计算机三级嵌入式系统操作题(到详细解答)

1、操作题（一）1、地铁进出站闸机的控制器以S3C2410芯片为核心，并外加其他功能电路来进行设计，其基本功能描述如下：a、闸机能够识别本地铁票务系统出售的IC卡。能识别的IC卡有 2种，一种是可预付费的" 市民卡 " ，另一种是地铁站内出售的 " 当次卡 " 。b、乘客凭 " 市民卡 " 或 " 当次卡 " 刷卡进站。若 IC卡合法，则闸机打开，乘客通过后，闸机立即关闭；若IC卡不合法，闸机不打开，并进行声光报警。声光报警5次后自动停止。c、进站刷卡时，还需识别IC卡的种类。若是" 市民卡 " ，

2、在闸机打开之前，需读取卡中余额并显示在闸机的LED显示器上，且把地铁站ID、进站时间写入卡中相应区域。若是" 当次卡 " ，判断合法后直接打开闸机。d、出站时，乘客需要根据所用的IC卡种类，来进行不同的操作。若乘客用的是" 市民卡 " ，则需在闸机的刷卡器上刷卡，若乘客用的是" 当次卡 " 则需要把卡投入闸机的投卡口中。e、若乘客出站时刷的是" 市民卡 " ，闸机系统需读取存储在卡上的" 市民卡 " 类别 ID（注： " 市民卡 " 类别分为普通卡、学生卡、老人卡） 、地铁站

3、 ID、进站时间、余额等信息，根据这些信息来扣除费用，并在闸机的LED显示器上显示余额及本次扣费额，若是学生卡或老人卡，还要用声音播报出" 市民卡 " 类别，然后，打开闸机，乘客通过后立即关闭闸机。f 、若乘客出站时用的是" 当次卡 " ，判断合法后即把闸机打开，乘客出去后立即关闭。根据上述功能要求的描述，请完善下面的叙述（程序）和回答有关的问题。（注意：完善程序或回答问题所需的寄存器格式见题后的附录）（1）闸机控制器的硬件平台设计时，除了需要设计最小硬件系统（包括：微处理器、 _ 【1】 _电路、时钟电路、复位电路、存储器、 JTAG接口电路 ) 外，

4、还必须设计 IC卡读写电路、闸门电机驱动电路、声音提示及声光报警电路、 LED显示接口电路等。若闸门电机驱动电路由 GPE1引脚控制， GPE1引脚输出 "0" 时，控制闸门关闭，输出 "1" 时，控制闸门打开。那么，初始化 GPE1引脚功能的语句是：rGPECON=(rGPECON|0x00000004)&_ 【 2】 _);/ rGPECON是端口 E的控制寄存器控制闸门关闭和打开的语句分别是：rGPEDAT = rGPEDAT &_ 【 3】 _;rGPEDAT = rGPEDAT |_【 4】 _;/ rGPEDAT是端口 E的数

5、据寄存器（2）IC卡读写电路设计时， 选用 IC卡读写模块通过异步串行接口与S3C2410连接，利用 S3C2410芯片内部的 UART1部件实现异步串行接口电路设计。那么，在 UART1的驱动程序设计时， 可用下面一段程序来初始化UART1部件（注：UART1115200bps81PCLKvoid UART1_Init()rGPHCON=(rGPHCON&0xFFFFF0FF)|_【 5】 _;/端口 H相应引脚功能初始化rUFCON1=0x0;/FIFO disablerUMCON1=0x0;rULCON1= ( _ 【 6】 _<< 3)|(0 << 2)

6、|( _rUCON1= 0x245;/rUBRDIV1=(int)(PCLK/ _【 8】_)+ 0.5 - 1);【 7】_); /设置线路控制寄存器设置控制寄存器/设置波特率，小数采用四舍五入（ 3）乘客出站时刷的若是 " 市民卡 " ，则需要用声音来播报卡的类别，即若是 " 学生卡 " 则语音播报：学生卡；若是" 老人卡 " 则语音播报： 老人卡。 因此，硬件平台构建时设计了一个 16位 D/A转换器芯片， 再加上功率放大电路及扬声器等所构成的语音播报电路， S3C2410芯片通过 GPC端口与 D/A转换器的 16位数据线相连

