第2章 ARM嵌入式处理器体系结构
- 格式:ppt
- 大小:918.00 KB
- 文档页数:52
arm嵌入式技术原理与应用答案【篇一:嵌入式系统原理与开发课后答案】章嵌入式系统概述:1、什么是嵌入式系统?是简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。
p3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。
3、是比较嵌入式系统与通用pc的区别。
p3(1)嵌入式系统是专用的计算机系统,而pc是通用的计算机系统。
(2)技术要求不同,通用pc追求高速、海量的数据运算;嵌入式要求对象体系的智能化控制。
(3)发展方向不同,pc追求总线速度的不断提升,存储容量不断扩大;嵌入式追求特定对象系统的智能性,嵌入式,专用性。
4、嵌入式体统有哪些部分组成?简单说明各部分的功能与作用。
p6(1)硬件层是整个核心控制模块(由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他i/o接口以及电源组成),嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心,在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路(ram和rom等),这就构成了一个嵌入式核心控制模块,操作系统和应用程序都可以固化在rom 中。
(2)中间层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。
一般包括硬件抽象层(hardware abstract layer,hal)和板级支持包(board support package,bsp)。
(3)软件层由实时操作系统(real time operating system,rtos)、文件系统、图形用户接口(graphical user interfaces,gui)、网络组件组成。
(4)功能层是面向被控对象和用户的,当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人际界面。
5、嵌入式系统是怎么分类的?p7按照嵌入式微处理器的位数分类(4位、8位、16位、32位、64位);按照是实时性分类(硬实时系统式之系统对响应时间有严格的要求;软实时系统是对响应时间有一定要求);按照嵌入式软件结构分类(循环轮询系统、前后台系统、多任务系统);按照应用领域分类。
第1章嵌入式系统概述(1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。
答:键盘、鼠标、扫描仪。
(2)什么叫嵌入式系统?答:嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
(3)什么叫嵌入式处理器?嵌入式处理器分为哪几类?答:嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
分为3类:1.注重尺寸、能耗和价格;2.关注性能;3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。
(4)什么是嵌入式操作系统?为何要使用嵌入式操作系统?答:嵌入式操作系统是操作系统的一种类型,是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。
原因:1.提高了系统的可靠性;2.提高了开发效率,缩短了开发周期。
3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。
第2章 ARM7体系结构1.基础知识(1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么?答:T:高密度16位Thumb指令集扩展;D:支持片上调试;M:64位乘法指令;I:Embedded ICE硬件仿真功能模块。
(2)ARM7TDMI采用几级流水线?使用何种存储器编址方式?答:3级;冯·诺依曼结构。
(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别?答:ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上;ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。
