嵌入式系统结构

2、SiM3U1xx（80MHZ USB）系列（M3）
1.4 STM32系列微控制器简介 STM32为意法半导体(ST)公司生产的ARM处理器。
Flash Size (bytes)
512K
256 K
STM32 prod Q2/08 Samples Dec 07 Prod Q2/08
未来 发展方向
64 K 32 K
STM32 Samples NOW Prod Oct 07
72 MHz CORTEX- M3 CPU Wide offer
• 32KB-512KB Flash • 6Kb-64KB RAM
0K 48 pins 64 pins 100 pins
144 pins
LQFP
LQFP
LQFP
LQFP
(7x7) (10x10) (14x14)/BGA (20x20)/BG
machinery or plants”.
1.嵌入式系统简介
目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种 比较合理定义：
●从技术的角度定义：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。 ●从系统的角度定义：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更大系统中的一 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。
ADC
16 channels /
Tem1pMSsepns sor
Power Supply Reg 1.8V
POR/PDR/PV XTDAL
oscillators 3I2nKt.HRzC+ o4s~c1il6lMatoHrzs 32KHz +

串口4
串口1
串口2
设备
1）嵌入式系统硬件系统
嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器 为核心，配臵必要的外围接口部件。在嵌 入式系统设计中，应尽可能选择适用于系 统功能接口的SoC/SOPC芯片，以最少的外 围部件构成一个应用系统，满足嵌入式系 统的特殊要求。 一般包括有 ：嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。
硬件抽象层
是硬件功能模块的集合，是对硬设备功能的第一
层抽象，实现基本的IO操作。 所关心的是如何实现硬件功能的软件接口，而不 是设备的管理逻辑。 每个硬件可能有多个端口（设备），对应的硬件 抽象层是对这些端口（设备）操作的基本抽象， 为驱动程序管理这些设备提供接口。上层驱动程 序在不需要了解具体设备硬件信息的情况下，就 可以操作这些设备。
2）板级支持包BSP
BSP主要是为驱动程序提供访问硬件设备寄存器 的函数包，从而实现对操作系统的支持。不同操作 系统有不同的板级支持包。具体完成如下二方面的 功能： ①在系统启动时，完成对硬件的初始化。如对设备 的中断、CPU的寄存器和内存区域的分配等进行操作。 ②为驱动程序提供访问硬件的手段。如系统是统一 编址的，则可以直接在驱动程序中用C语言的函数进 行访问。如是单独编址的，只能用汇编语言编写函 数进行访问。BSP就是为上层的驱动程序提供访问硬 件设备寄存器的函数包。
（3）中间层（驱动层软件）
使用任何外设都需要有驱动程序的支持， 驱动程序不仅要实现设备的基本功能函数， 如初始化、中断响应、发送、接收等，而且 还要提供完备的错误处理函数。中间层为上 层软件提供了设备的操作接口。上层程序只 需调用驱动程序提供的接口，而不用理会设 备具体的内部操作。 驱动层软件（中间层）将系统软件与底 层硬件部分进行了隔离，使得系统的底层设 备驱动程序与硬件无关。具体包括硬件抽象 层HAL和板级支持包BSP。

4
1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的特点
（1）面向特定应用的特点，与“通用型”系统相比，满 足特定应用的特定需求 （2）嵌入式系统的硬件和软件都必须进行高效地设计， 量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更 高的性能 （3）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和 电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。
8
1.1.2 嵌入式系统的体系结构


嵌入式操作系统不仅具有通用操作系统的一般功 能，如向上提供对用户的接口（如图形界面、库 函数API等），向下提供与硬件设备交互的接口（ 硬件驱动程序等），管理复杂的系统资源， 在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应 用专用性等方面，具有更加鲜明的特点
9
1.1.2 嵌入式系统的体系结构

5
（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中或单片机本身，而不是 存储于磁盘中。 （5）嵌入式开发的软件代码尤其要求高质量、高可靠性 。 （6）嵌入式系统本身不具备二次开发能力，即设计完成 后用户通常不能在该平台上直接对程序功能进行修改， 必须有一套开发工具和环境才能进行再次开发。厂家对 产品固件（Firmware）进行升级

