ARM嵌入式系统基础教程(周立功第2版). 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史的过程。
第三章
1、ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？
64 位乘法指令（带M 后缀的）、支持片上调试（带D 后缀的）、高密度 16 位的Thumb
指令机扩展（带T 后缀的）和EmbededICE 观察点硬件（带I 后缀的）
2、ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？
三级流水线（取指译码执行）；使用了冯·诺依曼（Von Neumann ）结构，指令和数据共用一条32 位总线。
3、ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？
处理器模式指的是处理器在执行程序时在不同时刻所处的不同状态，处理器状态指的是处理器当前所执行的指令集。
4、分别列举ARM的处理器模式和状态。
状态：
ARM 状态 32 位，这种状态下执行的是字方式的ARM 指令
Thumb 状态 16 位，这种状态下执行半字方式的 Thumb 指令
模式：
用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式。
5、PC和LR分别使用哪个寄存器？
PC使用R15寄存器，LR使用R14寄存器
6、R13寄存器的通用功能是什么？
堆栈
第四章
1、基础知识
（1）ARM7TDMI(-S)有几种寻址方式？LOR R1，[R0，#0x08]属于哪种寻址方式？
1. 寄存器寻址；
2. 立即寻址；
3. 寄存器移位寻址；
4. 寄存器间接寻址；
5. 基址寻址；
6. 多寄存器寻址；
7. 堆栈寻址；
8. 块拷贝寻址；
9. 相对寻址；LOR R1，[R0，#0x08]属于基址寻址。
（2）ARM指令的条件码有多少个？默认条件码是什么？
16条，默认条件码是AL。
（3）ARM指令中第二个操作数有哪几种形式？举例5个8位图立即数。
(1) 立即数；(2) 寄存器；(3) 寄存器及移位常数；
0x3FC（0xFF<<2）、0、0xF0000000(0xF0<<24)、200(0xC8)、
0xF0000001(0x1F<<28)。
（4）LDR/STR指令的偏移形式有哪4种？LDRB和LDRSB有何区别？
(1) 零偏移；(2) 前索引偏移；(3) 程序相对偏移；(4) 后索引偏移。LDRB就是读出指定地址的数据并存入指定寄存器，LDRSB读出指定地址的数据，并高24位用符号位扩展，再存入指定寄存器。
（5）请指出MOV指令与LDR加载指令的区别及用途。
MOV 将 8 位图(pattern)立即数或寄存器(operand2)传送到目标寄存器(Rd)，可用于移位运算等操作。读取指定地址上的存储器单元内容，执行条件AL.
（6）CMP指令的操作是什么？写一个程序，判断R1的值是否大于0x30，是则将R1减去0x30。
CMP 指令将寄存器Rn 的值减去operand2 的值，根据操作的结果更新CPSR 中的相应条件标志位，以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。
CMP R1,0x30
SUBHI R1,R1,0x30
（7）调用子程序是用B还是用BL指令？请写出返回子程序的指令？
BL 指令用于子程序调用。
MOV PC， R14
（8）请指出LDR伪指令的用法。指令格式与LDR加载指令的区别是什么？LDR 伪指令用于加载 32 位的立即数或一个地址值到指定寄存器。第二个数为地址表达式。
（9）ARM状态与Thumb状态的切换指令是什么？请举例说明。
BX指令，
（10）Thumb状态与ARM状态的寄存器有区别吗？Thumb指令对哪些寄存器的访问受到一定限制？
Thumb状态下不能更新CPSR 中的ALU 状态标志。，Thumb指令对R8~R15寄存器访问受限。
（11）Thumb指令集的堆栈入栈、出栈指令是哪两条？
PUSH POP
（12）Thumb指令集的BL指令转换范围为何能达到±4MB？其指令编码是怎样的？
Thumb 采用两条16 位指令组合成22 位半字偏移(符号扩展为32 位)，使指令转移范围为±4MB。
2 有符号和无符号加法
下面给出A 和B 的值，您可先手动计算A+B，并预测N、Z、V 和 C 标志位的值。然后修改程序清单4.1 中R0、R1 的值，将这两个值装载到这两个寄存器中(使用LDR 伪指令，