(4)分别列举ARM的处理器模式和状态?答:ARM的处理器模式:用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式;ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。
(5)PC和LR分别使用哪个寄存器?答:PC:R15;LR:R14。
(6)R13寄存器的通用功能是什么?答:堆栈指针SP。
(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态?答:位31~28:N、Z、C、V,条件代码标志位;27~8:保留位;7~0:I、F、T、M4~0,控制标志位。
(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。
答:当控制位I置位时,IRQ中断被禁止,否则允许IRQ中断使能;当控制位F置位时,FIQ 中断被禁止,否则允许FIQ中断使能。
第二章 ARM体系结构一、填空1、 ARM微处理器支持7种运行模式为、、、、、、。
用户模式(usr): ARM处理器正常的程序执行状态快速中断模式(fiq):用于高速数据传输或通道处理外部中断模式(irq):用于通用的中断处理管理模式(svc):操作系统使用的保护模式数据访问终止模式(abt):当数据或指令预取终止时进入该模式,可用于虚拟存储与存储保护。
系统模式(sys):运行具有特权的操作系统任务。
未定义指令中止模式(und:当未定义的指令执行时进入该模式,可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
2、嵌入式微处理器的体系结构可以采用或结构,指令系统可以选和。
冯·诺依曼体系结构:程序和数据共用一个存储空间,程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,采用单一的地址与数据总线,程序和数据的宽度相同。
例如:8086、ARM7、MIPS…哈佛体系结构:程序和数据是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址、独立访问,是一种将程序存储和数据存储分开的存储器结构。
例如:AVR、ARM9、ARM10…精简指令系统 RISC复杂指令集系统 CISC3、AMBA定义了3组总线、和。
AHB(AMBA高性能总线):用于高性能。
高数据吞吐部件,如CPU、DMA、DSP之间的连接。
ASB(AMBA系统总线):用来作处理器与外设之间的互连,将被AHB取代。
APB(AMBA外设总线):为系统的低速外部设备提供低功耗的简易互连。
系统总线和外设总线之间的桥接器提供AHB/ASB部件与APB部件之间的访问代理与缓冲。
4、ARM系列微处理器支持的边界对齐格式有:、和字对齐。
字节对齐半字对齐5、RS-232C的帧格式由四部分组成,包括:起始位、、奇偶校验位和。
数据位停止位6、ARM微处理器有种工作模式,它们分为两类、。
其中用户模式属于。
七非特权模式特权模式非特权模式7、ARM7TDMI采用级流水线结构,ARM920TDMI采用级流水线。
第1章:ARM和嵌入式系统介绍嵌入式系统的概念ARM嵌入式处理器的版本Cortex系列处理器的组成和特点嵌入式操作系统第2章:ARM体系结构ARM、CM3处理器状态:Thumb状态和调试状态CM3处理器工作模式:Handler模式和Thread模式代码特权分级:特权级和非特权(用户)级CM3内部寄存器:r0-r12,r13,r14,r15,状态寄存器xPSR存储器映射机制:大端格式和小端格式数据对齐方式:字对齐、半字对齐、非字对齐、非半字对齐异常概念、CM3异常机制特点第3章:Cortex-M3控制器及外围硬件简介嵌入式最小系统组成第4章:指令系统和时钟ARM、Thumb、Thumb-2和CM3指令集的特点和关系STM32时钟系统结构原理和初始化编程启动代码第5章:GPIO实验、第6章:UART实验、第9章:中断实验第10章:RTC实验原理和编程第7章:模/数转换、第8章:定时器实验原理即可,不考程序1. 什么是嵌入式系统?嵌入式系统有哪些应用?2. 什么是嵌入式处理器?嵌入式处理器分为哪几类?3. 说明使用实时操作系统的必要性。
4. 简要说明ARM Cortex内核处理器分为哪几个系列?各有什么特点?5. ARM Cortex-M3处理器有哪些优势符合嵌入式操作系统的要求?6. 简述NVIC的初始化步骤。
7. 什么是嵌入式处理器?嵌入式处理器分为哪几类?二、填空1. STM32F103ZET6有个引脚, KB片内FLAM ROM, KB 片内SRAM。
2. Cortex-M3处理器支持两种特权分级:特权级和。
Cortex-M3处理器支持两种工作模式,:模式和模式。
