嵌入式系统设计大学教程_习题与解答
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嵌入式系统设计师题库与参考答案一、单选题(共110题,每题1分,共110分)1.对信号量S执行V操作后,以下叙述中正确的是_。
A、当S小于0时唤醒一个阻塞进程B、当S小于0时唤醒一个就绪进程C、当S小于等于0时唤醒一个就绪进程D、当S等于0时唤醒一个阻塞进程正确答案:D2.以下叙述中不是嵌入式系统特点的是_A、面向应用,可以进行裁减和移植B、要求编码体积小,能够在嵌入式系统的有效存储空间内运行C、用于特定领域,不需要支持多任务D、可靠性高,无需人工干预独立运行,并处理各类事件和故障正确答案:C3.若信号量S的初值为2,当前值为-1,则表示有__等待进程。
A、3个B、1个C、2个D、0个正确答案:B4.某软件公司项目组的程序员在程序编写完成后均按公司规定撰写文档,并上交公司存档。
此情形下,该软件文档著作权应由_享有。
A、公司与项目组共同B、程序员C、项目组全体人员D、公司正确答案:D5.以下关于时序逻辑电路的叙述中,不正确的是_A、在异步时序电路中,记忆元件的状态变化不是同时发生的B、莫尔型(Moore)电路的输出是输入变量及现态的函数C、记忆元件一般是由触发器实现D、最能详尽描述时序逻辑功能的是状态迁移表和状态迁移图正确答案:B6.网络系统中,通常把_置于DMZ区。
A、网络管理服务器B、Web服务器C、入侵检测服务器D、财务管理服务器正确答案:B7.在中断响应过程中,CPU保护程序计数器的主要目的是_A、为了实现中断嵌套B、使CPU能找到中断服务程序的入口地址C、为了使CPU在执行完中断服务程序后能返回到被中断程序的断点处D、为了使CPU与I/O设备并行工作正确答案:C8.存储一个32位数0x2168465到2000H~2003H四个字节单元中,若以大端模式存储,则2000H存储单元的内容为36)A、0x21B、0x02C、0x65D、0x68正确答案:B9.在划分模块时,一个模块的作用范围应该在其控制范围之内。
嵌入式系统设计师练习题及答案第一套 (1)嵌入式系统设计师练习题及答案第二套 (5)嵌入式系统设计师练习题及答案第三套 (16)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第四套 (27)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第五套 (45)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第六套 (59)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第七套 (66)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第八套 (75)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第九套 (81)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十套 (90)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十一套 (99)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十二套 (106)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十三套 (115)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十四套 (126)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十五套 (138)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十六套 (153)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十七套 (159)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十八套 (167)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第十九套 (176)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第二十套 (188)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第二十一套 (197)嵌入式系统设计师练习题及答案解析第二十二套 (211)嵌入式系统设计师练习题及答案第一套1、以下关于CPU的叙述中,错误的是A.CPU产生每条指令的操作信号并将操作信号送往相应的部件进行控制B.程序计数器PC除了存放指令地址,也可以临时存储算术/逻辑运算结果C.CPU中的控制器决定计算机运行过程的自动化D.指令译码器是CPU控制器中的部件2、以下关于Cache的叙述中,正确的是A.在容量确定的情况下,替换算法的时间复杂度是影响Cache命中率的关键因素B.Cache的设计思想是在合理成本下提高命中率C.Cache的设计目标是容量尽可能与主存容量相等D.CPU中的Cache容量应大于cPu之外的Cache容量3、风险预测从两个方面评估风险,即风险发生的可能性以及A.风险产生的原因B.风险监控技术C.风险能否消除D.风险发生所产生的后果4、许多程序设计语言规定,程序中的数据都必须具有类型,其作用不包括A.便于为数据合理分配存储单元B.便于对参与表达式计算的数据对象进行检查C.便于定义动态数据结构D.使于规定数据对象的取值范围及能够进行的运算5、在计算机系统中,对程序员是透明的。
大学嵌入式试题及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 在嵌入式系统中,通常使用哪种类型的处理器?A. 通用处理器B. 专用处理器C. 微处理器D. 服务器处理器答案:C2. 下列哪个选项不是嵌入式系统的特点?A. 体积小B. 功能专一C. 价格昂贵D. 可靠性高答案:C3. 嵌入式操作系统与通用操作系统的主要区别是什么?A. 嵌入式操作系统体积更小B. 嵌入式操作系统功能更全C. 嵌入式操作系统价格更贵D. 嵌入式操作系统更复杂答案:A4. 在嵌入式系统中,以下哪个不是常用的编程语言?A. C语言B. C++C. JavaD. Assembly5. 嵌入式系统中的实时操作系统(RTOS)的主要功能是什么?A. 提供图形用户界面B. 提供网络服务C. 管理任务调度和时间D. 管理文件系统答案:C6. 以下哪个不是嵌入式系统的应用领域?A. 工业控制B. 消费电子C. 航空航天D. 传统PC答案:D7. 在嵌入式系统中,中断服务程序的作用是什么?A. 处理用户输入B. 处理系统错误C. 响应外部事件D. 执行任务调度答案:C8. 以下哪个不是嵌入式系统开发过程中的常用工具?A. 编译器B. 调试器C. 编辑器D. 虚拟机答案:D9. 在嵌入式系统中,以下哪个不是常用的存储介质?B. FlashC. 硬盘D. SRAM答案:C10. 嵌入式系统的功耗通常与以下哪个因素无关?A. 处理器的运行频率B. 系统的复杂度C. 存储介质的类型D. 软件的优化程度答案:B二、填空题(每题2分,共20分)1. 嵌入式系统的______是指系统能够按照预定的时间或顺序完成预定的功能。
答案:实时性2. 在嵌入式系统中,______是指系统在没有操作系统的情况下,直接运行应用程序。
答案:裸机运行3. 嵌入式系统的______是指系统在设计时就确定的,不可更改的特性。