7、。 软件设计时， 可以先行对相关的语音波形进行采样、编码。设人的语音频率范围是 300Hz4000 Hz，因此，对语音波形采样时，采样频率至少应为 _ 【 9】 _KHz，所采得的数字语音信号才不至于失真。假设，播音员读"学生卡 " 的这段语音波形持续 3秒，采用该采样频率进行采样，数字语音信号编码采用 16位二进制数， 那么存储该段语音信号约需要 _ 【 10】_KB（ 1KB=1024B）的存储容量。语音回放时，按照采样频率要求，定时从所存储的单元中逐次读出先行采样得到的数字语音信号，输出给D/A转换器，然后通过扬声器播出。 因此，在相关的驱动程序【11】_; （注：

8、rGPCCON是端口 C的控制寄存器）来初始化GPC端口的引脚中，需要用语句： rGPCCON= _功能。然后通过GPC端口的_ 【 12】 _寄存器定时输出数字语音信号。（4）闸门在乘客通过闸机后立即关闭，因此，硬件平台构建时，可在闸门的后方一定距离内安装一个红外感测探头，并在闸机控制器中设计相关接口电路。 若采用 GPE0引脚来输入红外感测信号， GPE0引脚为 "1" 时，表示人体不在感应区内， GPE0引脚为 "0" 时，表示人体在感应区内。那么，初始化 GPE0引脚功能的语句是：【 13】_ ; / rGPECON 是端口 E的控制寄存器rGP

9、ECON=rGPECON & _判断是否人体在感应区内的语句可以是：if (rGPEDAT & 0x0001) = _【 14】_)/ 判断出人体在感应区内（5）闸机控制器的应用软件将在无操作系统环境下进行开发。设计者可以设计一个启动引导程序，来引导应用程序。按照 ARM9体系结构中的规定，启动引导程序代码的存储单元首址应该是_ 【 15】 _，它对应着复位异常向量。 系统上电 / 复位后， ARM9微处理器处于管理模式，启动引导程序在引导应用程序前，通常需用指令ORR R1,R0, _ 【 16】 _|0xC0 和 MSR CPSR_cxsf,R1来使 ARM核进入用户模式（

10、注：R0， R1寄存器的初值设定为 0。CPSR寄存器的格式见题后附录。 ），然后再通过指令_【 17】main() 。启_来引导应用程序主函数动引导程序中还需要完成异常向量表的设置，ARM9体系结构中规定异常向量之间各相差_ 【18】 _个字节，因此，需要在各异常向量处设计一条分支指令。对于S3C2410微处理器来说， 其启动引导程序还需要完成禁止看门狗部件和禁止_ 【 19】 _部件，并设置各工作模式下的_ 【 20】 _指针。附录：综合题中完善程序或回答问题所需的寄存器格式端口 C控制寄存器（ GPCCON）的格式符号位描述初始状态GPC1531:3000=输入 01= 输出 10=VD

11、711=保留00GPC1429:2800=输入 01= 输出 10=VD611=保留00GPC1327:2600=输入 01= 输出 10=VD511=保留00GPC1225:2400=输入 01= 输出 10=VD411=保留00GPC1123:2200=输入 01= 输出 10=VD311=保留00GPC1021:2000=输入 01= 输出 10=VD211=保留00GPC919:1800=输入 01= 输出 10=VD111=保留00GPC817:1600=输入 01= 输出 10=VD011=保留00GPC715:1400=输入 01= 输出 10=LCDVF211=保留00GPC6

12、13:1200=输入 01= 输出 10=LCDVF111=保留00GPC511:1000=输入 01= 输出 10=LCDVF011=保留00GPC49:800=输入 01= 输出 10=VM11=保留00GPC37:600=输入 01= 输出 10=VFRAME 11=保留00GPC25:400=输入 01= 输出 10=VLINE11=保留00GPC13:200=输入 01= 输出 10=VCLK11=保留00GPC01:000=输入 01= 输出 10=LEND11=保留00端口 E控制寄存器（ GPECON）的格式符号位描述初始状态GPE1531:3000=输入 01= 输出 10=