3
1.1.1 嵌入式系统的基本概念


嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统应用随处可见，工业、军事、宇宙、通信、运 输、金融、医疗、气象、农业等领域 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机控制系统为基础， 并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成 本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统通常由特定功能模块和计算机控制模块组成， 主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统 以及用户应用软件等部分组成。它具有“嵌入性”、“专 用性”与“计算机系统”的三个基本要素。

1.前言嵌入式是软件设计•领域的一个分支，它自身的诸多特点决定了系统架构师的选择，同时它的一些问题乂具有相当的通用性，可以推广到其他的领域。

提起嵌入式软件设汁，传统的印象是单片机，汇编，奇度依赖硬件。

传统的嵌入式软件开发者往往只关注实现功能本身，而忽视诸如代码复用，数据和界面分离，可测试性等因素。

从而导致嵌入式软件的质量高度依赖开发者的水平，成败系之一身。

随着嵌入式软硬件的飞速发展，今天的嵌入式系统在功能，规模和复杂度各方面都有了极大的提升。

比如，Marvell公司的PXA3xx系列的最高主频已经达到SOOMhz,内建USB, WIFI, 2D图形加速，32位DDR内存。

在硬件上，今天的嵌入式系统已经达到其至超过了数年前的PC平台。

在软件方面，完善的操作系统已经成熟，比如Syinbiain Linux, WinCEo基于完善的操作系统，诸如字处理，图像，视频，音频，游戏，网页浏览等各种应用程序层出不穷，其功能性和复朵度比诸PC软件不遑多让。

原来多选用专用®件和专用系统的一些商业设备公司也开始转换思路，以出色而廉价的硬件和完善的操作系统为基础，用软件的方式代替以询使用专有硕件实现的功能，从而实现更低的成本和更高的可变更，可维护性。

2 •决定架构的因素和架构的影响架构不是一个孤立的技术的产物，它受多方面因素的影响。

同时，一个架构乂对软件开发的诸多方面造成影响。

下面举一个具体的例子。

摩托车的发动机在出厂前必须通过一系列的测试。

在流水线上，发动机被送到每个工位上，山工人进行诸如转速，噪音，振动等方面的测试。

要求实现一个嵌入式设备，具备以下基本功能：L 安装在工位上，工人上班前开启并登录。

2.通过传感器自动采集测试数据，并显示在屏幕上。

3.记录所有的测试结果，并提供统计•功能。

比如次品率。

如果你是这个设备的架构师，哪些问题是在设计架构的时候应该关注的呢？2.1嵌入式常见误解1）小型的系统不需要架构有相当多的嵌入式系统规模都较小，一般是为了某些特定的U的而设计的。

嵌入式Windows Phone系统架构及功能简介季亮摘要本文对当今流行的Windows Phone（简称WP或Win P）系统平台简析了其架构及功能，了解到系统架构的特点，并对基于Windows CE内核的系统核心分析了新型人性化的内核修改。

经过修改的Windows Phone更加智能化，利于数据结构保留，减少数据冗余，功能更加强大更加易于操作。

关键字嵌入式系统 Windows Phone Windows CE 内核手机一、引言近年来，嵌入式技术及产品的快速成长成为了全球IT产业发展的显著特征之一。

嵌入式系统（Embedded System）是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件课裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积及功耗等有严格要求的专用计算机系统。

如今，嵌入式处理器的运行速度和功能都有了很大的提高，使得许多以前只能在PC上实现的应用，现在都可以在手持设备上实现。

目前，市面上的Windows类智能手机主要采用Microsoft公司的Pocket PC、Palm OS等操作系统，但是这些系统在手机上运行操作极为繁复，对硬件要求极高，以至于限制了他的更好发展。

而Windows Phone 的诞生彻底改变了用户的看法。

Windows Phone基于Windows CE内核，在用户界面上相比于之前各版有了很大的改变，整体上和微软自家的播放器界Zune面类似；它力图打破人们与信息和应用之间的隔阂，提供适用于人们包括工作和娱乐在内完整生活的方方面面，最优秀的端到端体验。