答案:封闭性4. 嵌入式系统的______是指系统在特定环境下,能够稳定运行的能力。
嵌入式系统试题及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 嵌入式系统的特点是()。
A. 体积小、成本低、功能强B. 体积大、成本高、功能弱C. 体积小、成本低、功能弱D. 体积大、成本高、功能强答案:A2. 以下哪个不是嵌入式系统的组成部分?()A. 嵌入式微处理器B. 嵌入式操作系统C. 通用操作系统D. 嵌入式软件答案:C3. 嵌入式系统通常用于()。
A. 个人计算机B. 服务器C. 家用电器D. 网络设备答案:C4. 在嵌入式系统中,以下哪个不是常用的编程语言?()A. C语言B. C++C. JavaD. Python答案:D5. 嵌入式系统的开发流程不包括以下哪个步骤?()A. 需求分析B. 系统设计C. 系统测试D. 系统销售答案:D6. 以下哪个是嵌入式系统的硬件平台?()A. 单片机B. 个人电脑C. 服务器D. 工作站答案:A7. 嵌入式系统的实时性要求通常()。
A. 非常高B. 一般C. 非常低D. 可有可无答案:A8. 以下哪个不是嵌入式系统的开发工具?()A. 编译器B. 调试器C. 编辑器D. 游戏机答案:D9. 嵌入式系统通常不用于以下哪个领域?()A. 汽车电子B. 移动通信C. 航空航天D. 办公自动化答案:D10. 以下哪个是嵌入式系统的软件平台?()A. 操作系统B. 数据库系统C. 网络服务器D. 办公软件答案:A二、多项选择题(每题3分,共15分)1. 嵌入式系统的开发需要考虑以下哪些因素?()A. 系统稳定性B. 系统安全性C. 系统可扩展性D. 系统成本答案:ABCD2. 嵌入式系统的硬件设计通常包括以下哪些部分?()A. 微处理器B. 存储器C. 电源管理D. 显示设备答案:ABCD3. 嵌入式系统的软件设计通常包括以下哪些部分?()A. 操作系统B. 应用程序C. 驱动程序D. 用户界面答案:ABCD4. 以下哪些是嵌入式系统的开发工具?()A. 交叉编译器B. 版本控制系统C. 性能分析工具D. 游戏机答案:ABC5. 嵌入式系统在以下哪些领域有广泛应用?()A. 工业控制B. 消费电子C. 医疗设备D. 办公自动化答案:ABC三、判断题(每题2分,共10分)1. 嵌入式系统与通用计算机系统没有区别。
第一章绪论1.什么是嵌入式系统?嵌入式系统的特点是什么??答: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、能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。
特点:1.嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体系结构的支持;2.嵌入式系统通常是形式多样、面向特定应用的;3.嵌入式系统通常极其关注成本;4.嵌入式系统有实时性和可靠性的要求;5.嵌入式系统使用的操作系统一般是适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统;6.嵌入式系统开发需要专门工具和特殊方法。
2.请说出嵌入式系统与其它商用计算机系统的区别。
答:1. 嵌入式处理器;2.微内核结构;3.任务调度;4.硬实时和软实时;5.内存管理;6.内核加载方式4.请说明嵌入式系统技术的发展及开发应用的趋势。
?答:发展趋势:1嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持;2互联网成为必然趋势。
3支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本。
4提供精巧的多媒体人机界面。
开发应用的趋势:向经济性、小型化、可靠性、高速、低功耗、低成本、高精度方向发展5.你知道嵌入式系统在我们日常生活中哪些设备中应用?说明其采用的处理器是什么?采用的哪一个嵌入式操作系统??合?答:C语言? 应用在开发操作系统,和硬件相关的一些应用程序。
????C++语言? 应用在开发一些大型的应用程序???? 汇编语言? 应用在开发底层的硬件接口以及一些算法的基本模块????C#语言应用在开发一些大型应用程序???? VHDL语言?? 应用在开发CPLD/FPGA芯片逻辑语言JA V A 应用在JSP开发网页等大型应用7、在项目开发中,采用嵌入式和专用集成电路进行设计各有什么优缺点?答:嵌入式控制器可以设计成用户专用集成电路。
把微处理器看成电路库元件中的一个标准单元,微控制器就成了专用集成电路。
嵌入式系统可以编程,专用集成电路也可以编程。
第一章绪论1. 什么是嵌入式系统?嵌入式系统旳特点是什么?答: 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、能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标旳严格规定旳专用计算机系统。
特点: 1.嵌入式系统得到多种类型旳处理器和处理器体系构造旳支持;2.嵌入式系统一般是形式多样、面向特定应用旳;3.嵌入式系统一般极其关注成本;4.嵌入式系统有实时性和可靠性旳规定;5.嵌入式系统使用旳操作系统一般是适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化旳嵌入式操作系统;6.嵌入式系统开发需要专门工具和特殊措施。
2. 请说出嵌入式系统与其他商用计算机系统旳区别。
3. 嵌入式旳关键技术有哪些?答:1.嵌入式处理器;2.微内核构造;3.任务调度;4.硬实时和软实时;5.内存管理;6.内核加载方式4. 请阐明嵌入式系统技术旳发展及开发应用旳趋势。
答: 发展趋势: 1嵌入式应用软件旳开发需要强大旳开发工具和操作系统旳支持;2互联网成为必然趋势。
3支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本。
4提供精致旳多媒体人机界面。
开发应用旳趋势: 向经济性、小型化、可靠性、高速、低功耗、低成本、高精度方向发展6. 开发嵌入式系统旳计算机语言重要有哪几种?分别用在什么场所?答:C语言应用在开发操作系统, 和硬件有关旳某些应用程序。
C++语言应用在开发某些大型旳应用程序汇编语言应用在开发底层旳硬件接口以及某些算法旳基本模块C#语言应用在开发某些大型应用程序VHDL语言应用在开发CPLD/FPGA芯片逻辑语言JA V A 应用在JSP开发网页等大型应用7、在项目开发中, 采用嵌入式和专用集成电路进行设计各有什么优缺陷?答: 嵌入式控制器可以设计成顾客专用集成电路。
把微处理器当作电路库元件中旳一种原则单元, 微控制器就成了专用集成电路。
嵌入式系统可以编程, 专用集成电路也可以编程。
专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit)指为某种用途专门设计制造旳集成电路。
