江苏科技大学通信专业嵌入式系统设计及应用_复习大纲

第 一 页 嵌入式系统设计复习

题型：

1、填空， 15分左右

2、选择， 30分左右

3、简答题 40分左右

4、综述 15分左右

第一章 嵌入式系统概述

提纲：

1、掌握嵌入式系统的定义

2、了解嵌入式系统的一般组成

嵌入 式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序

（ 嵌入式系统一般由嵌入式计算机和执行部件组成。其中嵌入式计算机是整个嵌入式系统的核心，主要包括硬件层、中间层、系统软件层以及应用软件层 ）

知识点：

1、嵌入式系统的定义与特点

定义：是以应用为中心、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

特点：软件硬件可裁剪

①专用性：嵌入式系统具有特定的功能,用于特定的任务 ；

②低成本：嵌入式系统极其关注成本；

③低功耗：嵌入式系统大都有功耗的要求；

④高实时性OS；

⑤嵌入式系统的运行环境广泛；

⑥嵌入式系统的软件通常要求固态化存储；

⑦嵌入式系统的软件、硬件可靠性要求更高 ；

2.RISC指令系统的特点

答：指令系统：RISC设计者把上要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来实现。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。

存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化

程序：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计

中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断

CPU：由于RISC CPU包含少的单元电路，因而面积小、功耗低

设计周期：RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技 术

易用性：RISC微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用

应用范围：由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，所以RISC机器更适合于嵌入式应用

3、嵌入式系统由硬件与软件组成，其中软件的组成

答：由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户界面接口、网络系统及通用组件模块组成

4、嵌入式系统的运行可靠性指标

第 二 页 答：无故障运行时间

5、嵌入式操作系统的种类，最方便移植的操作系统

答：种类：linux，vxworks，winCE、palm

linux是最方便移植的系统

6、根据嵌入式系统使用的微处理器，嵌入式系统的分类

答：一般可以将嵌入式处理器分成4类，即

嵌入式微控制器(EMCU)

嵌入式微处理器(EMPU)

嵌入式数字信号处理器(EDSP)

嵌入式片上系统(ESOC)

7、实时嵌入式操作系统RTOS的特点

答：强调优先级

8、嵌入式系统与PC机的比较：

第二章 ARM体系结构

第 三 页 提纲：

1、掌握ARM的7种工作模式，熟悉其模式的工作入口表3-2（简答/选择）

答：用户模式（User，usr）：正常程序执行时，ARM处理器所处的状态。

快速中断模式（FIQ,fiq）：用于快速数据传输和通道处理。

外部中断模式（IRQ,irq）：用于通常的中断处理。

特权模式（Supervisor，sve）：供操作系统使用的一种保护模式。

数据访问中止模式（Abort,abt）：当数据或指令预取终止时进入该模式，用于虚拟存储及存储保护。

未定义指令终止模式（Undefined，und）：用于支持硬件协处理器软件仿真。

系统模式（System，sys）：用于运行特权级的操作系统任务。

表：在课件原版第三章

2、熟悉不同模式下寄存器的应用

答：p72 图3-2

3、掌握通用寄存器的组成，尤其是R13、R14、R15（选）

答：通用寄存器中R0~R7是所有处理器模式共用的一组寄存器，也就是说，在从一种模式切换到另一种模式时，必须保存它们的值。R8~R14为备份寄存器，其中对于R8~R12来说，每一个寄存器对应两个不同的物理寄存器

R13通常用作堆栈指针，采用下面的记号区分各物理寄存器

R13_:取如下值：usr、svc、abt、und、irq、及fiq

R14寄存器有两个特殊作用：

用户模式下：R14用做链接寄存器（LR），存放子程序被调用时的返回地址。

异常处理模式下，R14用来保存异常的返回地址

R15为程序计数器，又被记做PC。由于ARM采用了流水线机制，因此pc的值为当前指令地址的值加8个字节，也就是说，pc指向当前指令的下两条指令的地址。

4、掌握状态寄存器的组成，尤其是NZCV四位的作用

答：程序状态寄存器用来保存程序执行时的各种状态值，包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志和其它一些位