所以，对WP作一个简单了解是非常必要的。

二、Windows Phone系统架构Windows Phone具有桌面定制、图标拖拽、滑动控制等一系列前卫的操作体验。

其主屏幕通过提供类似仪表盘的体验来显示新的电子邮件、短信、未接来电、日历约会等，让人们对重要信息保持时刻更新。

它还包括一个增强的触摸屏界面，更方便手指操作；以及一个最新版本的IE Mobile浏览器——该浏览器在一项由微软赞助的第三方调查研究中，和参与调研的其它浏览器和手机相比，可以执行指定任务的比例超过高达48%。

嵌入式系统体系结构嵌入式系统体系结构：嵌入式系统的组成包含了硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。

1、硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。

它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

2、中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。

BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。

设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

B、设计硬件相关的设备驱动。

3、系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

4、应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。

嵌入式芯片体系结构介绍1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU)嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。

它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。

但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。

和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。

目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。

上面那个系统的外围器件比较多,电路也比较复杂. 对于很多的嵌入式系统,如小型手持设备而言,出于硬件成 本,PCB板面积等因素的考虑,往往去掉其它一些器件. 比如,在自带Nand Flash的情况下,可用NandFlash代替 EEPROM和NorFlash.如有些MCU自带USB控制器和 LCD Driver,RTC等,就可以省去这些外围电路.但需要 一个MCU/MPU能直接运行的Bootloader程序对存放在 NandFlash的程序进行引导.该BootLoader程序必须带有 NandFlash驱动. 对于另外一些MPU,由于自身并不带有RAM和ROM,就需 要扩展相应的电路. 对于某些MCU/MPU,其内置的ROM自带有Bootloader.
嵌入式存储器及系统结构嵌入式系统结构嵌入式系统体系结构嵌入式系统软件结构嵌入式系统的组成结构嵌入式系统的结构嵌入式系统的存储结构嵌入式系统结构图嵌入式系统数据结构嵌入式存储器
嵌入式存储器及系统结构
李 立华 2007.04.13
目录
1.嵌入式存储器简介 嵌入式存储器简介
1.1 常用存储器简介
1.嵌入式系统存储器 1.嵌入式系统存储器
对NandFlash而言,h读写流程图.
写数据
读数据
事实上,在写数据时,还要先对擦除NandFlash. 在送地址和数据时,NandFlash通过I/O总线依次送入地址和数据,而 且读写是以块为单位进行操作. 这样,如果要访问NandFlash内的数据,必段以块中的页为单位,根据 所指定的块和页将该页的数据读入内存,然后根据内存中的相对地址 对该数据进行访问. 该原理和PC机的硬盘工作机理很相似. 如果需要将NandFlash作程序存储器,需要注意以下事项: (1)由于NandFlash出错和出现坏块的机会比NorFlash大得多,而程序出 错后的问题往往是致命的.所以必须有错误冗余校验机制和纠错机制. (2)由于MCU/MPU不能直接对NandFlash程序和数据进行访问,所以必 须有一个BootLoader程序将NandFlash程序映射到RAM中才可以执行. 也就是说在该单片机系统中,必须有一个ROM存储引导程序.该引 导程序一般说来是很精巧的. 在该BootLoader,必须包含NandFlash读驱动程序. 需要注意的是,该处的BootLoader和我们PC机的Boot是有区别的,而 更像PC机的BIOS程序. (3)用NandFlash存储程序的系统一般都用于程序量比较大,且要求带有 NandFlash存储器的系统.

