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《微处理器与嵌入式系统设计》期末复习题及答案第一章嵌入式系统概述嵌入式系统的共性：特定的使用场合或工作环境，是某个大型系统的一部分，完成一个具体的功能，专用性强，应用于特定的平台；功耗低，且一般要求高实时性和高可靠性，系统程序一般都是固化在内存中，以提高运行速度和可靠性；功能单一，模块的设计和实现较为简单；人机交互界面简单；开发时往往有上位机和下位机或主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
MCU：Micro Control Unit，嵌入式微控制器（俗称单片机），把CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O、中断系统、定时器/计时器、各种功能外设等资源集成到一个芯片上的微型计算机系统。
MPU：Micro Processor Unit，嵌入式微处理器。
MPU是由通用计算机中的CPU（微处理器）演变而来，可以理解为增强版的CPU，即不带外围功能器件。
ARM：是一家公司，也是一类技术和产品的统称。
ARM公司设计的芯片主要涉及嵌入式移动设备领域，指令集更加紧凑简单，功耗和成本更低，在移动消费电子领域占据着很大的市场份额。
嵌入式系统开发流程：需求分析、系统总体设计、系统软硬件设计、系统测试第二章ARM Cortex-M3内核与STM32微控制器ARM存储模式（2种）小端模式：数据的低字节存放在内存低地址处，数据的高字节存放在内存高地址处。
大端模式：数据的高字节存放在内存低地址处，数据的低字节存放在内存高地址处。
注意书上的相关例子！ARM指令集架构系统设计有两种方式：RISC（Reduced Instruction Set Computer）精简指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）复杂指令集计算机流水线技术：每条指令分解为多步，并让各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理的技术，称为流水线技术。
ARM Cortex-M3微控制器采用的三级流水线：取指—译码—执行流水线的技术指标通常用吞吐率、加速比和效率三项指标来衡量。
周立功版嵌入式课后习题答案第一章嵌入式系统概述一、举出3个课本中未提到的嵌入式系统的例子。
(红绿灯控制、数字空调、机顶盒) 二、什么是嵌入式系统,特点是,答:嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
英国电机工程师协会定义:嵌入式系统为控制、检测或辅助某个设备、机器或工厂运作的装置。
(1)以技术角度定义: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)从系统角度的定义:嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。
术语嵌入式反映了这些系统通常是大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。
嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
特点:1、嵌入式系统通常应用在为特定用户设计的系统中，具有功耗低、体积小、集成度高等特点。
将通用CPU中由板卡完成的任务集成在了嵌入式CPU内部。
2、嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术于各个行业的具体应用相结合的产物。
所以是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，去除冗余。
4、为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或处理器芯片中，而不是存储于磁盘等载体中。
由于嵌入式系统必须有较高的时实性，因此对程序的质量，特别是可靠性有较高的要求。
5、嵌入式系统本身不具备自举开发能力，必须有一套专用的开发工具和环境才能进行开发。
三、什么叫嵌入式处理器,嵌入式处理器分为哪几类,答:嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元，与普通台式计算机的微处理器相比，其工作稳定性更高，功耗较小，对环境(如温度、湿度、电磁场、震动等)的适应能力更强，体积更小，且集成的功能较多。
嵌入式处理器从应用角度，可以大致分为以下几类:1.注重嵌入式处理器的尺寸、能耗和价格。
1 第一章习题1。
嵌入某种微处理器或单片机的测试和控制系统称为嵌入式控制系统（Embedded Control System）。
