嵌入式系统原理与应用技术

1、1. 嵌入式系统的定义：一般都认为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，可满足应用系统对功能、可靠性、 成本、体积和功能有严格要求的专用计算机系统。2. 嵌入式系统的特征：（1）通常是面向特定应用的。具有功耗低、体积 小和集成度高等特点。（2）硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣， 力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能满足功能、可靠性 和功耗的苛刻要求。（3）实时系统操作支持。（4）嵌入式系统与具体应 用有机结合在一起，升级换代也同步进行。（5）为了提高运行速度和系 统可靠性，嵌入式系统中的软件一般固化在存储器芯片中。3. ARM嵌入式微系统的应用：工业

2、控制、网络系统、成像和安全产品、 无线通信、消费类电子产品。4. ARM嵌入式微处理器的特点：（1）体积小、低功耗、低成本、高性能。（2）支持Thumb （16位）/ARM （32位）双指令集，兼容 8位/16位器 件。（3）使用单周期指令，指令简洁规整。（4）大量使用寄存器，大多 数数据都在寄存器中完成，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提 高指令的执行效率。（5）寻址方式简单灵活，执行效率高。（6）固定长 度的指令格式。5. 嵌入式系统一般由 嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系 统、用户软件构成。2. 哈佛体系结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间。3. 嵌入式处理器主

3、要有四种嵌入式微处理器（EMP）嵌入式微控制器（MCU、嵌入式数字信号处理器（DSP、嵌入式片上系统（SoC）4. ARM7采用3级流水线结构，采用 冯诺依曼体系结构；ARM采用5 级流水线结构，采用哈佛体系结构。5. ARM处理器共有37个32bit寄存器，包括31个通用寄存器和6个状 态寄存器。6. ARM体系结构可以用2种方法存储字数据，即 大端格式和小端格式。 7ARM处理器既支持32位的ARM指令集又支持16位的THCM指令集。8.ARM处理器有7种工作模式，他们分为两大类特权模式、非特权模式。 其中用户模式属于非特权模式。9ARMI处理器的两种工作状态是ARM状态，此时处理器执行3

4、2位的字 对齐的ARh指旨令。Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。10. 嵌入式系统中，堆栈访问有满递增堆栈FA满递减堆栈FD空递增堆栈EA 空递减堆栈 ED11. 计算机硬件架构，按照数据和指令是否分开存放可分为 冯诺依曼 体系结构、哈佛体系结构，其中冯诺依曼体系结构 结构又称普林斯顿 体系结构。12. RISC的含义是 精简指令集计算机，而CISC的含义是 复杂指令集 计算机。13. ARM是 Advanced RISC Machines 的缩写。14.IP核含义是知识产权核。15.嵌入式系统开发和调试中需要ICE，ICE的含义是在线仿真器。16ARM体系结构

5、中，字的长度32位，半字对齐存储的时候是2字节对 齐。17. ARM所支持的最大存储器访问空间是232字节4GB18若ARM的存储器格式配置为(Big Endian )格式，则对于地址 0x0000001s中存储的数据4567H在地址左低右高的内存空间的存放结 果是(4567)若ARM的存储器格式配置(little Endian)格式存放结果是(6745)1状态寄存器SPSR勺条件码标志位N/Z/C/V在(2831 )位2ARM指令“ ADD R0,R1,R2”是典型的寄存器寻址。3ARM指令“ LDR R1,R3, # 4”是典型的基址加变址寻址。1) 寄存器寻址 ADD RO, R1, R

6、2 ; Rg R1+ R22 )立即寻址(1) ADD RO, RO,# 1; RO R0+ 1(2) ADD RO, RO,# 0x3f ; RO R0+ 0x3f3 )寄存器间接寻址(1) LDR RO, R1 ;ROJR1(2) STR RO, R1;R1 J RO4 )基址加偏址寻址(1) LDR RQ R1 , # 4 ; R(J R1 + 4(2) LDR RQ R1 , # 4 ! ; R(JR1 + 4、R1J R1 + 4(3) LDR RO R1 , # 4; R(JR1、R1J R1+ 45 )变址寻址LDR RO , R1,#4 ; RO JR1+46 )多寄存器寻址

7、LDMIA R1 , RO, R2, R5; R(JR1,R2JR1+4,R5 JR1+87 )堆栈寻址(1) STMFD SP! R1-R7,LR; (2) LDMFD SP!R1-R7,LR;8 )块复制寻址 (1) LDMIA RO!, R2-R9 ; (2)、STMIAR1,R2,R9;9 )相对寻址BL4. 堆栈随着存储器地址的增长而向上增长，基址存储器指向存储器有效 数据的最高地址或指向第一个要读出的数据位置是(满递增堆栈)。向 上生长：向高地址方向生长，称为递增堆栈；向下生长：向低地址方向 生长，称为递减堆栈。堆栈指针指向最后压入的堆栈的有效数据项，称为满堆栈；堆栈指针指向下一个

8、要放入的空位置，称为空堆栈5. Make命令通过（makefile - f file name）方式指向特定文件作为Make脚本文件。6. Bootloader都包含两种不同的加载操作模式（启动加载模式、下载模 式）。7. 嵌入式系统中，中断处理过程中采用（中断向量）方法查找到中断处理程序的入口地址。8. 下面多个操作系统是嵌入式操作系统的是（）。uC/OS II、RT-thread 、uCLinux、FreeRTOS、RTX Arm-Linux、VxWorks RTEMS、pSOSNucleus、PalmOS、WindowsCE、Windows XP Embedded、Windows Vis