嵌入式系统硬件体系结构设计一、嵌入式计算机系统体系结构体系主要组成包括：硬件层中涵盖嵌入式微处理器、存储器（sdram、rom、flash等）、通用设备USB和i/oUSB（a/d、d/a、i/o等）。

在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。

其中操作系统和应用程序都可以固化在rom中。

硬件层与软件层之间为中间层，也称作硬件抽象化层（hardwareabstractlayer，hal）或板级积极支持纸盒（boardsupportpackage，bsp），它将系统上层软件与底层硬件拆分开去，并使系统的底层驱动程序与硬件毫无关系，上层软件开发人员无须关心底层硬件的具体情况，根据bsp层提供更多的USB即可展开研发。

该层通常涵盖有关底层硬件的初始化、数据的输出/输入操作方式和硬件设备的布局功能。

3.系统软件层系统软件层由实时多任务操作系统（real-timeoperationsystem，rtos）、文件系统、图形用户USB（graphicuserinterface，gui）、网络系统及通用型组件模块共同组成。

rtos就是嵌入式应用软件的基础和研发平台。

功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。

一个嵌入式系统装置通常都由嵌入式计算机系统和继续执行装置共同组成，而嵌入式计算机系统就是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层共同组成。

继续执行装置也称作被控对象，它可以拒绝接受嵌入式计算机系统收到的掌控命令，继续执行所规定的操作方式或任务。

本网关硬件环境以单片机s3c2440芯片和dm9000以太网控制芯片为主，实现rj45接口和rs232接口的数据传输。

内容包括硬件环境的初始化，数据的收发控制，封包解包设计，操作系统的移植等。

硬件框图就是直观的将每个功能模块列举，也就是一个基本的模块女团，可以简约的每个模块的功能彰显出。

• TMS320系列处理器包括用于控制的 C2000系列，移动通 信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。
• DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100， DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。
• 另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结 构低成本、低功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，应 用目标是大批量消费类产品。
• 第一章 嵌入式系统概述
• 嵌入式处理器 ——嵌入式片上系统(SOC)
随着EDA的推广和VLSI设计的普及化及半导体工艺的 迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代 已来临，这就是System On Chip(SOC)。
•各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许 多其它嵌入式系统外设一样，成为 VLSI设计中一种标准的 器件，用标准的 VHDL等语言描述，存储在器件库中。
CPU（中央处理单元）
输入设备
运算器
输出设备
控制器
存储器
CPU
单片机工作支撑模块
数据存储器
程序存储器
其他模块
内部总线
定时/计数器模块 串行通讯接口 A/D转换模块 D/A转换模块 通用I/O模块
第一章 嵌入式系统概述
1.2嵌入式系统基本构成
• 硬件系统
• CPU • 存储器 • 模拟前向通路 • 模拟后向通路 • 数字输入 • 数字输出 • 人机界面 • 通信系统 • 电源系统
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、 成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总 线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也 较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板 上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。

LH75400, LH75401, LH75410, LH75411
23
精品课件
ARM芯片厂商







2、PCB设计仿真阶段

需要在EDA仿真设计平台下，设计系统原理图及
PCB，并对PCB板上的信号完整性、EMI等进行
仿真，根据仿真结果来对PCB进行合理的布局布
线调整，完成PCB的设计
PCB图
ML67Q4051, ML67Q4060, ML67Q4061, ML696201, ML69Q6203
Samsung (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
S3C2410A, S3C2440A, S3C44B0X, S3C4510B,S5PC210
Sharp (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
LPC2294, LPC2364, LPC2366,, LPC2880, LPC2888, LPC3180
OKI (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
ML674000, ML674001, ML674002, ML674003, ML675001, ML675002, ML675003, ML67Q4050,
到终端用户手中
云计算的核心思想，是将大
量用网络连接的计算资源统
一管理和调度，构成一个计
算资源池向用户按需服务。
精品课件
12
1.2 嵌入式系统的组成
应用 软 件
嵌 入 式操 作 系 统
硬件 设 备
嵌入式处理器
外围 设 备
图1-1 嵌入式系统结构简图
精品课件
13
1.2 嵌入式系统的组成

ARM嵌入式系统结构与编程习题答案清华大学出版社最详细版arm嵌入式系统结构与编程习题答案清华大学出版社最详细版一《arm嵌入式系统结构与编程》习题答案第一章为绪论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：国内嵌入式行业普遍接受的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可定制，满足应用系统在功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求的专业计算机系统。