第1章嵌入式体系基本【1 】1.什么是嵌入式体系?它由哪几部分构成?有何特点?写出你所想到的嵌入式体系.答:(1)界说:国内对嵌入式体系的一般界说是:以运用为中间,以盘算机技巧为基本,软硬件可裁剪,从而可以或许顺应现实运用中对功效.靠得住性.成本.体积.功耗等严厉请求的专用盘算机体系.(2)构成:嵌入式处理器.外围装备.嵌入式操纵体系和运用软件等几部分构成.(3)特点:a.软硬件一体化,集盘算机技巧.微电子技巧.行业技巧于一体;b.须要操纵体系支撑,代码小,履行速度快;c.专用紧凑,用处固定,成本迟钝;d.靠得住性请求高;e.多样性,运用普遍,种类繁多.(4)嵌入式体系:小我数字助理(PDA).机顶盒(STB).IP德律风.2.嵌入式处理器分为哪几类?答:(1)低端的微控制器(MicroController Unit,MCU);(2)中高端的嵌入式微处理器(Embeded MicroProcessor Unit,EMPU);(3)通讯范畴的DSP处理器(Digital Signal Processor,DSP);(4)高度集成的片上体系(System on Chip,SoC).3.ARM英文原意是什么?它是一个如何的公司?其处理器有何特点?答:(1)英文原意:Advanced RISC Machines.高等精简指令集机械.(2)公司简介:该公司是全球领先的16/32位RISC微处理器常识产权设计供给商,经由过程将其高机能.低成本.低功耗的RISC微处理器.外围和体系芯片设计技巧让渡给合作伙伴来临盆各具特点的芯片.ARM公司已成为移动通讯.手持装备.多媒体数字花费嵌入式解决计划的RISC尺度.(3)其处理器特点:a.小体积.低功耗.低成本而高机能;b.16/32位双指令集;c.全球的合作伙伴浩瀚.4.什么是及时体系?它有哪些特点?若何分类?答:(1)及时体系的界说:及时体系(Real Time System)是指产生体系输出的时光对体系至关重要的体系.(2)特点:及时性.并行性.多路性.自力性.可猜测性.靠得住性.(3)分类:依据响应时光的不合,及时体系可分为3种类型:强及时体系.弱及时体系.一般及时体系.依据肯定性的不合,及时体系可分为2种类型:硬及时.软及时.5.RTOS由哪几部分构成?它有哪些特点?与一般操纵体系比拟有何不合?答:(1)构成:及时内核.收集组件.文件体系.图形用户界面.(2)特点:a.支撑异步事宜的响应;b.中止和调剂义务的优先级机制;c.支撑抢占式调剂;d.肯定的义务切换时光和中止延迟时光;e.支撑同步.(3)与一般OS的不合:a.及时性:响应速度快,只有几微秒;履行时光肯定,可猜测;b.代码尺寸小:只有10~100KB,节俭内存空间,下降成本;c.运用程序开辟较难;d.须要专用开辟对象:仿真器.编译器和调试器等.6.单片机体系.嵌入式体系和SOC体系三者有何差别和接洽?答:(1)今朝嵌入式体系的主流是以32位嵌入式微处理器为焦点的硬件设计和基于及时操纵体系(RTOS)的软件设计;(2)单片机体系多为4位.8位.16位机,不合适运行操纵体系,难以进行庞杂的运算及处理功效;(3)嵌入式体系强调基于平台的设计.软硬件协同设计,单片机大多采取软硬件流水设计;(4)嵌入式体系设计的焦点是软件设计(占70%阁下的工作量),单片机体系软硬件设计所占比例基底细同.(5)SoC是嵌入式体系的最高实现情势,它集成了很多功效模块,它的焦点技巧是IP(Intellectual Property Core,常识产权核)核.7. 无第2章嵌入式体系开辟进程1.嵌入式体系开辟进程分为哪几个阶段?每个阶段的特点是什么?答:(1)需求剖析阶段:a.对问题的辨认和剖析;b.制订例格解释文档;c.需求评审.(2)设计阶段:a.数据流剖析;b.划分义务;c.界说义务间的接口.(3)生成代码阶段:a.代码编程;b.交叉编译和链接;c.交叉调试;d.测试.(4)固化阶段2.嵌入式体系有哪几种调试方法?如今最风行的是哪种?运用什么接口?答:(1)调试方法:源程序模仿器方法.监控器方法.仿真器方法.(2)如今最风行的是仿真器方法,运用JTAG(Joint Test Action Group,结合测试行为组)接口.3.什么是板级支撑包?它一般应完成哪些工作?答:(1)界说:有些嵌入式操纵体系的内核明白分为两层,上层一般称为“内核”,而底层则称为“硬件抽象层”或“硬件适配层”,缩写为HAL,有的厂商将硬件抽象层称为BSP,即板级支撑包(BoardSupport Package).(2)重要完成工作:a.在体系启动时,对硬件进行初始化.B.为驱动程序供给拜访硬件的手腕.(3)重要感化:清除硬件差别.第3章 ARM体系构造1.ARM的英文全名是什么?ARM处理器有什么特点?答:见第1章课后习题第3题.2.ARM7和ARM9在流水线方面有何不合?答:ARM7是3级流水线构造,ARM9是5级流水线构造.AR]M9把3级流水线中的履行阶段的操纵进行再分派,即把履行阶段中的“存放器读”插在译码阶段中完成,把“存放器写”安插在另一级(即第5级)完成,同时,在该级之前,再安插一级(存储拜访).3.ARM处理器支撑的数据类型有哪些?答:(1)Byte 字节,8位;(2)Halfword 半字,16位;(3)Word 字,32位;4.写出ARM运用的各类工作模式和工作状况.答:(1)工作模式:详见下表:(2)工作状况:a.ARM:32位,这种状况下履行字对齐的ARM指令;b.Thumb:16位,这种状况下履行半字对齐的Thumb指令.5.ARM处理器总共有若干个存放器?个中哪个用做PC?哪个用做LR?答:(1)ARM处理器总共有37个存放器:31个通用存放器,6个状况存放器. (2)R15用做程序计数器PC,R14用做子程序链接存放器LR.6.假设R0=0x12345678,运用将R0存储到0x4000的指令存到存储器中,若存储器为大端组织,写出从存储器0x4000处加载一个字节到R2的指令履行后R2的值.答:因为0x4000是大端组织,所以R0存进后,0x4000中稀有0x56781234,从0x4000加载一个字节到R2后(由地位到高位加载),R2的值为0x34. 7.ARM920T处理器参加了哪两个协处理器?各自的重要功效是什么?答:ARM920T处理器参加了两个协处理器:(1)CP14,许可软件拜访调试通讯通道;(2)体系控制协处理器CP15,供给了一些附加存放器用于设置装备摆设和控制Caches.MMU.呵护体系.时钟模式和其他体系选项.8.ARM920T支撑哪些时钟模式?答:快速总线模式.同步模式.异步模式.9.什么是写直达和写回Cache操纵,各有何特点?答:(1)写直达:当CPU对Cache写射中时,Cache与主存同时产生写修正.长处:一致性好;缺陷:耗时.(2)写回:当CPU对Cache写射中时,只修正Cache的内容而不立刻写入主存,只当此履行被换出时才写回主存.长处:削减拜访主存次数,进步效力.缺陷:一致性差点.10.ARM为何集成了32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集?(即它的利益)答:可供给长的转移规模.壮大的算术运算才能和大的寻址空间.11.什么是big-endian和little-endian,编写一段程序测试你所用的盘算机体系构造采取哪种存储机制?答:(1)大端存储体系(big-endian):低地址存放高字节,高地址存放低字节.小端存储体系(little-endian): 低地址存放低字节,高地址存放高字节.(2)int x=0x12345678;int *p=&x;if(*(char*)p=0x78)…little endianelse…big endian第4章 ARM体系硬件设计基本1.一个典范的可履行映像由哪几部分构成?答:2.汇编和C说话的互相挪用办法.答:(1)汇编程序挪用C程序的办法为:起首在汇编程序中运用IMPORT伪指令事先声明将要挪用的C说话函数;然后经由过程BL指令来挪用C函数.(2)C程序挪用汇编子程序的办法为:起首在汇编程序中运用EXPORT伪指令声明被挪用的子程序,暗示该子程序将在其他文件中被挪用;然后在C程序中运用extern症结字声明要挪用的汇编子程序为外部函数. (填补)3.基于ARM的硬件启动流程?答:(1)分派中止向量表;(2)初始化存储器体系;(3)初始化各工作模式下的客栈;(4)初始化有特别请求的硬件模块;(5)初始化用户程序的履行情况;(6)切换处理器的工作模式;(7)挪用主运用程序.第5章基于S3C2410的体系硬件设计1.温习控制:P230 I/O口编程实例.填补:2.中止的处理流程?答:(1)保管现场;(2)模式切换;(3)获取中止源;(4)中止处理;(5)中端返回,恢复现场.3.中止存放器的感化及相干的操纵?P235-237.。
第一章1-1.简述嵌入式系统的定义。
嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,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。
1-2.简述嵌入式系统的组成。
从体系结构上看,嵌入式系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成。
其中嵌入式处理器通常是单片机或微控制器,支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显示部件等,嵌入式软件则包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、支撑软件及应用中间件等。
嵌入式系统的组成部分是嵌入式系统硬件平台、嵌入式操作系统和嵌入式系统应用。
嵌入式系统硬件平台为各种嵌入式器件、设备(如ARM 、PowerPC、Xscale、MIPS等);嵌入式操作系统是指在嵌入式Linux、uCLinux、WinCE等。
1-3.ARM7处理器使用的是(ARMv4)指令集。
ARM7内核采用冯·诺依曼体系结构,数据和指令使用同一条总线。
内核有一条3级流水线,执行ARMv4指令集。
1-6.ARM9采用的是(5)级流水线设计。
存储器系统根据哈佛体系结构(程序和数据空间独立的体系结构)重新设计,区分数据总线和指令总线。
第二章2-1.简述ARM可以工作在几种模式。
ARM处理器共有7种工作模式:用户模式(User)、快速终端模式(FIQ)、外部中断模式(IRQ)、特权模式(svc)、数据访问中止模式(Abort)、未定义指令中止模式(Undef)、系统模式(System)。
除用户模式外其他6种模式称为特权模式。
在特权模式下,程序可以访问所有的系统资源,也可以任意地进行处理器模式切换。
再除去系统模式,其余5种模式又称为异常模式。
2-2.ARM核有多少个寄存器?ARM处理器有如下37个32位长的寄存器:(1)30个通用寄存器;(2)6个状态寄存器:1个CPSR(Current Program Status Register,当前程序状态寄存器),5个SPSR(Saved Program Status Register,备份程序状态寄存器);(3)1个PC(Program Counter,程序计数器)。
嵌入式【2 】体系设计大学教程习题与解答第1章嵌入式体系设计根本概念(绪论)1.嵌入式体系的界说是什么?你是若何懂得嵌入式体系的?(P3)答:嵌入式系同一般界说为以运用为中间.以盘算机技巧为基本,软硬件可裁剪,运用体系对功效.靠得住性.成本.体积.功耗和运用情形有特别请求的专用盘算机体系.一个嵌入式体系就是一个硬件和软件的聚集体,它包括硬件和软件两部分.个中硬件包括嵌入式处理器/掌握器/数字旌旗灯号处理器(DSP).存储器及外设器件.输入输出(I/O)端口.图形掌握器等;软件部分包括操作体系软件(嵌入式操作体系)和运用程序(运用软件),因为运用范畴不同,运用程序千差万别.2.列出并解释嵌入式体系不同于其他盘算机体系的重要特点.(P3~P4)答:重要特点有:•体系内核小:因为嵌入式系同一般是运用于小型电子装配,体系资本相对有限,所以内核较传统的操作体系要小得多.•专用性强:嵌入式体系平日是面向特定义务的,共性化很强,个中软件体系和硬件的联合平常慎密,一般要针对硬件进行软件体系的移植.•运行情形差异大:嵌入式体系运用规模极为普遍,其运行情形差异很大.•靠得住性请求高:嵌入式体系往往要长期在无人值守的情形下运行,甚至是常年运行,是以对靠得住性的请求特别高.•体系精简和高及时性操作体系:•具有固化在非易掉性存储器中的代码:为了体系的初始化,几乎所有体系都要在非易掉性存储器中存放部分代码(启动代码).为了进步履行速度和体系靠得住性,大多半嵌入式体系常常把所有代码(或者其紧缩代码)固化,存放在存储器芯片或处理器的内部存储器件中,而不运用外部存储介质.•嵌入式体系开辟工作和情形:嵌入式体系开辟须要专门的开辟对象和情形.3.简述嵌入式体系的体系构造.(P5)答:嵌入式体系自底向上包含四个部分:硬件平台.嵌入式及时操作体系(RTOS).硬件抽象层(HAL)和嵌入式及时运用程序.硬件抽象层位于操作体系和硬件之间,包含了体系中与硬件相干的大部分功效.屏障了底层硬件的多样性,操作体系不再直接面对具体的硬件情形,而是面向由这个中央层次所代表的.逻辑上的硬件情形.4.嵌入式体系是如何分类的?(P8)答:依据不同的分类标准,嵌入式体系有不同的分类方法.按嵌入式微处理器的位数分类:嵌入式体系可分为4位.8位.16位.32位和64位等;按软件及时性需求分类:可分为非及时体系(如PDA).软及时体系(如花费类产品)和硬及时体系(如工业及时掌握体系).按嵌入式体系的庞杂程度分类:嵌入式体系可分为小型嵌入式体系.中型嵌入式体系和庞杂嵌入式体系.5.什么是及时操作体系,其重要功效是什么?(P8)答:及时多义务操作体系(Real Time multi-tasking Operation System,RTOS)简称及时操作体系,重要用来完成嵌入式及时运用的义务调剂和掌握等焦点功效.这些功效是经由过程内核办事函数情势交给用户挪用的,也就是RTOS的体系挪用,或者叫做RTOS的API.6.在日常生涯中,你接触过哪些嵌入式产品?他们都有些什么功效?(P9~P10)答:[略]第2章嵌入式体系设计根本概念1.嵌入式体系的硬件由哪几个部分构成?(P12~13)答:嵌入式体系的硬件体系是由嵌入式处理器.存储器.I/O接口电路.通信模块以及其他外部装备构成的.其焦点是嵌入式处理器.存储器是构成嵌入式体系硬件的重要构成部分.嵌入式处理器工作时,必须有从属电路支撑,如时钟电路.复位电路.调试电路.监督准时器.中断掌握电路等,这些电路并不完成数据的输入/输出功效,而是为嵌入式处理器的工作供给必要的前提.嵌入式处理器与通用途理器的最大差别在于嵌入式处理器集成了大量的不同功效的I/O模块.用户在开辟嵌入式体系时,可以依据体系需求选择合适的嵌入式处理器,而无需再别的配备I/O电路.此外,嵌入式体系平日还包括人机交互界面,用于体系与用户的交互.人机界面常常运用键盘.液晶屏.触摸屏等部件,以便利与用户的交互操作.2.通用途理器与嵌入式处理器有哪些雷同和不同的地方?(P13)答:嵌入式微处理器一般具备四个特点:•对及时和多义务有很强的支撑才能,能完成多义务并且有较短的中断响应时光,从而使内部的代码和及时操作体系的履行时光削减到最低限度;•具有功效很强的存储区破坏功效,这是因为嵌入式体系的软件构造已模块化,而为了避免在软件模块之间消失错误的交叉感化,须要设计壮大的存储区破坏功效,同时也有利于软件诊断;•可扩大的处理器构造,以能敏捷地扩大出知足运用的高机能的嵌入式微处理器;•嵌入式处理器的功耗必须很低,尤其是用于便携式的无线及移动的盘算和通信装备中靠电池供电的嵌入式体系更是如斯,功耗只能为mW甚至μW级.嵌入式处理器与通用途理器的最大差别在于嵌入式处理器集成了大量的不同功效的I/O模块.用户在开辟嵌入式体系时,可以依据体系需求选择合适的嵌入式处理器,而无需再别的配备I/O电路.3.常用的嵌入式处理器平日分成哪几大类?(P13)答:嵌入式体系中的处理器平日分为三大类,即微处理器(Micro-Processor Unit,MPU).微掌握器(Micro-Controller Unit,MCU)和数字旌旗灯号处理器(DSP).微处理器是指功效较壮大的CPU,它不是为任何特定的盘算目标而设计的.是以这种芯片平日用于小我盘算机与办事器.微掌握器是针对嵌入式体系而设计的,它将CPU.存储器以及其他外设都集成在同一片电路板上.数字旌旗灯号处理器(DSP)中的CPU是针对快速离散时光旌旗灯号处理盘算的.是以,DSP平常实用于音频及视频通信.现代的芯片临盆工艺已经许可将重要处理器的内核和各类外围的芯片器件整合在一路,以进一步下降功耗,达到专用的需求,这时,便消失了片上体系SoC (System On Chip).4.