 2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU 嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP 嵌入式片上系统(System On Chip 4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了 32 位 CPU 的多任务潜力。第二章 1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。 2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险 3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。 4、何谓系统规划？为何要做系统规划系统规划就是拟定一个开发进程，使项目在合理的进程范围中逐渐建构完成。其目地是让客户可以进一步地掌握系统开发的进程，并确定检查点，以让双方确定项目是否如预期中的进度完成。 5、为什么在项目结束前需要进行项目讨论？项目的讨论一个项目进行的反馈机制。通过这一个程序，项目团队的经验才可以被记录下来，也就是说，这是一个撰写项目历嵌入式习题答案
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