从这个定义可以看出，嵌入式系统与应用紧密结合，具有很强的特殊性。

它必须根据实际系统需求进行合理定制和使用。

因此，嵌入式系统是“为特定的人定制的”。

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。

英特尔于1971年开发了第一款4位总线结构的微处理器4004，可以说是嵌入式系统的雏形。

80年代初的8051是单片机历史上值得纪念的一页。

20世纪80年代初，出现了一种商业化的“实时操作系统内核”。

在实时内核下编写应用软件，可以加快新产品的开发速度，节约资金。

在20世纪90年代，实时内核发展为实时多任务操作系统。

进入21世纪以来，嵌入式系统得到了极大的发展。

在硬件方面，单片机的性能有了很大的提高，尤其是ARM技术的出现和改进，为嵌入式操作系统提供了强大的硬件载体，将嵌入式系统推向了一个新的阶段。

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操作系统是一种针对嵌入式微控制器的特点而定制的Linux操作系统，包括通用的嵌入式通信协议和通用驱动程序，并支持多种文件系统。

它主要具有以下特点：开源、易移植、内核小、功能强大、运行稳定、效率高。

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。

思考与练习题答案
1． 在指令编码中，条件码占有几位，最多有多少个条件，各个条件是如何形成的？ 答：见教材 3.1 节的描述。
2． 指令条件码中，V 标志位在什么情况下才能等于 1？ 答：当指令的算术运算发生异常时，V 标志位置 1。例如，两个正数相加，其
结果为一负数；或者是两个负数相加，其结果为一正数，都会置 V 标志位。
《ARM 嵌入式系统结构与编程》第 2 版，邱铁 编著. 清华大学出版社. 2013 年 8 月第 2 版，2015 年 8 月第 4 次印刷
称为异常模式
4． 分析程序状态寄存器（PSR）各位的功能描述，并说明 C、Z、N、V 在什 么情况下进行置位和清零。
答：PSR 的具体格式为
V—溢出标志位 对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制补码表示的带符号数时，
4． 分析逻辑右移、算术右移、循环右移、带扩展的循环右移它们间的差别。 答：见教材 3.2 节的图 3-1 移位操作功能描述。
5． ARM 数据处理指令具体的寻址方式有哪些，如果程序计数器 PC 作为目标寄存 器，会产生什么结果？
答：ARM 数据处理指令具体的寻址方式有 5 种，见教材 3.2 节的具体说明。 如果程序计数器 PC 作为目标寄存器，会产生程序发生跳转。
0x1FE80000
答：每个立即数由一个 8 位的常数进行 32 位循环右移偶数位得到，其中循环右
移的位数由一个 4 位二进制的两倍表示。即：
<immediate>=immed_8 进行 32 位循环右移（2*rotate_4）位
符合这一条件的都为合法的立即数。
1) 0x5430 0B 0101 0100 0011 0000
3． 在 ARM 指令中，什么是合法的立即数？判断下面各立即数是否合法，如果合

《ARM嵌入式系统结构与编程》邱铁编著. 清华大学出版社.年月第版 年月第二次印刷20093120108 《ARM嵌入式系统结构与编程》第1~4章思考与练习题答案 此答案仅供教师教学用 第1章绪论思考与练习题答案 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 见教材1.1节。

2. 嵌入式系统是从何时产生的 简述其发展历程。

答 见教材1.1节。

3. 当前最常见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 见教材1.2.1节的嵌入式Linux和嵌入式实时操作内核μC /OS-II。

4. 举例说明嵌入式设备在工控设备中的应用。

答 见教材1.3节的“工业控制领域”。

5. 未来嵌入式技术的发展趋势有哪些 答 见教材1.4节的嵌入式技术的发展趋势。

第2章 ARM技术与ARM体系结构思考与练习题答案 1 简述ARM处理器内核调试结构原理。

答 对教材1.2节的图2-1进行描述。

2 分析ARM7TDMI-S各字母所代表的含义。

答 参考教材2 1 2 ARM核版本命名规则说明。

课后答案网《ARM嵌入式系统结构与编程》邱铁编著. 清华大学出版社. 年月第版 年月第二次印刷200931201083 ARM处理器的工作模式有哪几种 其中哪些为特权模式 哪些为异常模式并指出处理器在什么情况下进入相应的模式。

