嵌入式复习重点解读

1、填空，名词解释，简答，编程，分析。 （仅供参考！如果有问题请马上联系我！）1.教材中嵌入式系统定义，嵌入式操作系统中的基本概念。答：（1）定义：嵌入式系统源于微型计算机，是嵌入到对象体系中，实现嵌入式对象智能化的计算机。 因此，可以将嵌入式系统定义成 “嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统” 。（教材 P2）（ 2）基本概念 ：1. 前后台系统； 2. 操作系统； 3. 实时操作系统； 4. 代码临界区；5. 资源； 6. 共享资源； 7。任务； 8. 任务切换； 9. 内核； 10. 调度； 11. 非占先式内核； 12. 占先式内核； 13. 任务优先级； 14. 中断； 15. 时钟节拍

2、。（教材 P910）（以下为 PPT上的，教材中的可以自己查看，然后总结得精辟一些）1. 简答前后台系统 ：对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的循环，可称为前后台系统或超循环系统。循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部分可以看成后台行为， 后台也可以叫做任务级。 这种系统在处理的及时性上比实际可以做到的要差。 中断服务程序处理异步事件， 这部分可以看成前台行为，前台也叫中断级。 时间相关性很强的关键操作一定是靠中断服务程序来保证的。2. 简答操作系统 ：操作系统是计算机中最基本的程序。 操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、 控制与协调等并发的活动； 操作系统提供用户接

3、口，使用户获得良好的工作环境； 操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。3. 简答实时操作系统 ：实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于 RTOS之上的各个任务， RTOS根据各个任务的要求，进行资源 ( 包括存储器、外设等 ) 管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在 RTOS支持的系统中， 每个任务均有一个优先级， RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。4. 简答代码临界区 ：代码的临界区也称为临界区， 指处理时不可分割的代码， 运行这些代码不允许被打断。 一旦这部分代码开始执行， 则不允许任何中断打入（这不是

4、绝对的，如果中断不调用任何包含临界区的代码， 也不访问任何临界区使用的共享资源，这个中断可能可以执行） 。为确保临界区代码的执行，在进入临界区之前要关中断，而临界区代码执行完成以后要立即开中断。5. 简答资源：程序运行时可使用的软、 硬件环境统称为资源。 资源可以是输入输出设备，例如打印机、键盘、显示器。资源也可以是一个变量、一个结构或一个数组等。6. 简答共享资源 ：可以被一个以上任务使用的资源叫做共享资源。 为了防止数据被破坏，每个任务在与共享资源打交道时，必须独占该资源，这叫做互斥。7. 简答任务：一个任务，也称作一个线程，是一个简单的程序，该程序可以认为CPU完全属于该程序自己。实时应

5、用程序的设计过程，包括如何把问题分割成多个任务，每个任务都是整个应用的某一部分， 每个任务被赋予一定的优先级， 有它自己的一套 CPU寄存器和自己的栈空间。8. 简答任务切换 ：当多任务内核决定运行另外的任务时， 它保存正在运行任务的当前状态，即 CPU寄存器中的全部内容。 这些内容保存在任务的当前状态保存区，也就是任务自已的栈区之中。 入栈工作完成以后， 就把下一个将要运行的任务的当前状态从任务的栈中重新装入 CPU的寄予存器，并开始下一个任务的运行。 这个过程就称为任务切换。这个过程增加了应用程序的额外负荷。 CPU的内部寄存器越多，额外负荷就越重。 做任务切换所需要的时间取决于 CPU有

6、多少寄存器要入栈。9.简答内核：多任务系统中，内核负责管理各个任务， 或者说为每个任务分配 CPU 时间，并且负责任务之间的通信。 内核提供的基本服务是任务切换。 使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，是因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。内核需要消耗一定的系统资源，比如 2 5的 CPU 运行时间、 RAM 和 ROM 等。 内核提供必不可少的系统服务，如信号量、消息队列、延时等。10. 简答调度：调度是内核的主要职责之一。调度就是决定该轮到哪个任务运行了。多数实时内核是基于优先级调度法的。 每个任务根据其重要程序的不同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度法指 CP