在应用上大致分为两个层次，以MCS-51为代表的8位单片机和以ARM技术为基础的32位精减指令系统单片机2。
目标机上安装某种嵌入式操作系统和不安装嵌入式操作系统, 以MCS-51为代表的8位单片机不安装嵌入式操作系统。
3。
32位、16位和8位5。
32位、16位6。
在大端格式中，字数据的高字节存储在低字节单元中，而字数据的低字节则存放在高地址单元中。
在小端存储格式中，低地址单元存放的是字数据的低字节，高地址单元中，存放的是数据的高字节。
第二章习题（略）第三章习题1。
（1）寄存器大约有17类，每个的定义都是寄存器名字前面加一个小写”r”（2）在56个中断源中，有32个中断源提供中断控制器，其中，外部中断EINT4~EINT7通过“或”的形式提供一个中断源送至中断控制器，EINT8~EINT23也通过“或”的形式提供一个中断源送至中断控制器。
第四章习题1，56个中断源，有32个中断源提供中断控制器2，两种中断模式，即FIQ模式（快速模式）和IRQ模式（通用模式）。
通过中断模式控制寄存器设置。
3，常用的有5个，它们是中断模式控制寄存器，控制中断模式；中断屏蔽寄存器，控制中断允许和禁止；中断源挂起寄存器，反映哪个中断源向CPU申请了中断；中断挂起寄存器，反映CPU正在响应的中断是哪个中断源申请的；中断优先级寄存器，它和中断仲裁器配合，决定中断优先级。
4，中断源挂起寄存器，反映哪个中断源向CPU申请了中断；中断挂起寄存器，反映CPU正在响应的中断是哪个中断源申请的。
中断源向CPU申请了中断如果该中断源没被屏蔽并且没有和它同级或高级的中断源申请中断，才能被响应。
系统中可以有多个中断源向CPU申请中断，但同一时刻CPU只能响应一个最高级的中断源中断请求。
中断源挂起寄存器和中断挂起寄存器反映了中断系统不同时段的状态。
第四章LPC2000系列ARM硬件结构1、基础知识（8）、FIQ、IRQ有什么不同？向量IRQ和非向量IRQ有什么不同？答：FIQ是快速中断，具有最高优先级，中断处理转入FIQ模式；IRQ是普通中断，优先级低于FIQ，中断处理转入IRQ模式。
向量IRQ支持16个向量IRQ中断，16个优先级，能为每个中断源设置服务程序地址；非向量IRQ支持一个非向量IRQ中断，所有中断都共用一个相同的服务程序入口地址。
（9）、在使能,禁止FIQ和IIRQ时,为什么操作SPSR寄存器而不操作CPSR寄存器？答：在用户模式下，无法修改CPSR，只有在特权模式下修改SPSR后，通过退出特权模式，然后恢复SPSR到CPSR，才能修改CPSR。
（11）、向量中断能嵌套吗？请结合ARM体系结构进行阐述。
答：ARM的中断管理体系和51系列微控制器的中断管理体系不太一样。
ARM的中断不会自动嵌套，实现ARM微控制器的中断嵌套比较烦琐，不提倡中断嵌套。
但不排除需要嵌套的应用，因而在启动代码中，有对中断嵌套的处理。
中断嵌套的原则：低优先级的中断嵌套高优先级的中断可嵌套中断服务程序编写方法：1、保存当前中断使能寄存器VICIntEnable的值；2、禁止当前中断和低优先级中断；3、清除中断逻辑，使VIC能够响应更高优先级的中断；4、中断处理服务程序；5、恢复保存的中断使能寄存器的值。
（19）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？答： 2 个低功耗模式：空闲和掉电；降低功耗方法：设定极低功耗定时器每一秒钟触发CPU一次->CPU进入掉电状态->一秒钟后定时器触发CPU进入工作模式，写液晶显示器显示字符（走秒）->CPU进入掉电模式->一秒钟后定时器再次出发CPU进入工作模式。
嵌入式系统原理与应用课后答案1. 第一章答案：a. 嵌入式系统是嵌入到其他系统中的小型电子系统，一般具有特定的功能和任务。
它以硬件和软件的结合形式存在。
b. 嵌入式系统具有实时性、可靠性和可扩展性的要求，并且一般运行在资源受限的环境中。
c. 嵌入式系统可分为实时嵌入式系统和嵌入式控制系统两种类型。
d. 实时嵌入式系统需要按照严格的时间要求完成任务，可以分为硬实时和软实时系统。
2. 第二章答案：a. 嵌入式系统的硬件平台由微处理器、存储器、总线、输入输出设备等组成。
b. 嵌入式系统的硬件平台性能指标包括：处理器的主频、存储器的容量和带宽、总线的带宽和响应时间、输入输出设备的性能等。
c. 嵌入式系统的软件平台由操作系统、应用软件和驱动程序等组成。
d. 实时操作系统是嵌入式系统的核心软件，它可以提供任务调度、资源管理、中断处理等功能。
3. 第三章答案：a. 嵌入式系统的开发流程包括需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计、系统集成和测试等阶段。
b. 嵌入式系统开发中常用的设计工具包括仿真工具、编译工具、调试工具和测试工具等。
c. 嵌入式系统的设计方法可以分为自顶向下设计和自底向上设计两种。