什么是嵌入式外围装备?扼要解释嵌入式外围装备是若何分类的.(P22~23)答:5.嵌入式操作体系的成长阅历了哪几个阶段?(P28)答:嵌入式操作体系伴跟着嵌入式体系的成长,大致阅历了四个阶段:第一阶段:无操作体系的嵌入算法阶段,以单芯片为焦点的可编程掌握器情势的体系,具有与监测.伺服.指导装备相合营的功效.第二阶段:以嵌人式CPU为基本.简略操作体系为焦点的嵌入式体系.因为CPU种类繁多,是以通用性比较差;体系开销小,效力高;具有必定的兼容性和扩大性;体系重要用来掌握体系负载以及监控运用程序运行.第三阶段:通用的嵌入式及时操作体系阶段.以嵌入式操作体系为焦点的嵌入式体系,能运行于各类类型的微处理器上,兼容性好;内核精小.效力高,具有高度的模块化和扩大性;具备文件和目次治理.装备支撑.多义务.收集支撑.图形窗口以及用户界面等功效;具有大量的运用程序接口(APl);嵌入式运用软件丰硕.第四阶段:以基于Internet为标志的嵌入式体系.这是一个正在敏捷成长的阶段.嵌入式装备与Internet的联合将代表着嵌入式技巧的真正将来.6.现阶段常用的操作体系有哪些?经由过程调研,指出几种常用的嵌入式操作体系的特点是什么?常用在什么场合?(P28~29)答:常用的嵌入式RTOS分三大类:商用体系.专用体系和凋谢体系.商品化的嵌入式及时操作体系,重要有WindRiver的Vxworks和pSOS+,3Com的Palm OS以及Microsoft的Windows CE等.专用操作体系功效相对较弱,但针对性强,其安全靠得住性大都超过通俗商用体系,如运用于手机的嵌入式操作体系SymbianOS.凋谢体系的典范代表是嵌入式Linux和 C/OS-Ⅱ.7.嵌入式操作体系的重要义务有哪些?(P28)答:嵌入式操作体系平日包括与硬件相干的底层驱动软件.体系内核.装备驱动接口.通信协定.图形界面.标准化阅读器等.嵌入式操作体系具有通用操作体系的根本特点,如可以或许有效治理越来越庞杂的体系资本;可以或许把硬件虚拟化,使得开辟人员从忙碌的驱动程序移植和破坏中摆脱出来;可以或许供给库函数.驱动程序.对象集以及运用程序.8.嵌入式体系的根本设计过程包括哪几个阶段?每一个阶段的重要工作有哪些?(P33)答:以自顶向下的角度来看,体系设计包括五个阶段,从体系需求剖析开端;第二步是规格解释,在这一步,我们对需设计的体系功效进行更过细地描写,这些描写并不涉及体系的构成;第三步是体系构造设计,在这一阶段以大的构件为单位设计体系内部具体构造,明白软.硬件功效的划分;第四步是构件设计,它包括体系程序模块设计.专用硬件芯片选择及硬件电路设计;第五步是体系集成,在完成了所有构件设计的基本长进行体系集成,构造出所需的完全体系.9.需求剖析阶段细分为哪几个步骤?每个步骤完成什么工作?(P34~35)答:需求剖析阶段可细分为四个阶段:1.需求与规格解释:经由过程与客户进行交换,懂得用户的意图,明白客户需求,整顿成正式的规格解释,这些规格解释里包含了进行体系体系构造设计所须要的足够信息.2.确认需求:确认这一系列的需求不仅须要懂得什么是用户须要的,并且须要懂得他们是若何表达这些需求的.3.简略的需求表格:将庞杂而费时的工感化相对少量的格局清楚.简略的需求表格来表示,在斟酌体系根本特点时可以将这个表格作为检讨表.4.需求的内部一致性:在写完需求剖析今后,应当对它们的内部一致性进行检讨.10.试经由过程各类渠道查询拜访今朝市场上重要有哪些嵌入式体系开辟平台,它们各自有什么特点.答:[略]第3章ARM体系构造及基于ARM9处理器的嵌入式体系硬件平台OMAP59121.试比较RISC和CISC体系构造的异同,为什么ARM内核要采用RISC体系构造?(P47)答:ARM体系构造总的设计思绪是在不就义机能的同时尽可能简化处理器.同时从体系构造的层面上支撑灵巧的处理器扩大.这种简化和凋谢的思绪使ARM处理器采用了很简略的构造——精简指令集盘算机(Reduced Instruction Set Computer,RISC)体系构造来进行实现.传统的庞杂指令集盘算机(Complex Instruction Set Computer,CISC)构造有其固有的缺陷,即跟着盘算机技巧的成长而不断引入新的庞杂的指令集,为支撑这些新增的指令,盘算机的体系构造会越来越庞杂,然而,在CISC指令集的各类指令中,其运用频率却相差悬殊,大约有20%的指令会被重复运用,占全部程序代码的80%.而余下的80%的指令却不经常运用,在程序设计中只占20%,显然,这种构造是不太合理的.基于以上的不合理性,1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC的概念.RISC并非只是简略地去削减指令.RISC是一种设计思惟,其目标是设计出一套能在高时钟频率下单周期履行.简略而有效的指令集.RISC的设计重点在于下降由硬件履行的指令的庞杂度,因为软件比硬件轻易供给更大的灵巧性和更高的智能.是以,RICS设计对编译器有更高的请求;相反,传统的CISC则更侧重于硬件履行指令的功效性,使CISC指令变得更庞杂.2.简述ARM的设计思惟及其与单纯的RISC界说的不同.(P48~49)答:ARM内核并不是一个纯粹的RISC体系构造,这是为了使它可以或许更好地顺应其重要运用范畴——嵌入式体系.为了使ARM指令集可以或许更好地知足嵌入式运用的须要,ARM指令集和单纯的RISC界说有以下几个方面的不同:•一些特定的指令周期数可变——并不是所有的ARM指令都是单周期的.例如:多存放器装载/存储的Load/Store指令的履行周期就是不肯定的,必须依据被传送的存放器个数来定.假如是拜访持续的存储器地址,就可以改良机能,因为持续的内存拜访平日比随机拜访要快;同时,代码密度也得到了进步,因为在函数的肇端和结尾,多个存放器的传输是很常用的操作.•内嵌桶形移位器产生了更为庞杂的指令——内嵌桶形移位器是一个硬件部件,在一个输入存放器被一条指令运用之前,内嵌桶形移位器可以处理该存放器中的数据.它扩大了很多指令的功效,以此改良了内核机能,进步了代码密度.•Thumb 16位指令集——ARM内核增长了一套称之为Thumb指令的16位指令集,使得内核既可以或许履行16位指令,也可以或许履行32位指令,从而加强了ARM内核的功效.16位指令与32位的定长指令比拟较,代码密度可以进步约30%.•前提履行——只有当某个特定前提知足时指令才会被履行.这个特点可以削减分支指令的数量,从而改良机能,进步代码密度.3.ARM体系结构成长过程中,重要有哪些变种,对各变种做扼要介绍.(P49~50)答:我们将在ARM体系中增长的某些特定功效称为ARM体系的某种变种(variant),下面介绍ARM 体系的一些变种情势.(1)Thumb指令集(T变种)Thumb指令集是将ARM指令集的一个子集从新编码而形成的一个指令集.ARM指令长度为32位,Thumb指令长度为16位.如许,运用Thumb指令集可以得到密度更高的代码,这对于须要严厉掌握产品成本的设计平常有意义.(2)长乘法指令(M变种)M变种增长了两条用于进行长乘法操作的ARM指令:个中一条指令用于实现32位整数乘以32位整数,生成64位整数的长乘法操作,另一条指令用于实现32位整数乘以32位整数,然后再加上32位整数,生成64位整数的长乘加操作.(3)加强型DSP指令(E变种)E变种包含了一些附加的指令,这些指令用于加强处理器对一些典范DSP算法的处理机能,重要包括:几条新的实现16位数据乘法和乘加操作的指令,实现饱和的带符号数的加减法操作的指令.(4)Java加快器Jazelle(J变种)ARM的Jazelle技巧将Java的优势和先辈的32位RISC芯片完美地联合在一路.Jazelle技巧供给了Java 加快功效,可以得到比通俗Java虚拟机高得多的机能.