7、U总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行。然而究竟何时让高优先级任务掌握 CPU的使用权，有两种不同的情况，这要看用的是什么类型的内核，是非占先式的还是占先式的内核。13. 简答任务优先级 ：任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度而进入运行态。14. 简答中断：中断是一种硬件机制，用于通知 CPU有个异步事件发生了。中断一旦被识别， CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序，称为中断服务子程序（ ISR）。中断服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到：1. 在前后台系统中，程序回到后台程序；

8、2. 对非占先式内核而言，程序回到被中断了的任务；3. 对占先式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行。15 简答时钟节拍 ：时钟节拍是特定的周期性中断。这个中断可以看作是系统心脏的脉动。中断之间的时间间隔取决于不同应用，一般在10ms到 200ms之间。时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟节拍，以及当任务等待事件发生时，提供等待超时的依据。 时钟节拍率越快，系统的额外开销就越大。2 简答 .非占先式内核与占先式内核的基本概念。答：非占先式内核要求每个任务自我放弃 CPU 的所有权。非占先式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个 CPU。异步事件还是由中断

9、服务来处理。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态。 但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务， 直到该任务主动放弃 CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得 CPU的使用权。当系统响应时间很重要时， 要使用占先式内核。 因此绝大多数商业上销售的实时内核都是占先式内核。 最高优先级的任务一旦就绪， 总能得到 CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态，当前任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了 CPU 的控制权。如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态， 中断完成时，中断了的任务被挂起，优

10、先级高的那个任务开始运行。3.ARM 的状态与模式。答：ARM7TDMI处理器内核使用V4T版本的 ARM结构，该结构包含 32 位 ARM指令集和 16 位 Thumb指令集。因此 ARM7TDMI处理器有两种操作状态：ARM状态： 32 位，这种状态下执行的是字方式的ARM指令；Thumb状态： 16 位，这种状态下执行半字方式的Thumb指令。填空 ARM体系结构支持 7 种处理器模式，分别为：用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式，如下表所示。这样的好处是可以更好的支持操作系统并提高工作效率。ARM7TDMI完全支持这七种模式。此外需了解： 1）除用户

11、模式外，其它模式均为特权模式。ARM内部寄存器和一些片内外设在硬件设计上只允许（或者可选为只允许）特权模式下访问。此外，特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户模式不能直接切换到别的模式。2）特权模式又分为系统模式和异常模式（包括快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式）五部分，异常模式除了可以通过程序切换进入外，也可以由特定的异常进入。 当特定的异常出现时， 处理器进入相应的模式。 每种异常模式都有一些独立的寄存器，以避免异常退出时用户模式的状态不可靠。3）系统模式和用户模式都不能由异常进入，而且它们使用完全相同的寄存器组。系统模式是特权模式， 不受用户模式的限制。 操作系统在该

12、模式下访问用户模式的寄存器就比较方便， 而且操作系统的一些特权任务可以使用这个模式访问一些受控的资源。4. 简答冯诺依曼和哈佛结构。答：计算机结构说明：“冯·诺依曼”结构：把代码作为一种特殊的数据来操作，指令总线和数据总线及其存储区域是统一的；“哈佛”结构：指令总线和数据总线及其存储区是分开、独立的。简答 5.LPC2000 系列处理器的存储器映射方式。答：为了让运行在不同存储器空间中的程序对异常进行控制。可以通过存储器映射控制，将位于不同存储空间的异常向量表重新映射至固定地址0x00 0x3F 处，以实现异常向量表的来源控制。当发生异常时，程序总是跳转到0x00 0x3F。该区域存

13、放着异常向量表。 而异常向量表可以来自内部Flash ，内部 SRAM，BootBlock ，片外存储器。其中 MAP1:0 用于存储器映射控制，实现部分地址的重新映射：MAP1:0 取 00，表示 Boot 装载程序模式。异常向量表从Boot Block 重新映射。转换后存储器地址总线值0x7FFFE0000x7FFFE03F。MAP1:0 取 01，片内 Flash 模式。异常向量表不重新映射，它位于Flash 中。转换后存储器地址总线值0x000000000x0000003F。MAP1:0 取 10，片内 RAM模式。异常向量表从静态RAM重新映射。转换后存储器地址总线值0x400000