d. 自顶向下设计是先定义系统的整体结构，再逐步详细设计每个组件的功能和接口。
e. 自底向上设计是先设计每个组件的功能和接口，再逐步将它们组合起来形成系统。
4. 第四章答案：a. 嵌入式系统的程序设计语言可以分为汇编语言、高级语言和特定领域语言三种。
b. 汇编语言是一种低级语言，使用机器指令来编写程序，可以直接控制硬件。
c. 高级语言是一种抽象层次较高的语言，使用类似自然语言的语法来编写程序，更易理解和维护。
d. 嵌入式系统常用的高级语言包括C语言和C++语言。
e. 特定领域语言是一种专门为某种特定应用领域设计的语言，具有特定领域的特性和功能。
5. 第五章答案：a. 嵌入式系统的编程模型可以分为裸机编程和操作系统编程两种。
“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第一章习题解答1.1 什么是程序存储式计算机？程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。
存储程序原理又称“冯·诺依曼原理”，其核心思想包括：●程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中；●计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。
1.2 通用计算机的几个主要部件是什么？●主机（CPU、主板、内存）；●外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）；1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.4 阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。
具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温……解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多内核……（为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。
用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。
一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。
业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。
）1.6 试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与相互影响。
计算机系统结构主要是指程序员关心的计算机概念结构与功能特性，而计算机组成原理则偏重从硬件角度关注物理机器的组织，更底层的器件技术和微组装技术则称为计算机实现。
第四章硬件作业习题7、编写一程序，用查询的方式，对S3C2410X的A/D转换器的第0通道连续进行100次A/D转换，然后将其结果求平均值。
注意：A/D转换器有独立的模拟信号输入引脚AIN0---AIN9。
解：（1）计算预分频值由于A/D转换器的最高输入时钟为2.5MHz，取为1MHz,则预分频值+1 = 50M/1M = 50所以预分频值 = 49（2）程序如下：#define rADCCON (*(volatile unsigned *)0x58000000)#define rADCDAT0 (*(volatile unsigned *)0x5800000c)#define pref 49#define ch 0int adc(int chan){rADCCON=(1<<14)|(pref<<6)|(ch<<3)|1; //设置预分频、通道、启动转换while(rADCCON&0x8000==0); //查询转换是否结束return rADCDAT0&0x3ff; //读取并返回转换结果}void main(){int adc_data=0, i;for(i=0;i<100;i++)adc_data+=adc(ch);adc_data=adc_data/100;printf("adc average is: %d\n"，adc_data);}9、S3C2410X的中断控制器的工作过程是怎样的？对于IRQ，整个中断过程是怎样的（中断控制器处理，向CPU请求，转到中断入口，转去获得中断服务程序的首地址，执行中断服务程序）？答：S3C2410X中断控制器有56个中断源，对外提供24个外中断输入引脚，内部所有设备都有中断请求信号，例如DMA控制器、UART、IIC等等。
S3C2410X的ARM920T内核有两个中断，IRQ中断和快速中断FIQ。