答 ARM处理器共有7种工作模式用户模式 非特权模式 也就是正常程序执行的模式 大部分任务在这种模式下执行。

在用户模式下 如果没异常发生 不允许应用程序自行改变处理器的工作模式 如果有异常发生 处理器会自动切换工作模式FIQ模式 也称为快速中断模式 支持高速数据传输和通道处理 当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式。

IRQ模式 也称为普通中断模式 :当一个低优先级中断产生时将会进入这种模式。

在这模式下按中断的处理器方式又分为向量中断和非向量中断两种。

通常的中断处理都在IRQ模式下进行。

嵌入式系统计算机组成与体系结构考试（答案见尾页）一、选择题1. 嵌入式系统主要由哪两部分组成？A. CPU和存储器B. 存储器和I/O设备C. CPU和I/O设备D. CPU和总线2. 嵌入式系统的基本体系结构包括哪几个层次？A. 物理层B. 数据链路层C. 网络层D. 传输层E. 应用层3. 嵌入式微处理器中，存储器的地址空间分配通常采用哪种方式？A. 分段B. 分页C. 混合D. 重叠4. 嵌入式系统中，广泛使用的通信协议标准有哪些？A. TCP/IPB. UDPC. ICMPD. ARPE. PPP5. 嵌入式系统硬件平台的主要特点是什么？A. 高性能B. 低功耗C. 可靠性高D. 易于升级6. 嵌入式系统中，实现程序调试的方法通常有哪些？A. 内部调试B. 外部调试C. 在线调试D. 离线调试7. 嵌入式系统应用程序开发通常使用哪种编程语言？A. C语言B. C++语言C. Java语言D. Python语言8. 嵌入式系统中，实现数据压缩和解压缩的常见算法有哪些？A. LZW算法B. Huffman编码C. Run-Length编码D. Deflate算法9. 嵌入式系统中，实现多线程的几种技术有哪些？A. 使用POSIX线程库B. 使用Windows APIC. 使用实时操作系统(RTOS)D. 使用汇编语言直接实现10. 嵌入式系统硬件抽象层(OSAL)的主要功能是什么？A. 提供标准的API接口B. 管理硬件资源C. 实现设备驱动D. 提供任务调度功能11. 嵌入式系统的基本组成是什么？A. CPU、内存、外设和接口B. CPU、存储器、外部设备和连线C. CPU、存储器、总线和接口D. CPU、存储器、总线和外部设备12. 嵌入式系统的硬件层包括哪些部分？A. CPUB. 存储器C. 总线D. I/O设备13. 嵌入式系统的软件层包括哪些部分？A. 操作系统B. 驱动程序C. 中间件D. 应用程序14. 嵌入式系统的运行环境通常是什么？A. 实时操作系统B. 批处理操作系统C. 微内核操作系统D. 混合操作系统15. 嵌入式系统的设计原则包括哪些？A. 可靠性、稳定性、可扩展性和效率B. 可靠性、稳定性、可扩展性和功耗C. 可靠性、稳定性、可扩展性和成本D. 可靠性、稳定性、可扩展性和安全性16. 嵌入式系统的开发流程通常是什么？A. 需求分析、设计、编码、测试、维护B. 需求分析、设计、编码、测试、部署C. 需求分析、设计、编码、测试、上线D. 需求分析、设计、编码、测试、退役17. 嵌入式系统的应用领域有哪些？A. 消费电子B. 工业控制C. 医疗设备D. 交通物流18. 嵌入式系统的核心技术包括哪些？A. 微处理器技术B. 微控制器技术C. 操作系统技术D. 网络通信技术19. 嵌入式系统的开发工具包括哪些？A. 集成开发环境（IDE）B. 编程语言C. 开发板D. 制冷器20. 嵌入式系统的未来发展趋势是什么？A. 人工智能B. 5G通信C. 物联网D. 虚拟现实21. 嵌入式系统的基本组成是什么？A. CPU、内存、外设和接口B. CPU、存储器、外部设备和总线C. CPU、存储器、输入输出设备D. CPU、存储器、接口和通信总线22. 嵌入式系统的核心组成部分是什么？A. CPUB. 内存C. 存储器D. 总线23. 嵌入式系统中，CPU的主要特点是什么？A. 高速运算能力B. 高功耗C. 低功耗D. 高性能24. 嵌入式系统中，存储器的主要类型有哪些？A. RAMB. ROMC. Flash MemoryD. Hard Disk25. 嵌入式系统中，外部设备的主要作用是什么？A. 输入数据到系统B. 输出数据到用户C. 控制系统的运行D. 存储数据26. 嵌入式系统中，总线的类型有哪些？A. 控制总线B. 数据总线C. 地址总线D. 多总线27. 嵌入式系统的设计原则是什么？B. 安全性C. 实时性D. 低功耗28. 嵌入式系统的应用领域有哪些？A. 消费电子产品B. 工业控制系统C. 医疗设备D. 汽车电子29. 嵌入式系统的发展趋势是什么？A. 微型化B. 集成化C. 人工智能化D. 云计算化30. 嵌入式系统的开发流程通常包括哪些阶段？A. 需求分析B. 设计C. 编程D. 调试E. 测试F. 生产31. 嵌入式系统的基本组成是什么？A. CPU、内存、外设和接口B. CPU、存储器、外部设备和总线C. CPU、存储器、输入输出设备D. CPU、存储器、外部设备和操作系统32. 嵌入式系统的硬件层包括哪些？A. CPUB. 存储器D. 输入输出设备33. 嵌入式系统的核心是哪一个部件？A. CPUB. 存储器C. 总线D. 操作系统34. 嵌入式系统中，存储器的主要作用是什么？A. 存储程序B. 控制执行C. 存储数据D. 存储指令和数据35. 嵌入式系统中，外部设备的作用是什么？A. 输入数据到系统B. 输出数据到用户C. 控制执行D. 存储数据36. 嵌入式系统的总线通常用于连接哪些部件？A. CPU、存储器和外部设备B. CPU、存储器和显示器C. CPU、存储器和打印机D. CPU、存储器和键盘37. 嵌入式系统中，操作系统的功能包括哪些？A. 进程管理B. 内存管理C. 文件管理D. 设备管理38. 嵌入式系统的实时性主要依赖于哪一个组成部分？A. CPUB. 存储器C. 总线D. 操作系统39. 嵌入式系统的安全性主要依赖于哪一个组成部分？A. CPUB. 存储器C. 总线D. 操作系统40. 嵌入式系统的设计原则包括哪些？A. 可靠性B. 安全性C. 实时性D. 低功耗二、问答题1. 什么是嵌入式系统？请简述其特点。