与通俗的Java虚拟机比拟,Jazelle使Java代码运行速度进步了3倍,而功耗下降了80%.Jazelle技巧使得程序员可以在一个单独的处理器上同时运行Java运用程序.已经树立好的操作体系.中央件以及其他运用程序.与运用协处理器和双处理器比拟,运用单独的处理器可以在供给高机能的同时,保证低功耗和低成本.(5)ARM媒体功效扩大(SIMD变种)SIMD变种的重要特点是:可以同时进行两个16位操作数或者4个8位操作数的运算,供给了小数算术运算,用户可以界说饱和运算的模式,两套16位操作数的乘加/乘减运算,32位乘以32位的小数MAC,同时8位/16位选择操作.4.ARM体系构造版本的定名规矩有哪些?简略解释ARM7TDMI的寄义.(P50)答:ARM产品平日以ARM[x][y][z][T][D][M][I][E][J][F][-S]情势消失.ARM体系构造的敕令规矩中这些后缀的具体寄义见表3-2.ARM7TDMI的寄义即ARM7内核,增长了Thumb指令集(T变种).JTAG调试器.长乘法指令(M变种)和嵌入式跟踪宏单元的功效.5.列举今朝常用的ARM微处理器的型号及功效特点.(P51~53)答:ARM微处理器今朝包括下面几个系列,以及其它厂商基于ARM体系构造的处理器,除了具有ARM 体系构造的合营特点以外,每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和运用范畴.•ARM7系列•ARM9系列•ARM9E系列•ARM10E系列•ARM11系列•SecurCore系列•Inter的Xscale•Inter的StrongARM个中,ARM7.ARM9.ARM9E和ARM10E为4个通用途理器系列,每一个系列供给一套相对奇特的机能来知足不同运用范畴的需求.SecurCore系列专门为安全请求较高的运用而设计.6.比较ARM9与ARM7处理器的机能特点,试解释它们有何异同.(P55~56)答:ARM7供给了平常好的机能-功耗比,它包含了Thumb指令集快速乘法指令和ICE调试技巧的内核.ARM9处理器经由过程全新的设计,采用了更多的晶体管,可以或许达到两倍以上于ARM7处理器的处理才能.ARM7内核是0.9MIPS/MHz的三级流水线和冯·诺伊曼构造,而ARM9内核是5级流水线,供给1.1MIPS/MHz的哈佛构造.从ARM7到ARM9的机能晋升还起源于存储器读写指令——load和store,以及互锁技巧的运用.7.简略介绍OMAP5912微处理器的特点和功效.(P59~60)答:OMAP5912处理器是OMAP1510系列的一个分支,是由TI运用最为普遍的TMS320C55X DSP内核与低功耗.高机能的ARM926EJ-S微处理器构成的双核运用途理器,这两个内核经由过程一种专用的处理器内部通信机制相连接.OMAP5912的构造如图3-10所示.C55x系列可供给对低功耗运用的及时多媒体处理的支撑;ARM926可知足掌握和接口方面的处理须要.基于双核构造,OMAP5912具有极强的运算才能和极低的功耗,一方面,产品机能高.省电;另一方面,同其它OMAP处理器一样,采用凋谢式.易于开辟的软件举措措施,支撑普遍的操作体系,如Linux.Windows.WinCE.Nucleus.Palm OS.VxWorks等.可以经由过程API及用户熟习且易于运用的对象优化其运用程序.OMAP5912处理器的目标运用是:•须要密集旌旗灯号处理的装备•通信终端•WAN 802.11X•BlueTooth•GSM,GPRS,EDGE•CDMA•视频和图像处理(MPEG4,JPEG,Windows Media Video,etc.)•高等说话处理运用(text-to-speech,speech recognition)•音频处理(MPEG-1 Audio Layer3 [MP3],AMR,WMA,AAC,及其它GSM Speech Codecs)•图形和视频加快•数据处理8.常用的OMAP5912开辟对象有哪些?(P60~61)答:常用的OMAP5912开辟对象有:(1)OMAP5912 Starter Kit (OSK)Omap5912根本板,供给了完成设计与测试过程所需的所有软件,这包括一系列主板专用库.芯片专用库以及一套针对OMAP5912 Linux内核的Linux开辟对象.(2)MU-Q-VGA LCD Module for OMAP5912OSK的LCD扩充套件,供给了LCD触摸屏.(3)Accelerator Program for OMAP5912针对omap5912OSK的Linux和WinCE4.2BSP和驱动程序软件包,便利易用,支撑很多装备和扩大模块,如B Client & Host.键盘.触摸屏.以太网.串口等装备.(4)RAPID DEVELOPMENT KIT (RDK)omap5912OSK无线模块扩充套件.(5)Portable Data Terminal Reference Design基于omap5912的便携式数据终端(PDT)参考设计,一个完全的多媒体智妙手机设计案例.相干运用包括导航.游戏.进修帮助.通话.娱乐等等.……第4章ARM微处理器的编程模子与指令体系1.ARM微处理器有哪几种运行模式?个中哪些是特权模式,哪些又是平常模式?(P64)答:ARM微处理器支撑7种运行模式,分别为:用户模式;快速中断模式;外部中断模式;治理模式;数据拜访终止模式;体系模式;未界说指令中断模式.除用户模式以外,其余的所有6种模式称之为非用户模式,或特权模式(Privileged Modes);而除去用户模式和体系模式以外的5种又称为平常模式(Exception Modes),常用于处理中断或平常.2.ARM体系构造的存储器格局有哪几种?(P64~65)答:ARM体系构造可以用两种方法存储字数据,称之为大端格局(big-endian)和小端格局(little-endian).大端格局:字数据的高字节存储在低地址中,而字数据的低字节则存放在高地址中;小端格局:低地址中存放的是字数据的低字节,高地址存放的是字数据的高字节.3.ARM状况下和Thumb状况下存放器的组织有何不同?(P69~70)答:Thumb状况下的存放器集是ARM状况下存放器集的一个子集,程序可以直接拜访8个通用存放器(R7~R0).程序计数器(PC).客栈指针(SP).连接存放器(LR)和CPSR.同时,在每一种特权模式下都有一组SP.LR和SPSR.在Thumb状况下,高位存放器R8~R15并不是标准存放器集的一部分,但可运用汇编说话程序受限制的拜访这些存放器,将其用作快速的暂存器.4.简述CPSR各状况位的感化,并解释若何对其进行操作,以转变各状况位.(P67~68)答:CPSR可在任何运行模式下被拜访,它包含前提码标志位.中断制止位.当前处理器模式标志位,以及其他一些相干的掌握和状况位.前提码标志位:•N(Negative)当用两个补码表示的带符号数进交运算时,N=1表示运算的成果为负数;N=0 表示运算的成果为正数或零;•Z(Zero)Z=1 表示运算的成果为零;Z=0表示运算的成果为非零;•C(Carry)可以有4种方法设置C的值:①加法运算(包括比较指令CMN):当运算成果产生了进位时(无符号数溢出),C=1,不然C=0.②减法运算(包括比较指令CMP):当运算时产生了借位(无符号数溢出),C=0,不然C=1.③对于包含移位操作的非加/减运算指令,C为移出值的最后一位.④对于其他的非加/减运算指令,C的值平日不转变.•V(OVerflow)可以有2种方法设置V的值:①对于加/减法运算指令,当操作数和运算成果为二进制的补码表示的带符号数时,V=1表示符号位溢出.②对于其他的非加/减运算指令,V的值平日不转变.CPSR的低8位(包括I.F.T和M[4:0])称为掌握位,当产生平常时这些位可以被转变.假如处理器运行特权模式,这些位也可以由程序修正.状况存放器(PSR)中的其余位为保留位,当转变PSR中的前提码标志位或者掌握位时,保留位不要被转变,在程序中也不要运用保留位来存储数据.