13、IICSDA11=保留00GPE1429:2800=输入 01= 输出 10=IICSCL11=保留00GPE1327:2600=输入 01= 输出 10=SPICLK11=保留00GPE1225:2400=输入 01= 输出 10=SPIMOSI0 11=保留00GPE1123:2200=输入 01= 输出 10=SPIMISO0 11=保留00GPE1021:2000=输入 01= 输出 10=SDDAT311=保留00GPE919:1800=输入 01= 输出 10=SDDAT211=保留00GPE817:1600=输入 01= 输出 10=SDDAT111=保留00GPE715:140

14、0=输入 01= 输出 10=SDDAT011=保留00GPE613:1200=输入 01= 输出 10=SDCMD11=保留00GPE511:1000=输入 01= 输出 10=SDCLK11=保留00GPE49:800=输入 01= 输出 10=IISSDO11=保留00GPE37:600=输入 01= 输出 10=IISSDI11=保留00GPE25:400=输入 01= 输出 10=CDCLK11=保留00GPE13:200=输入 01= 输出 10=IISSCLK11=保留00GPE01:000=输入 01= 输出 10=IISLRCK11=保留00端口 H控制寄存器（ GPHCON

15、）的格式符号位描述初始状态GPH1021:2000=输入01=输出 10=CLKOUT111=保留 00GPH919:1800=输入01=输出 10=CLKOUT011=保留 00GPH817:1600=输入01=输出 10=UCLK11=保留 00GPH715:1400=输入01=输出 10=RXD20011=nCTS1GPH613:1200=输入01=输出 10=TXD20011=nRTS1GPH511:1000=输入01=输出 10=RXD111=保留 00GPH49:800=输入01=输出 10=TXD111=保留 00GPH37:600=输入01=输出 10=RXD011=保留 00

16、GPH25:400=输入01=输出 10=TXD011=保留 00GPH13:200=输入01=输出 10=nRTS011=保留 00GPH01:000=输入01=输出 10=nCTS011=保留 00ULCONn寄存器的格式符号位描述初始状态Reserved7保留0Infra-Red Mode6确定是否采用红外模式 0 =正常操作模式1 =红外0传输模式Parity Mode5:3确定校验类型 0xx= 无校验100 =奇校验101 =000偶校验StopBit2确定停止位数 0 = 1位停止位 1=2位停止位0Word Length1:0确定数据位数 00 =5位 01=6 位 10 =7

17、位1100= 8 位CPSR寄存器（ 32位寄存器）的格式（注：仅给出了最后5位，即工作模式选择位）M4 M3 M2 M1 M010000用户模式10001FIQ模式10010IRQ模式10011管理模式10111中止模式11011未定义模式11111系统模式【解题思路】本题主要考查基于 S3C2410的地铁进出站闸机系统开发。包括嵌入式最小硬件系统构成，GPIO引脚功能及相应初始化设置， GPC和GPD作为 LED显示器接口引脚， GPE作为输入输出，还考察了香农定理， ARM9体系结构中的异常向量等相关知识。【参考答案及解析】第1空答案：电源；最小硬件系统的组成。第2空答案： 0xFFFF

18、FFF7或(0x00000008) 或 0x00000008；和 0相与清零，和 1相与保持不变。和0相或保持不变，和 1相或置 1。 00为输入， 01为输出，则初始化 GPE1引脚功能为输出的语句是：rGPECON=(rGPECON|0x00000004)&0xFFFFFFF7)。第3空答案： 0xFFFD或 (0x0002) 或 0x0002；GPE1引脚输出 "0" 时，控制闸门关闭，即 rGPEDAT= rGPEDAT &0xFFFD。第4空答案： 0x0002； GPE1引脚输出 "1" 时，控制闸门打开。即rGPEDAT =

19、 rGPEDAT | 0x0002。第5空答案： 0x00000A00；GPH5中10=RXD1，GPH4中 10=TXD1。所以端口 H的初始化语句为先清零、再置一，即 rGPHCON=(rGPHCON&0xFFFFF0FF)|0x00000A00。第6空答案： 5；8位数据位、 1位停止位、偶校验。在ULCON中， 1:0： 11 = 8 位；位停止位； 5:3：101 = 偶校验； 6 ：0 = 正常操作模式。即rULCON1=(5<< 3)|(02 ：0=1<< 2)|(3)。第7空答案： 3；第8空答案： 115200*16=1843200 ；设置波特