1.嵌入式系统定义p1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.嵌入式系统的组成结构，层次关系p4、板级支持包p61．硬件层硬件层由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其它I/O接口（A/D、D/A、通用I/O等）以及电源等组成。

嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心。

2．中间层硬件层与软件层之间为中间层，它把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。

中间层一般包括：硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）板级支持包（Board Support Package，BSP）3．软件层实时操作系统（Real Time Operating System，）文件系统图形用户接口（Graphical User Interfaces，GUI）网络系统通用组件模块RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

4．功能层功能层由基于RTOS开发的应用程序组成，用来完成实际所需的应用功能。

功能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作时往往需要提供一个友好的人机界面。

3.嵌入式处理器的分类，有哪些典型的嵌入式处理器p8嵌入式处理器的分类：嵌入式微控制器（MCU），嵌入式微处理器（MPU），嵌入式DSP 处理器，SoC 片上系统。

1.嵌入式微控制器(MicroController)嵌入式微控制器又称单片机，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。

嵌入式微控制器将CPU、存储器（少量的RAM、ROM或两者都有）和其他外设封装在同一片集成电路里，因为其片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。

与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。

由于微控制器低廉的价格、优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，是目前嵌入式系统工业的主流。

1.嵌入式系统的组成结构：①硬件层②中间层③软件层④功能层2.嵌入式按照软件结构分类：①循环轮询系统②前后台系统③多功能系统3.嵌入式三级流水线：取值译码执行4.ARM处理器支持的数据类型：Byte字节8位Halfword半字16位word字32位5.处理器的模式：ARM体系结构支持7种处理模式，分为用户模式和特权模式，特权模式又分为系统模式和异常模式。