第一章1.什么是计算机的操作系统？它应具备什么功能？操作系统：操作系统是控制其他程序运行，管理系统资源并为用户提供操作界面的系统软件的集合。
功能：计算机资源的管理，包括处理器管理、存储器存储空间管理、外部输入输出（/o）设备管理、文件管理、网络和通信管理、提供用户接口。
2.简述嵌入式系统与普通操作系统的区别。
嵌入到对象体系中，为实现对象体系智能化控制的计算机系统，简称嵌入式系统。
嵌入式系统应具有的特点是：高可靠性；在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；许多嵌入式应用要求实时性，这就要求嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是具体产品同步进行；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。
4.什么是实时系统？如果一个系统能及时响应外部事件的请求，并能在规定的时间内完成对事件的处理，这种系统称为实时系统。
第二章1.什么是可剥夺型内核？可剥夺型内核采用与不可剥夺型不同的调度策略，最高优先级的任务一旦就绪，就能获得CPU的控制权而得以运行，不管当前运行的任务处于何种状态。
可剥夺型内核采用的抢占式的调度策略，总是让优先级最高的任务运行，直到其阻塞或任务完成，响应时间因此优化。
2.一个应用程序为什么一定要使用空闲任务？在多任务系统运行时，系统经常会在某个时间内无用户任务运行而处于空闲状态，为了使CPU在此时有事可作，uC/OS-提供了空闲任务OSTaskldle。
空闲任务是不能被软件删除的。
3.统计任务是必须使用的吗？用户应用程序可根据实际需要来选择是否使用统计任务。
其功能是每秒计算一次CPU在单位时间内被使用的时间，并把计算结果以百分比的形式存放在变量OSCPUsage中，以便应用程序通过访问它来了解CPU的利用率。
4.什么是任务的优先权？UC/oS-ll是用什么来描述任务的优先权的。
《微处理器系统原理与嵌入式系统设计》第四章习题解答
4.1地址映像方法有哪几种？它们各有什么优缺点？
（1）内存地址映射指内存虚拟地址空间到物理地址空间的转换。
分页技术：特点是页的大小固定；优点是程序不必连续存放，因此没有外碎片（每个内碎片不超过页大小）；缺点是增加了硬件成本（如需要地址变换机构）和系统开销（如需要好的调页算法）。
分段技术：特点是段的大小可变；优点是每个段按内容独立，因此可以分别编写和编译，可以针对不同类型的段采取不同的保护，可以按段为单位来进行共享（包括通过动态链接进行代码共享）；缺点是会导致碎片。
（2）I/O地址映射指系统中I/O端口的编址方式。
独立编址技术：优点是系统中存储单元和I/O端口的数量可达到最大；缺点是需专门信号来指示系统地址线上出现的是存储单元地址还是端口地址，I/O指令的功能比较弱。
存储器映像编址技术：优点是对端口操作和存储器单元操作完全一样，因此系统简单，并且对端口操作的指令比较多；缺点是CPU对存储单元和I/O单口的实际寻址空间都小于其最大寻址空间。
4.2 EPROM存储器芯片在没有写入信息时，各个单元的内容是什么？某SRAM单元中存放有一个数据（如5AH），CPU将它读取后，该单元的内容是什么？
EPROM存储器芯片在没有写入信息时，所有存储单元的内容均为全“1”。
SRAM为非破坏性读出，因此该单元的内容在读取后保持不变。
4.4下列ROM芯片各需要多少个地址输入端？多少个数据输出端？
(1) 16×4位(2) 32×8位(3) 256×4位(4) 512×8位
（1）16×4位=24*4bit，因此有4个地址输入端和4个数据输出端。
（2）32×8位=25*4bit，因此有5个地址输入端，8个数据输出端。
（3）256×4=28*4bit，因此有8个地址输入端，4个数据输出端。
（4）512×8=29*4bit，因此有9个地址输入端，8个数据输出端。
4.7某计算机系统中ROM为6K，最后一个单元的地址为9BFFH，RAM为3K。
已知其地址为连续的，且ROM在前，RAM在后，求该存储器的首地址和末地址。
该存储器的首地址（第一个ROM单元地址）为：9BFFH-6K+1=9C00H-1800H=8400H
该存储器末地址（最后一个RAM 单元地址）为：9BFFH+3K==9BFFH+0C00H=0A7FFH
4.8若某系统有16条地址线，现用SRAM 2114(1K×4)存储芯片组成存储系统，试问采用线选译码时，系统的存储容量最大为多少？需要多少个2114存储芯片？
每片2114需要10条地址线，剩余6条地址线进行线选译码最多可以区分6组12个芯片。
这时系统的存储容量最大为（1K*4bit ）*2片/组*6组=6KB 。
4.10设有一个具有24位地址和8位字长的存储器，问：
(1) 该存储器能够存储多少字节的信息？