如LDR R0,=0x FFFF0000)，使其执行两个寄存器的加法操作。调试程序，每执行一次加法操作就将标志位的状态记录下来，并将所得结果与您预先计算得出的结果相比较。如果两个操作数看作是有符号数，如何解释所得标志位的状态？同样，如果这两个操作数看作是无符数，所得标志位又当如何理解？
0xFFFF000F 0x7FFFFFFF 67654321 (A)
+ 0x0000FFF1 + 0x02345678 + 23110000 (B)
结果： ( ) ( ) ( )
3 数据访问
把下面的 C 代码转换成汇编代码。数组 a 和b 分别存放在以 0x4000 和 0x5000 为起始地址的存储区内，类型为long(即32 位)。把编写的汇编语言进行编译连接，并进行调试。
for (i=0; i<8; i++)
{ a[i] = b[7-i];
}
第五章
1、基础知识：
（1）LPC2114可使用的外部晶振频率范围是多少（使用/不使用PLL功能时）？晶振频率范围：1~30 MHz，若使用PLL 或ISP 功能为：10～25MHz。
（2）描述一下LPC2210的PO.14、P1.20、P1.26、BOOT1和BOOT0引脚在芯片复位时分别有什么作用？并简单说明LPC2000系列ARM7微控制器的复位处理流程。
P0.14 的低电平强制片内引导装载程序复位后控制器件的操作，即进入ISP 状态。
P1.20 的低电平使 P1.25～P1.16 复位后用作跟踪端口。
P1.26 的低电平使 P1.31～P1.26 复位后用作一个调试端口。
当RESET 为低时，BOOT0 与BOOT1 一同控制引导和内部操作。引脚的内部上拉确保了引脚未连接时呈现高电平。
外部复位输入：当该引脚为低电平时，器件复位，I/O口和外围功能进入默认状态，处理器从地址0 开始执行程序。复位信号是具有迟滞作用的TTL 电平。（3）LPC2000系列ARM7微控制器对向量表有何要求（向量表中的保留字）？向量表所有数据32 位累加和为零(0x00000000～0x0000001C 的8 个字的机器码累加)，才能脱机运行用户程序，这是
LPC2114/2124/2212/2214 的特性。
（4）如何启动LPC2000系列ARM7微控制器的ISP功能？相关电路应该如何设计？
（5）LPC2000系列ARM7微控制器片内Flash是多位宽度的接口？它是通过哪个功能模块来提高Flash的访问速度？
128位, 通过存储器加速模块（MAM）来提高Flash的访问速度
（6）若LPC2210的BANK0存储块使用32位总线，访问BANK0时，地址线
A1、A0是否有效？EMC模块中的BLSO~BLS4具有什么功能？无效,( 如果存储器组配置成 16 位宽,则不需要 A0；8 位宽的存储器组需要使用 A0 。)；字节定位选择信号。
（7）LPC2000系列ARM7微控制器具有引脚功能复用特性，那么如何设置某个引脚为指定功能？
通过引脚功能选择寄存器的设定来设置某个引脚为指定功能
（8）设置引脚为GPIO功能时，如何控制某个引脚单独输入/输出？当前要知道某个引脚当前的输出状态时，是读取IOPIN寄存器还是读取IOSET寄存器？GPIO方向寄存器，IOPIN。
（9）P0.2和P0.3口是I2C接口，当设置它们为GPIO时，是否需要外接上拉电阻才能输出高电平？
（10）使用SPI主模式时，SSEL引脚是否可以作为GPIO？若不能，SSEL引脚应如何处理？
不能用作GPIO，SSEL应设这高电平，处于末激活状态。
（11）LPC2114具有几个UART是符合什么标准？哪一个UART可用作ISP通信？哪一个UART具有MODEM接口？
UART0，UART1；UART0用于ISP通信，UART1具有MODEM接口。
（12）LPC2114具有几个32位定时器？PWM定时器是否可以作通用定时器使用？
两个32位定时器，PWM定时器不能用作通用定时器使用
（13）LPC2000系列ARM7微控制器具有哪两种低耗模式？如何降低系统的功耗？
2 个低功耗模式：空闲和掉电；
2、计算PLL设置值：
假设有一个基于LPC2114的系统，所使用的晶振为11.0592MHZ石英晶振。请计算出最大的系统时钟（ccls）频率为多少MHZ？此时PLL的M值和P值各为多少？请列出计算公式，并编写设置PLL的程序段。
3、存储器重影射：
（1）LPC2210具有（ 4 ）种存影射模式。
①3 ②5 ③1 ④4
（2）当程序已固化到片内Flash，向量表保存在0x00000000起始处，则MAP 〔1:0〕的值应该为（ 2 ）。①00 ②01 ③10 ④11