6.处理器的工作状态：①ARM状态：32位，执行字对准的ARM准备②Thumb状态：16位，执行半字对准的Thumb指令7.寄存器组织:ARM处理器共有37个寄存器：①31个通用寄存器，32位，含程序计数器PC ②6个状态寄存器，32位，只使用了其中的12位③R13通常用作堆载指针SP④R14通常用作子程序链接寄存器LR ⑤R15通常被用作程序计数器PC8. 握手线用两根连线enq（查询）和ACR（应答）来表示。

9.DMA要求CPU提供两个附加的总线信号：总线请求和总线授权。

10.存储设备：存储系统分为四级，寄存器组，高速缓冲存储器，内存和外存。

他们在存取速度上一次递减在存储容量上连级递减。

11.以太网协议...IEEE.802.3媒体的存取规则采用CSMA/CD(载波检测多路存取/冲突检测)12.嵌入式软件的体系结构包括：驱动层，操作系统层，中间件层，和应用层。

13.驱动层软件分为三种类型：①板级初始化程序，②与系统软件相关驱动程序，③与应用软件相关的驱动程序。

14.设备驱动层软件中有两个重要概念：硬件抽象层（HAL）和板级支持包（BSP）。

硬件抽象层与硬件更加紧密的相关性。

而板级支持包与操作系统具有更加紧密的相关性15.嵌入式每一个任务都是一个无限的循环，可以处在五种状态之下：①体眼态②就绪态③运行态④挂起态⑤被中断态16.基于优先级调度法的内核有两种：占先式内核和非占先式内核17.嵌入式程序优化:：①执行时间的优化②能量优化③长度优化18.嵌入式系统广泛使用了两种不同类型程序的设计范型：状态机和循环缓冲区。

嵌入式系统架构嵌入式系统是一种专用计算机系统，被嵌入到其他设备中，用来控制和管理这些设备的特定功能。

而嵌入式系统的架构是指其硬件和软件之间的组织结构和工作方式，它直接决定了嵌入式系统的性能和功能。

本文将介绍嵌入式系统架构的基本概念、主要组成部分以及常见的架构类型。

一、嵌入式系统架构的基本概念嵌入式系统的架构是指系统中各个组件的组织方式以及它们之间的交互方式。

一般来说，嵌入式系统架构由以下几个方面构成：1. 处理器：是嵌入式系统的核心部件，负责执行指令和进行数据处理。

处理器的选择可以根据系统的性能要求来确定，有单核处理器、多核处理器等不同类型。

2. 存储器：用于存储指令、数据和中间结果。

常见的存储器包括随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）以及闪存等。

3. 输入/输出（I/O）模块：用于与外部设备进行数据交互。

比如，键盘、显示器、传感器等。

I/O模块通常与处理器之间通过总线进行数据传输。

4. 操作系统：是嵌入式系统的核心软件，负责管理和分配系统的资源，提供运行环境和服务。

常见的嵌入式操作系统有实时操作系统（RTOS）和嵌入式Linux等。

5. 通信接口：用于和其他嵌入式系统、计算机或网络进行通信。

通信接口可以是串口、并口、以太网等。

6. 供电与电源管理：嵌入式系统需要一个稳定可靠的电源供应，同时还需要电源管理模块来降低能耗和延长电池寿命。

二、嵌入式系统的主要组成部分嵌入式系统由硬件和软件两个主要组成部分组成。

硬件部分主要包括CPU、内存、存储器、I/O设备等，它们负责系统的数据处理、存储和交互。

软件部分主要包括操作系统、驱动程序、应用程序等，它们控制硬件的工作，实现系统功能。

1. 硬件部分硬件部分是嵌入式系统的基础，它决定了系统的性能和功能。

硬件部分的设计需要根据系统的需求来确定，包括选择适合的处理器、存储器、I/O设备等。

此外，还需要考虑功耗、体积、成本等方面的因素。

2. 软件部分软件部分是嵌入式系统的灵魂，它决定了系统的功能和用户体验。