9、ta Embedded、嵌入式 Linux、ECOS QNX、Lynx、Symbia n、An droid 、Maemo Meego9. 下面哪一种功能单元不属于I/O接口电路（D）。A. USB控制器B.UART控制器C.以太网控制器D丄ED10. 哪种模式不能直接程序状态寄存器（用户模式）。11. 目标机上Bootloader通过串口与主机之间进行文件传输不使用传输（A ）。协议协议当前目标文件 ）A.moden协议B.xmodemC.ymoden协议D.zmodem12. Make预置了一些内部宏，其中$1示（13. 以下哪个是Linux进程状态（Linux内核中定义了以下几种状态：#d

10、efi ne TASK RUNNING是就绪态，进程当前只等待 CPU资源。#define TASK INTERRUPTIBLE #define TASK_UNINTERRUPTIBLE都是阻塞态，进程当前正在等待除CPL外的其他系统资源；前者可以被 信号唤醒，后者不可以。#define TASK_ZOMBIE是僵尸态，进程已经结束运行，但是进程控制块尚未注销。#define TASK_STOPPED是挂起状态，主要用于调试目的。进程接收到SIGSTOP言号后会进入该 状态，在接收到SIGCON后又会恢复运行。14. 设备驱动程序是内核的一部分，描述不正确的是（D）。A. 设备驱动完成对设备初

11、始化和释放B. 设备驱动把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据C. 设备驱动读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求 的数据D. 设备驱动可以使用户更加仔细的了解硬件的细节15. -个设备文件都对应两个设备号，而标识该设备的种类，也标识了 设备使用的驱动程序是指（主设备号）。16以下哪个不是GD沖的命令（D ）A.exit B.x C.qD.file17. 以下（）不是嵌入式图形用户接口（ GU）的主要特征。GUI的主要特征：1.运行时占用的系统资源少2.模块化结构便于移植和 定制3.可靠性高18. 目前嵌入式领域中使用最广泛，市场占有率最高的实时系统是（C ）。A.symbian

12、B.windows CEC.VsworksD.QNX三.简答题1什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、 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：1）是专用的计算机系统，用于特定的任务2）资源较少，可以裁减；3）功耗低，体积小，集成度高，成本低；4）使用实时操作系统；5）可靠性要求更高，具有系统测试和可靠性评估体系；6）运行环境差异大7）大部分程序固化在ROM中；8）较长的生命周期；9）嵌入式微处理器通常包含专用调试电路2.ARM处理器的指令集分为哪几类？指令的一般格式是什么？分为以下6类：1数据处理指令

13、2.程序状态寄存器访问指令3.分支指 令4.访存指令5.异常产生指令6.协处理器指令一般格式： <Opcode><code>s <Rd>,<Rn>,<Operand2> < ; 注释 >3什么是交叉编译环境？为什么嵌入式系统开发多用交叉编译环境 交叉编译是指，在某个主机平台上（比如PC上）用交叉编译器编译出可在其他平台上（比如 ARME）运行的代码的过程。完成该过程的环境 为交叉编译环境。因为一般的编译工具链需要很大的存储空间，并需要很强的CPU运算能力。通过交叉编译工具，我们就可以在 CPU能力很强、存储控件足 够的主机

14、平台上（比如 PC上）编译出针对其他平台的可执行程序。4.简述ARM体系结构的特征？ARM嵌入式微处理器主要有 ARM7 ARM9 ARM9E ARM1（等系列。ARM优化了低价位和低功耗的32位核，带有：嵌入式ICE-RT逻辑； 三级流水线（取指、译码、执行）和冯 ？诺依曼体系结构，提供0.9MIPS/MHZARM系列提供了高性能和低功耗的硬宏单元，带有：五级流水线（取 指、译码、执行、访存（缓冲/数据）、回写）；哈佛体系结构，提供 1.1MIPS/MHZARM9系列是一种可综合处理器，带有 DSP扩充和紧耦合存储器（TCM 接口，使存储器以完全的处理器速度运行，可直接连接到内核上。ARM1

15、 系列带有：64位AHB指令和数据接口；六级流水线；1.25MIPS/MHz 与同等的ARM器件相比，其性能提高 50%5什么是Bootloader ?其主要功能是什么？答：Bootloader是系统加电后、操作系统内核或用户应用程序运行之 前，首先必须运行的一段程序代码。通过这段程序，为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。主要功能：1、硬件设备初始化；2、建立内存空间的映射；3、系统的下载或调试测试等6. 搭建嵌入式开发环境，连接目标版，一般使用什么通信接口连接？在Win dows主机上使用什么软件建立连接？在 Linux主机上使用什么软件建立连接？ 串口连接，网络连接，

16、 JTAG 口连接。 超级终端。 Mi nicom7. 简述ARh处理器的7运行模式？用户模式（usr） : ARM处理器正常执行程序时的处理。 快速中断模式（fiq）:用于高速数据传输和通道处理。 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。指令数据访问终端模式（abt）:当数据或指令预期终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。系统模式（sys）:运行具有特权的操作系统任务时的模式。未定义指令模式（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8. ARM系统处理器arm7Tdmi中的tdmi四个字母的含义是什么？T-支持16位Thumb指令集D-支持片上Debug允许处理器响应调试请求暂停M-支持增强型乘法器，可生成全 64位的结果I-嵌入式ICE 部件，提供片上断点和调试点的支持9. ARM Linux嵌入式系统移植的步骤？1.开发环境的搭建2.系统引导：bootloader 3.内核引导：内核的定4.设备驱动程序5.文件系统10. 嵌入式系统的交叉开发环境的作用是什么？交叉环境是在一个平台上生成在另一个平台上运行的代码；作用:三于嵌入式系统资源与速度的限制，通常选用装有linux操作系统的PC机作为开发系统的主机，利用 工 7' 丫、 1 1 11 交叉编译，生成在标板上运行的二进制代码