（3）LPC2000系列APM7微控制器ccq重影射的目标起始地址为（），共有（）个字。
①0x00000000，8 ②0x40000000，8
③0x00000000，16 ④0x7FFFE000，8
4、外部中断唤醒掉电设计：
以下代码是初始化外部中断0，用它来唤醒掉电的LPC2114，请填空。
PINSEL0=0x00000000；
PINSELI = (PINSEL1&0XFFFFFFFC)|0X01； //设置I/O连接，PO.16设置为EINTO
EXTMODE =0X00； //设置EINT0为电平触发模式
EXTPOLAR=0X00； //设置EINT0为低电平触发
EXTWAKE =0X01； //允许外部中断0唤醒掉电的CPU
EXTINT=0x0F； //清除外部中断标识
第四章
程序清单4.1寄存器相加
；文件名：TESTI.S
；功能：实现两个寄存器相加
；说明：使用ARMulate软件仿真调试
AREA Examplel,CODE,READONLY ；声明代码段Examplel
ENTRY ；标识程序入口
CODE32 ；声明32位ARM指令
START MOV R0，#0 ；设置参数
MOV R1，#10
LOOP BL ADD_SUB ；调用子程序ADD_SUB
B LOOP ；跳转到LOOP
ADD_SUB
ADDS R0，R0，R1 ；R0=R0+R1
MOV PC，LR ；子程序返回
END ；文件结束
程序清单4.2 读取SMI立即数
T_bit EQU 0X20
SWI_Handler
STMFD SP！，{R0_R3，R12，LR} ；现场保护
MRS R0，SPSR ；读取SPSR
STMED SP！，{R0} ；保存SPSR
TST R0，#T_bit ；测试T标志位
LDRNEH R0，[LR，#_2] ；若是Thumb指令，读取指令码（16位） BICNE R0，R0,，#0xFF00 ；取得Thumb指令的8位立即数
LDREQ R0，[LR，#_4] ；若是ARM指令，读取指令码（32位） BICEQ R0，
R0，#0Xff000000 ；取得ARM指令的24位立即数……
LDMFD SP！，｛ R0_R3，R12，PC｝；SWI异常中断返回
程序清单4.3使用IRQ中断
ENABLE_IRQ
MRS R0，CPSR
BIC R0，R0，#0x80
MSR CPSR_C，R0
MOV PC，LR
程序清单4.4禁能IRQ中断
DISABLE_IRQ
MRS R0 CPSR
ORR R0，R0，#0x80
MSR CPSR_C，R0
MOV PC，LR
程序清单4.5堆栈指令初始化
INTSTACK
WOV R0，LR ；保存返回地址
；设置管理模式堆栈
MSR CPSR_C，#0xD3
LDR SP，stacksvc
；设置中断模式堆栈
MSR CPSR_C，#0xD2
LDR SP，Stacklrq
……
程序清单4.6小范围地址的加载
……
ADR R0，DISP_TAB ；加载转换表地址
LDRB R1，[R0，R2] ；使用R2作为参数，进行查表
……
DISP_TAB
DCB 0xC0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90
程序清单4.7中等范围地址的加载
……
ADR LR，RETURNI
ADRL R1，Thumb_sub＋1
BX R1
RETURNI
……
CODE 16
Thumb_sub
MOV R1，#10
……
程序清单4.8加载32位立即数
……
LDR R0，=IOPIN ；加载GPIO的寄存器IOPIN的地址 LDR R1，[R0] ；读取IOPIN寄存器的值
……
LDR R0，=IOSET
LDR R1，=0x00500500
STR R1，[R0] ；IOSET=0x00500500 ……
程序清单4.9软件延时
……
DELAYI
NOP
NOP
NOP
SUBS R1，R1，#1
BNE DELAYI
……
程序清单4.10 ARM到Thumb的状态切换；文件名：TEST8.S
；功能：使用BX指令切换处理器状态
；说明：使用ARMulate软件仿真调试AREA Example8，CODE，READONLY ENTRY
CODE32
ARM_CODE ADR R0，THUMB_CODE+1 BX R0 ；跳转并切换处理器状态 CODE16 THUMB_CODE
MOV R0，#10 ；R0=10
MOV R1，#20 ；R1=20
ADD R0，R1 ；R0=R0+R1 B
END