保留位将用于ARM版本的扩大.5.ARM体系构造所支撑的平常类型有哪些?具体描写各类平常,在运用程序中应当若何处理?(P70~71)答:ARM体系构造所支撑的平常类型有复位.未界说指令.软件中断.指令预取中断.数据中断.外部中断请求.快速中断请求.具体地:•当处理器的复位电平有效时,产生复位平常,程序跳转到复位平常处理程序处履行;•当ARM处理器或协处理器碰到不能处理的指令时,产生未界说指令平常.可运用该平常机制进行软件仿真;•软件中断平常由履行SWI指令产生,可用于用户模式下的程序挪用特权操作指令.可运用该平常机制实现体系功效挪用;•若处理器预取指令的地址不消失,或该地址不许可当前指令拜访,存储器会向处理器发出中断旌旗灯号,但当预取的指令被履行时,才会产生指令预取中断平常;•若处理器数据拜访指令的地址不消失,或该地址不许可当前指令拜访时,产生数据中断平常;•当处理器的外部中断请求引脚有效,且CPSR中的I位为0时,产生IRQ平常.体系的外设可经由过程该平常请求中断办事;•当处理器的快速中断请求引脚有效,且CPSR中的F位为0时,产生FIQ平常.6.ARM指令有哪几种寻址方法?试分别论述其各自的特点并举例解释.(P77)答:ARM指令体系支撑的根本寻址方法有7种:立刻数寻址.存放器寻址.存放器间接寻址.基址变址寻址.多存放器寻址.客栈寻址.相对寻址.他们的特点分别是:•立刻数寻址:操作数本身就在指令中给出.如:ADD R0,R0,#0x3f•存放器寻址:指令中地址码给出的是存放器编号.如:ADD R0,R1,R2•存放器间接寻址:存放器中的值作为操作数的地址,操作数本身存放在存储器中.如:ADD R0,R1,[R2]•基址变址寻址:将存放器的内容与指令中给出的地址偏移量相加,从而得到一个操作数的有效地址,用于拜访基址邻近的存储器单元.如:LDR R0,[R1,#4]•多存放器寻址:块拷贝寻址.如:LDMIA R0,{R1,R2,R3,R4}•客栈寻址:用客栈作为地址.如:STMFD SP! {R1-R7,LR}•相对寻址:以程序计数器PC的当前值为基地址,指令中的地址标号作为偏移量,将两者相加之后得到操作数的有效地址.如:BLNEXT7.简述ARM指令集的分类.(P81)答:ARM指令集总体分为六大类:数据处理指令.程序状况存放器拜访指令.Load/Store指令.跳转指令(转移指令).平常中断指令.协处理器指令.8.假设R0的内容为0x8000,存放器R1.R2内容分别为0x01和0x10,存储器内容为空.履行下述指令后,解释PC 若何变化?存储器及存放器的内容若何变化?STMIB R0!,{R1,R2}LDMIA R0!,{R1,R2}答:略.9.若何从ARM指令集跳转到Thumb指令集?ARM指令分散的跳转指令与汇编说话中的跳转指令有什么差别?(P96)答:进入Thumb指令模式有2种方法:一种是履行一条交换转移指令BX,将指令中的目标地址存放器的最低地位1,并将其他位的值放入程序计数器PC,则可进入Thumb指令.另一种方法是运用平常返回,也可把微处理器从ARM模式转换为Thumb模式.在这个过程中,ARM供给了2种机制:当返回地址保消失当前平常模式的R14(LR)时,采用传送指令;当返回地址保消失客栈时,运用多存放器Load/Store指令.ARM指令分散的跳转指令与汇编说话中的跳转指令的差别是ARM指令分散的跳转指令可以直接向程序计数器PC写入跳转地址值.10.ARM指令集支撑哪几种协处理器指令?试分别简述并列举其特点.(P93)答:ARM协处理器指令包括以下5条,其特点分别是:•CDP协处理器数操作指令:用于ARM处理器通知ARM协处理器履行特定的操作,若协处理器不能成功完成特定的操作,则产生未界说指令平常.•LDC协处理器数据加载指令:用于将源存放器所指向的存储器中的字数据传送到目标存放器中,若协处理器不能成功完成传送操作,则产生未界说指令平常.•STC协处理器数据存储指令:用于将源存放器中的字数据传送到目标存放器所指向的存储器中,若协处理器不能成功完成传送操作,则产生未界说指令平常.•MCR处理器存放器到协处理器存放器的数据传送指令:用于将ARM处理器存放器中的数据传送到协处理器存放器中,若协处理器不能成功完成操作,则产生未界说指令平常.。
嵌入式系统设计大学教程习题与解答第1章嵌入式系统设计基本概念(绪论)1、嵌入式系统的定义是什么?你是如何理解嵌入式系统的? (P3)答:嵌入式系统一般定义为以应用为中心、以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。
一个嵌入式系统就是一个硬件和软件的集合体,它包括硬件和软件两部分。
其中硬件包括嵌入式处理器/控制器/数字信号处理器(DSP)、存储器及外设器件、输入输出(I/O)端口、图形控制器等;软件部分包括操作系统软件(嵌入式操作系统)和应用程序(应用软件),由于应用领域不同,应用程序千差万别。
2、列出并说明嵌入式系统不同于其他计算机系统的主要特征。
(P3~P4)答:主要特征有:•系统内核小:由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置,系统资源相对有限,所以内核较传统的操作系统要小得多。
•专用性强:嵌入式系统通常是面向特定任务的,个性化很强,其中软件系统和硬件的结合非常紧密,一般要针对硬件进行软件系统的移植。
•运行环境差异大:嵌入式系统使用范围极为广泛,其运行环境差异很大。
•可靠性要求高:嵌入式系统往往要长期在无人值守的环境下运行,甚至是常年运行,因此对可靠性的要求特别高。
•系统精简和高实时性操作系统:•具有固化在非易失性存储器中的代码:为了系统的初始化,几乎所有系统都要在非易失性存储器中存放部分代码(启动代码)。
为了提高执行速度和系统可靠性,大多数嵌入式系统常常把所有代码(或者其压缩代码)固化,存放在存储器芯片或处理器的内部存储器件中,而不使用外部存储介质。
•嵌入式系统开发工作和环境:嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。
3、简述嵌入式系统的体系结构。
(P5)答:嵌入式系统自底向上包含四个部分:硬件平台、嵌入式实时操作系统(RTOS)、硬件抽象层(HAL)和嵌入式实时应用程序。
硬件抽象层位于操作系统和硬件之间,包含了系统中与硬件相关的大部分功能。
屏蔽了底层硬件的多样性,操作系统不再直接面对具体的硬件环境,而是面向由这个中间层次所代表的、逻辑上的硬件环境。
4、嵌入式系统是怎样分类的?(P8)答:根据不同的分类标准,嵌入式系统有不同的分类方法。
按嵌入式微处理器的位数分类:嵌入式系统可分为4位、8位、16位、32位和64位等;按软件实时性需求分类:可分为非实时系统(如PDA)、软实时系统(如消费类产品)和硬实时系统(如工业实时控制系统)。
按嵌入式系统的复杂程度分类:嵌入式系统可分为小型嵌入式系统、中型嵌入式系统和复杂嵌入式系统。
5、什么是实时操作系统,其主要功能是什么?(P8)答:实时多任务操作系统(Real Time multi-tasking Operation System,RTOS)简称实时操作系统,主要用来完成嵌入式实时应用的任务调度和控制等核心功能。
这些功能是通过内核服务函数形式交给用户调用的,也就是RTOS的系统调用,或者叫做RTOS的API。
6、在日常生活中,你接触过哪些嵌入式产品?他们都有些什么功能?(P9~P10)答:[略]第2章嵌入式系统设计基本概念1、嵌入式系统的硬件由哪几个部分组成?(P12~13)答:嵌入式系统的硬件系统是由嵌入式处理器、存储器、I/O接口电路、通信模块以及其他外部设备组成的。
其核心是嵌入式处理器。
存储器是构成嵌入式系统硬件的重要组成部分。
嵌入式处理器工作时,必须有附属电路支持,如时钟电路、复位电路、调试电路、监视定时器、中断控制电路等,这些电路并不完成数据的输入/输出功能,而是为嵌入式处理器的工作提供必要的条件。