20、率。第9空答案： 8；根据香农采样定理可得。第10空答案： 46.875 ；采样频率为 8KHz，采样周期为 125us ，样本值用 16位二进制数进行编码。则3s 的语音片段的存储容量为：(3*16)/(125us*8)=46.875。第11空答案：0x55555555；00为输入，01为输出，则初始化 GPC关口功能为输出的语句是： rGPCCON= 0x55555555。第12空答案：数据；第13空答案： 0xFFFFFFFC或 0x00000003或 (0x00000003) ；采用 GPE0引脚来输入红外感测信号，GPE0引脚为 "1" 时，表示人体不在感应区内，

21、 GPE0引脚为 "0" 时，表示人体在感应区内。则初始化GPE0引脚功能的语句是： rGPECON=rGPECON & 0xFFFFFFFC。第14空答案：0x0000；判断人体是否在感应区内的语句为：if(rGPEDAT & 0x0001)= 0x0000)，若为真，则表示人体在感应区内。第15空答案： 0x00000000 或 0x00；对应复位异常向量。第 16 空答案： 0x10或 0x00000010 或 16；用户模式中 M4 M3 M2 M1 M0=1 0 0 0 0 。即 ORR R1,R0,0x10|0xC0 。第17空答案： BL _m

22、ain ；第18空答案： 4； ARM9体系结构中规定异常向量之间各相差 4个字节，因此，需要在各异常向量处设计一条分支指令。第19空答案：外部中断；第20空答案：堆栈操作题（二）1、某食堂的售饭系统由一个后台数据库系统及若干个前台刷卡机组成，其基本功能具体描述如下：a、刷卡机的硬件组成中，除了必须的最小硬件系统外，还需要IC卡读写模块、 8段 LED组成的显示模块、键盘模块、蜂鸣器模块、 RS-485通信模块等。b、客户需要事先办理本系统的消费IC卡，预存若干金额，办卡信息及预存金额存储在后台数据库系统中。c、客户消费时，用 IC 卡在刷卡机上支付。支付时，由售饭员在刷卡机上输入客户缴费金额

23、且在LED显示器上显示，然后客户刷卡，若 IC卡合法，则把缴费金额和IC卡信息传输给后台数据库系统。若IC卡不合法，用蜂鸣器发不合法提示音。d、后台数据库系统接收到刷卡机的信息后，将根据 IC 卡号查询出该卡的余额， 若余额大于等于应缴费额， 则进行扣费，再把当前余额及扣费正确信息回传给刷卡机。若余额小于应缴费额， 则回传扣费不正确信息给刷卡机。e、刷卡机接收到回传的信息后，显示回传的余额，且若是扣费正确信息，则用蜂鸣器发" 扣费正确 " 提示音；若是扣费不正确信息，则用蜂鸣器发" 扣费不正确 " 提示音。根据上述功能要求的描述，若采用 S3C2410芯

24、片为核心来构建刷卡机的硬件平台，请完善下面的叙述（程序）和回答有关的问题。（1）在设计硬件时， 最小的硬件系统是保证系统能正常工作的必要硬件组成。它包括电源电路、【1】_、复位电路、调试测试接口、以及_ 【2】 _ 。（ 2）若在硬件设计时，选用 8个共阴极的 8段 LED（其排列如图 1所示）组成 2组显示器（ 1组4个 8段 LED），用于显示当前消费金额和余额。若采用 GPC0GPC6、GPC7外接同向驱动后，分别连接到显示" 消费金额 " 的 LED显示器段信号线af 、dp上，采用 GPD0GPD3外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位高数据位的 4个 8段

25、LED位信号线。另外采用 GPC8GPC14、GPC15外接同向驱动后，分别连接到显示" 余额 " 的 LED显示器段信号线af 、 dp上，采用 GPD4GPD7外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位高数据位的 4个 8段 LED位信号线。那么， GPC0GPC15引脚的功能为：_ 【 3】_ ， GPD0GPD7引脚的功能为：_ 【4】_ 。初始化GPC0GPC15引脚功能的语句可以是：/rGPCCON是端口 C的控制寄存器，其格式见后面附录rGPCCON = _【 5】 _ ;初始化 GPD0GPD7引脚功能的语句可以是/rGPDCON是端口 D的控制寄存器，其格