3. PSR中,标志位C是,Z是 N是,V是。
4. CM3内部寄存器中,R13的作用是,R14的作用是,R15的作用是。
5. 经典ARM7处理器有和两种状态,CM3处理器只有状态。
6. Cortex-M3的流水线分3级,分别为、、。
7. STM32F10x的管理着包括Cortex-M3核异常等中断,其和ARM 处理器核的接口紧密相连,可以实现的中断处理,并有效地处理迟来中断。
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。
《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。
ARM9嵌入式系统设计基础教程课程设计课程背景随着科技的发展和人们对生活质量要求的提高,嵌入式技术(Embedded System)在各行各业中得到了越来越广泛的应用。
嵌入式系统作为一种特殊的计算机系统,已经在家电、汽车、医疗、工业控制等领域崭露头角。
ARM9嵌入式系统是目前应用最广泛的一种嵌入式系统,其性能稳定、易于开发、兼容性强等优点让它成为众多企业和开发者的首要选择。
本课程以ARM9嵌入式系统为主要研究对象,旨在教授ARM9嵌入式系统设计基础知识,为学生提供嵌入式系统开发的技术支持和实践操作经验。
教学目标1.掌握ARM9嵌入式系统设计的基础知识,包括ARM体系结构、ARM处理器、电路设计等;2.学习嵌入式系统开发所需的编程语言和工具,包括C语言、汇编语言和keil MDK等;3.学习ARM9嵌入式系统中常用的外设,包括串口、SPI、I2C等;4.掌握基本的嵌入式系统开发流程和调试方法。
教学内容第一章 ARM体系结构1.ARM体系结构概述2.ARM的寄存器组织与功能3.ARM的指令系统4.ARM的异常处理第二章 ARM处理器1.ARM的微架构和流水线结构2.ARM的存储访问方式3.ARM的中断和异常处理4.ARM的外设接口和总线控制器第三章嵌入式系统开发工具1.keil MDK介绍2.C语言编程基础3.汇编语言编程基础4.嵌入式系统的调试方法第四章 ARM9嵌入式系统外设的设计和应用1.串口应用2.SPI应用3.I2C应用4.中断应用实验环节1.ARM9嵌入式系统的基本操作2.嵌入式系统空中升级功能设计3.基于keil MDK的ARM9单片机系统串口通信模块驱动程序设计4.基于keil MDK的ARM9单片机系统SPI通信模块驱动程序设计5.基于keil MDK的ARM9单片机系统I2C通信模块驱动程序设计实际效果学生通过本课程的学习和实践,在ARM9嵌入式系统设计方面获得了基本的理论知识和实践经验,能够独立完成基于ARM9嵌入式系统的嵌入式系统设计开发,为企业和个人发展奠定了扎实的技术基础。
第2章嵌入式处理器习题2-1 什么是CISC和RISC,各自有什么特点?答:CISC复杂指令集体系结构,RISC精减指令集体系结构。
CISCRISC一条指令仅执行简单操作,把微处理器能执行的指令数目减少到最低限度,以提高处理速度。
RISC处理器比同等的CISC(复杂指令集计算机)处理器要快50%~75%,CISC一条指令可以执行许多操作。
2-2 冯.诺依曼结构与哈佛结构各自的特点是什么?答:冯·诺依曼结构的处理器使用同一个存储器,即程序和数据共用同一个存储器;而哈佛结构则是程序和数据采用独立的总线来访问程序存储器和数据存储器。
2-3 目前有哪些主要嵌入式内核生产厂商及典型嵌入式内核?ARM处理器核有哪三大特点?答:主要内核厂商有:美国的MIPS公司MIPS处理器内核、美国的IBM与Apple和Motorola 联合开发的PowerPC、Motorola公司独立开发的68K/COLDFIRE、英国的ARM公司ARM处理器内核等等。
ARM内核的三大主要特点如下:(1)功耗低(2)性价比高(3)代码密度高2-4 简述ARM体系结构的技术特征。
答:(1)单周期操作:ARM指令系统中的指令只需要执行简单而和基本的操作,因此其执行过程在一个机器周期内完成。
(2)采用加载/存储指令结构:由于存储器访问指令的执行时间长(通过总线对外部访问),因此只采用了加载和存储两种指令对存储器进行读和写的操作,面向运算部件的操作都经过加载指令和存储指令,从存储器取出后预先存放到寄存器对内,以加快执行速度。
(3)固定的32位长度指令:指令格式固定为32位长度,这样使指令译码结构简单,效率提高。
(4)地址指令格式:编译开销大,尽可能优化,采用三地址指令格式、较多寄存器和对称的指令格式便于生成优化代码。
(5)指令流水线技术:ARM采用多级流水线技术,以提高指令执行的效率。
2-5 简述Thumb、Thumb-2及Thumb-2EE的主要特点。