(2) 如果该存储器由4 M×1位的RAM 芯片组成，需要多少片？ (3) 在此条件下，若数据总线为8位，需要多少位地址线用于芯片选择？
（1）该存储器的存储容量=224 *8bit=16M 字节 （2）需要4M*1的芯片数目：
32/841
48
16=⨯=⨯⨯组片组M M 片
（3）用于片内4M 字选的地址线应满足：222 =4M ，即字选需要22根地址线，片选需要2根地址线。
4.13试为某8位计算机系统设计一个具有8KB ROM 和40KB RAM 的存储器。
要求ROM 用EPROM 芯片2732组成，从0000H 地址开始；RAM 用S RAM 芯片6264组成，从4000H 地址开始。
查阅资料可知，2732容量为4K ×8(字选线12根)，6264容量为8K ×8(字选线13根)，因此本系统中所需芯片数目及各芯片地址范围应如下表所示：
硬件连线方式之一如下图所示：
说明：
①8位微机系统地址线一般为16位。
采用全译码方式时，系统的A 0～A 12直接与6264的13根地址线相连，系统的A 0～A 11直接与2732的12根地址线相连。
片选信号由74LS138译码器产生，系统的A 15～A 13作为译码器的输入。
②各芯片的数据总线（D 0~D 7）直接与系统的数据总线相连。
③各芯片的控制信号线（RD 、WR ）直接与系统的控制信号线相连。
4.18某计算机系统有8个I/O 接口芯片，每个接口芯片占用8个端口地址。
若起始地址为9000H ，8个接口芯片的地址连续分布，用74LS138作为译码器，试画出端口译码电路图，并说明每个芯片的端口地址范围。
… …
A7 A6
4.19试完成下面的RAM 系统扩充图。
假设系统已占用0000~ 27FFH 段内存地址空间，并拟将后面的连续地址空间分配给该扩充RAM 。
4.22假设一台打印机的数据输出I/O 端口地址为378H ，状态端口地址为379H ，状态字节的D0位为状态位(D0 = 0，表示打印数据缓冲区空，CPU 可以向它输出新数据；D0 = 1，表示打印数据缓冲区满)。
试用查询方式从内
A11
A12 A13 A14 A15
存中以BUF为首址的单元处开始，将连续1 KB的数据传送给打印机，每次传送一个字节。
给出接口的硬件结构，说明数据交换流程。
（1）初始化内存指针为BUF；
（2）CPU从379H端口读入状态字，并判断D0位（Busy），若D0=1则重复（1）；
（3）若D0=0则CPU向378H数据端口写数据，同时Busy会变为高电平，并通知外设数据已经准备好；
（4）外设在适当时候取走数据，并发送/ACK信号将D触发器清零，使Busy=0，准备下一次数据传送；
（5）修改内存指针（加1），重复（2）至（5）1000次；
4.23试用无条件传输方式完成下列功能：将首地址为40000H的内存单元中1K个字数据从端口Output处输出，然后从端口Input处输入2KB数据到首地址为50000H的内存单元中。
给出接口的硬件结构，说明数据交换流程。
（1）初始化内存指针为40000H；
（2）CPU取一个字节数据输出到Output端口，并修改内存指针（加1）；
（3）重复（2）2000次，完成2K个字节的传送；
（4）初始化内存指针为50000H；；
（5）CPU从Input端口读入一个字节数据写入内存单元，并修改内存指针（加1）；
（6）重复（5）2000次，完成2K个字节的传送；
4.28在某系统中，要求采用中断方式把一个长100字节的数据块从首址为A REA 的存储区传送到端口地址为37FH 的接口上，每次中断只传送一个字节。
试给出数据交换流程。
主程序：
（1） 初始化内存指针为AREA （全局变量）； （2） 初始化传送次数为100（全局变量）； （3） 允许传送中断；
（4） 启动传送：从内存取一个字节输出到37FH 端口； （5） 等待中断或处理其他事情； 中断服务程序：
（1） 修改传送次数（减1），并判断是否为0，若为0，退出中断，结束传送； （2） 若未传送完，修改内存指针（加1）； （3） 从内存取一个字节输出到37FH 端口； （4） 返回；
4.31用8255A 作为CPU 与打印机的接口，8255A 的A 端口工作于方式0输出；C 端口工作于方式0。
8255A 与打印机及CPU 的连线如下图所示。
试给出查询方式下将100个数据送打印机打印的数据交换流程。
（1） CPU 读C 口并判断PC0（BUSY ）电平，若PC0（BUSY ）=1，则重复（1）； （2） 若PC0（BUSY ）=0，表示打印机空闲，CPU 即可向A 口输出一个数据； （3） CPU 写C 口令PC6=0（延时后再令PC6=1），通知打印机数据已准备好；
AB
（4） 打印机取走数据后令BUSY=0； （5） 重复（1）~（4）100次；
4.39若某8位A/D 转换器的满度输入电压为10 V ，则其量化误差为多少？
V 0196.01
210
218=-。