26、式见后面附录rGPDCON=(rGPDCON|0x00005555)& _【 6】 _);若只在 " 余额 "LED显示器中的次高数据位LED上显示字符 "3" ，相关驱动程序中可用下面语句实现。rGPCDAT =_【 7】_;/ 输出 "3" 的段信号rGPDDAT =_【 8】_;/ 输出次高数据位被点亮的控制信号（ 3）刷卡机上输入客户缴费金额的键盘， 在设计时采用非标准键盘组成， 键盘接口设计成 4×4的阵列（其按键排列示意图如图 2所示）。键盘接口电路中选用 GPE0GPE3来输出键盘行扫描信号，选用 GP

27、E4GPE7来输入键盘列信号。软件设计时设计者自行设计了键盘扫描函数，请你补充完善之：/*KEYOUTPUT是键盘扫描时的输出地址，KEYINPUT是键盘读入时的地址#define KEYOUTPUT(*(volatile INT8U *)0x56000044)#define KEYINPUT(*(volatile INT8U *)0x56000044)INT16U ScanKey()INT16U key=0xFFFF;INT16U i;INT8U temp=0xFF,output;/rGPECON是端口 E的控制寄存器，其格式见后面附录rGPECON= (rGPECON &0xFFF

28、FFF00) |_【 9】 _ ); /初始化 GPE0GPE3为输出rGPECON= rGPECON &_【10】 _ ; /初始化 GPE4GPE7为输入/ 下面判断键盘中是否有键按下for (i=1;( i<= 8)&&(i>0);_【 11】 _)output |= 0xFF;output &= (i);KEYOUTPUT=output;temp = KEYINPUT;if (temp&0xF0)!=_【 12】 _ )/判断列信号是否为全"1"key = (i);key <<= 8;key |= (t

29、emp&0xF0)|0x0F); /求得按键的返回值return (key);/函数返回按键对应的值return 0xFFFF;应用程序中可根据上面的键盘扫描函数的返回值，来判断是否有按键按下，并确定是哪个按键按下。例如：若返回值为：_ 【 13】 _时，可知是键盘中的"6" 键按下，若返回值为：_ 【 14】_时，可知是键盘中的" 确认 " 键被按下。若无键按下时，返回值应为：_ 【 15】_。（ 4）刷卡机与后台数据库系统通信采用 RS-485总线。因此在硬件设计时， 需要采用 S3C2410芯片内部的 _【 16】_部件外加电平转换芯片等来

30、实现。 若在软件设计时， 其初始化程序中波特率设置为 9600bps ，数据格式设置为： 8位数据位、无校验、1位停止位。那么，1秒时间内最多能传输_ 【 17】 _字节的信息。（5）刷卡机上的应用软件是在无操作系统环境下开发的。设计者可以自行设计系统的启动引导程序，在该程序中完成异常向量设置、堆栈指针设置以及必要的硬件初始化。ARM9体系结构中规定的复位异常所对应的异常向量地址为 _ 【 18】 _。系统上电 / 复位后，将从该地址处开始执行程序，因为ARM9体系结构中规定的各异常向量地址之间间隔通常为 _【 19】_ 【 20】_个字节。因此，复位异常向量地址处通常存储一条指令的代码。【解题思路】本题主要考查基于S3C2410的食堂售饭系统开发。包括嵌入式最小硬件系统构成；GPIO引脚功能及相应初始化设置：GPC和 GPD作为 LED显示器接口引脚，GPE作为输入输出，还可作为I2C 、I2S 、 SD卡等串行总线的引脚（在题中用来接非标准键盘）；基于 UART的 RS-485接口通信设置；无操作系统的嵌入式系统如何构建其启动引导程序。【参考答案及解析】【 1】 时钟电路；硬件最小系统包括电源电路、时钟电路、复位电路、调试测试接口、以及存储器 。【 2】 存储器；【 3】 输出； G