Nzcv作用：条件标志位

图p73

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5、熟悉ARM支持的存储器结构，大尾端与小尾端

答：p78

知识点

1、ARM存储器时的大尾端与小尾端结构（填/选）

答：

2、ARM的7种工作模式

答：见上

3、ARM寄存器组，通用寄存器个数，状态寄存器个数

答：37,31,6这些寄存器都是32位

4、程序状态寄存器CPSR的重要标志位与控制位

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第三章 ARM处理器

提纲：

1、了解ARM版本的发展过程，从V1到V8

2、熟悉ARM处理器核家族的发展过程

第 五 页 3、熟悉ARM处理器命名规则，如TDMI、J、E、S

4、熟悉流水线机制，作用，以及不同处理器核所支持的流水线等级

5、了解改善处理器核的方法

知识点：

1、ARM处理器命名规则

答：·决定CPT：支持16位压缩指令集Thumb；

·D：支持片上Debug调试；

·M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）；

·I：嵌入式ICE，支持片上断点和调试点。

J:Java加速器Jazelle 提高java代码的运行速度

E:DSP指令 ，增加了DSP算法处理器指令：16位乘加指令，饱和的带符号数的加减法，双字数据操作，cache预取指令

S:可综合，提供VHDL或Verilog语言设计文件

2、决定cpu执行程序时间T的大小的因素

答：

3、PC在CPU取出一条指令后增加的值

答：pc+1→pc,,加一个cpu的字长

4、互斥的定义

答：互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

5、流水线的作用，不同处理器核所支持的流水线等级

答：作用：提高执行速度，提高cpu的工作效率，ARM7采用了3级流水线；ARM9 5 级流水线 ；ARM9E 5 级流水线;ARM10E采用了6级流水线；ARM11 8级流水线;

第四章 总线与存储扩展

提纲：

1、了解ARM处理器核外部的总线结构

2、掌握ARM外扩存储器的方法，地址线、数据线、控制线

知识点：

1、RAM与ROM的作用与区别：访问时间、掉电后信息是否丢失，使用场合

2、根据字节编址时，给定地址，会计算存储空间大小

*设内存字节编址，若8K*8存储空间的起始地址为7000H，则该存储空间的最大地址编号为多少

按照字节计算,1字节(Byte)=8b，计算8K+7000H

8K+7000H=2000H+7000H=9000H

最大为8FFFH 。

3、PCI总线

4、不同存储结构的访问速度，由高到低：

寄存器组、cache、RAM、ROM

5、给定地址线与数据线，会计算存储结构的容量

RAM芯片的存储容量

＝地址线条数×数据线的条数bit

第 六 页 ＝ 字数（存储单元个数）×字长

例： 芯片2732

即 4 K× 8bit=32Kb

地址线 12根，数据线 8根

芯片 2114

1K ×4bit

地址线 10根，数据线 4根

所以，16K× 1b的RAM，地址线14根，数据线1根。

6、存储管理

第五章 ARM指令集

提纲：

1、理解ARM汇编指令的作用及适用场合

2、熟悉ARM汇编指令的特点

答：所有指令都是32bit。

大多数指令都在单周期内完成。

所有指令都可以条件执行。

load/store体系结构。

指令集可以通过协处理器扩展

3、熟悉ARM指令的格式，大体了解32个比特各个域的作用

答：

Cond：指令的条件码。

Opcode：指令操作码。

S：操作是否影响cpsr。

Rn：包含第一个操作数的寄存器编码。

Rd：目标寄存器编码。

Operand2：第2操作数。

4、掌握ARM的四种寻址方式：立即数、寄存器、寄存器间接、寄存器移位

答：p80

5、对于立即数寻址，能够判别立即数合法与否

答：p80 在0x00-0xFF范围内，都是合法的；超过这个范围的，就要看那个数如果能通过8位常数通过偶数位的循环右移得到，则是合法的，否则不合法

6、掌握常用指令的用法，能够分析出小段代码执行后的结果及其对CPSR的影响。

知识点：

1、ARM指令集的分类