嵌入式处理器与通用处理器的最大区别在于嵌入式处理器集成了大量的不同功能的I/O模块。
用户在开发嵌入式系统时,可以根据系统需求选择合适的嵌入式处理器,而无需再另外配备I/O电路。
此外,嵌入式系统通常还包括人机交互界面,用于系统与用户的交互。
人机界面常常使用键盘、液晶屏、触摸屏等部件,以方便与用户的交互操作。
2、通用处理器与嵌入式处理器有哪些相同和不同的地方?(P13)答:嵌入式微处理器一般具备四个特点:•对实时和多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度;•具有功能很强的存储区保护功能,这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊断;•可扩展的处理器结构,以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器;•嵌入式处理器的功耗必须很低,尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此,功耗只能为mW甚至μW级。
嵌入式处理器与通用处理器的最大区别在于嵌入式处理器集成了大量的不同功能的I/O模块。
用户在开发嵌入式系统时,可以根据系统需求选择合适的嵌入式处理器,而无需再另外配备I/O电路。
3、常用的嵌入式处理器通常分成哪几大类?(P13)答:嵌入式系统中的处理器通常分为三大类,即微处理器(Micro-Processor Unit,MPU)、微控制器(Micro-Controller Unit,MCU)和数字信号处理器(DSP)。
微处理器是指功能较强大的CPU,它不是为任何特定的计算目标而设计的。
因此这种芯片通常用于个人计算机与服务器。
微控制器是针对嵌入式系统而设计的,它将CPU、存储器以及其他外设都集成在同一片电路板上。
数字信号处理器(DSP)中的CPU是针对快速离散时间信号处理计算的。
因此,DSP非常适用于音频及视频通信。
现代的芯片生产工艺已经允许将重要处理器的内核和各种外围的芯片器件整合在一起,以进一步降低功耗,达到专用的需求,这时,便出现了片上系统SoC(System On Chip)。
4、什么是嵌入式外围设备?简要说明嵌入式外围设备是如何分类的。
(P22~23)答:5、嵌入式操作系统的发展经历了哪几个阶段?(P28)答:嵌入式操作系统伴随着嵌入式系统的发展,大致经历了四个阶段:第一阶段:无操作系统的嵌入算法阶段,以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统,具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。
第二阶段:以嵌人式CPU为基础、简单操作系统为核心的嵌入式系统。
由于CPU种类繁多,因此通用性比较差;系统开销小,效率高;具有一定的兼容性和扩展性;系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。
第三阶段:通用的嵌入式实时操作系统阶段。
以嵌入式操作系统为核心的嵌入式系统,能运行于各种类型的微处理器上,兼容性好;内核精小、效率高,具有高度的模块化和扩展性;具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能;具有大量的应用程序接口(APl);嵌入式应用软件丰富。
第四阶段:以基于Internet为标志的嵌入式系统。
这是一个正在迅速发展的阶段。
嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。
6、现阶段常用的操作系统有哪些?通过调研,指出几种常用的嵌入式操作系统的特点是什么?常用在什么场合?(P28~29)答:常用的嵌入式RTOS分三大类:商用系统、专用系统和开放系统。
商品化的嵌入式实时操作系统,主要有WindRiver的Vxworks和pSOS+,3Com的Palm OS以及Microsoft的Windows CE等。
专用操作系统功能相对较弱,但针对性强,其安全可靠性大都超过普通商用系统,如应用于手机的嵌入式操作系统SymbianOS。
开放系统的典型代表是嵌入式Linux和 C/OS-Ⅱ。
7、嵌入式操作系统的主要任务有哪些?(P28)答:嵌入式操作系统通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。
嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,如能够有效管理越来越复杂的系统资源;能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来;能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。
8、嵌入式系统的基本设计过程包括哪几个阶段?每一个阶段的主要工作有哪些?(P33)答:以自顶向下的角度来看,系统设计包括五个阶段,从系统需求分析开始;第二步是规格说明,在这一步,我们对需设计的系统功能进行更细致地描述,这些描述并不涉及系统的组成;第三步是系统结构设计,在这一阶段以大的构件为单位设计系统内部详细构造,明确软、硬件功能的划分;第四步是构件设计,它包括系统程序模块设计、专用硬件芯片选择及硬件电路设计;第五步是系统集成,在完成了所有构件设计的基础上进行系统集成,构造出所需的完整系统。
9、需求分析阶段细分为哪几个步骤?每个步骤完成什么工作?(P34~35)答:需求分析阶段可细分为四个阶段:1、需求与规格说明:通过与客户进行交流,了解用户的意图,明确客户需求,整理成正式的规格说明,这些规格说明里包含了进行系统体系结构设计所需要的足够信息。
2、确认需求:确认这一系列的需求不仅需要理解什么是用户需要的,而且需要理解他们是如何表达这些需求的。
3、简单的需求表格:将复杂而费时的工作用相对少量的格式清晰、简单的需求表格来表示,在考虑系统基本特征时可以将这个表格作为检查表。
4、需求的内部一致性:在写完需求分析以后,应该对它们的内部一致性进行检查。
10、试通过各种渠道调查目前市场上主要有哪些嵌入式系统开发平台,它们各自有什么特点。
答:[略]第3章ARM体系结构及基于ARM9处理器的嵌入式系统硬件平台OMAP59121、试比较RISC和CISC体系结构的异同,为什么ARM内核要采用RISC体系结构?(P47)答:ARM体系结构总的设计思路是在不牺牲性能的同时尽可能简化处理器。
同时从体系结构的层面上支持灵活的处理器扩展。
这种简化和开放的思路使ARM处理器采用了很简单的结构——精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer,RISC)体系结构来进行实现。
传统的复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computer,CISC)结构有其固有的缺点,即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集,为支持这些新增的指令,计算机的体系结构会越来越复杂,然而,在CISC指令集的各种指令中,其使用频率却相差悬殊,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。
而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%,显然,这种结构是不太合理的。
基于以上的不合理性,1979年美国加州大学伯克利分校提出了RISC的概念。
RISC并非只是简单地去减少指令。
RISC是一种设计思想,其目标是设计出一套能在高时钟频率下单周期执行、简单而有效的指令集。
RISC的设计重点在于降低由硬件执行的指令的复杂度,因为软件比硬件容易提供更大的灵活性和更高的智能。