14、000x4000003F。MAP1:0 取 11，外部存储器模式。异常向量表从外部存储器重新映射。该模式仅适用于 LPC2200系列。转换后存储器地址总线值0x800000000x8000003F。6.MOV 指令和 LDR 指令， STR 指令， MUL 指令， CMP 指令等，LDR中的地址偏移量方式。简答和编程答：1. 、MOV指令将8 位图立即数或寄存器传送到目标寄存器rd ，可用于移位运算等操作指令；指令格式如下：MOVcondSRd,operand22.CMP-比较指令： CMP指令将寄存器Rn 的值减去 operand2 的值，根据操作的结果更新 CPSR中的相应条件标志位，以便

15、后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。指令格式如下：CMPcond Rn, operand23.32 位乘法指令 MUL指令将 Rm和 Rs 中的值相乘， 结果的低 32 位保存到 Rd中。指令格式如下：MULcondSRd,Rm,Rs4.LDR/STR字和无符号字加载指令，指令用于对内存变量的访问、内存缓冲去数据的访问、查表、外围部件的控制操作等。如用LDR指令加载到数据到PC寄存器，则实现程序跳转功能，这样就实现了程序散转。地址偏移量有以下3 种格式：1）立即数。立即数可以是一个无符号的数值。这个数据可以加到基址寄存器，也可以从基址寄存器中减去这个数值。如： LDR R1,R0,#0

16、x122）寄存器。寄存器中的数值可以加到基址寄存器，也可以从基址寄存器中减去这个数值。如： LDR R1,R0,R23）寄存器及移位常数。寄存器移位后的值可以加到基址寄存器，也可以从基址寄存器中减去这个数值。如： LDR R1,R0,R2,LSL #2计算 7.PLL 的作用。寄存器名称与功能，频率计算方法与寄存器设置。答：作用：由晶体振荡器输出的时钟信号，通过PLL升频，可以获得更高的系统时钟（CCLK）。PLL 接受的输入时钟频率范围为1025MHz，通过一个电流控制振荡器（ CCO）倍增到 1060MHz。寄存器：1.PLL 配置寄存器 (PLLCFG)：、 MSEL4:0 ：PLL倍频

17、器值，在PLL频率计算中其值为 (M-1) ；、 PSEL1:0 ：PLL分频器值，在PLL频率计算中其值为P 。2.PLL 状态寄存器 (PLLSETA)：1）、MSEL4:0 、PSEL1:0 、PLLE、PLLC：读出反映这几个参数的设置值，写入无效2）、PLOCK：反映 PLL 的锁定状态。为 0 时， PLL未锁定；为 1 时，PLL 锁定到指定频率。频率计算 ：回路锁定后： FOSC = FCCO/ (2P× M)FCLK = FOSC× M必须满足的条件：FOSC范围： 10MHz 25MHz；FCCLK范围： 10MHz60MHz；FCCO范围： 156MH

18、z320MHz计算流程：1. 选择处理器的工作频率 (CCLK)-2. 选择振荡器频率 (FOSC)-3. 计算 M值配置 MSEL位 -4. 计算 P 值配置 PSEL位根据处理器的整体要求、 UART波特率的支持等因素来决定。外围器件的时钟频率可以低于处理器频率 CCLK必须为 FOSC的整数倍。 M = CCLK / FOSC ，取值范围 1 32。写入 MSEL的值为 (M-1) 。选择合适的 P 值，使 FCCO在限制范围内。 P 只能取 1、 2、 4 或 8。写入 PSEL的值为 P。锁相环（ PLL）计算实例 ：系统要求： FOSC10MHz、CCLK 60MHz1. 计算 M

19、值：M CCLK / FOSC 6 ；2. 设置 MSEL位：写入值为（ M 1） 5；3. 设置 PSEL位： P FCCO/(CCLK× 2)（ 156320） /120 1.3 2.67所以 P 取整数 2，PSEL写入值为 2。简答 8.大小端系统的相关知识。存储器系统有两种映射机制：小端存储器系统：在小端格式中，高位数字存放在高位字节中。因此存储器系统字节0连接到数据线 70。大端存储器系统：在大端格式中，高位数字存放在低位字节中。因此存储器系统字节0连接到数据线 3124。小端模式低位地址高位地址0x780x560x340x12大端模式低位地址高位地址0x120x340x

20、560x780x12345678字数据的大小端存储方式一个基于 ARM内核的芯片可以只支持大端模式或小端模式，也可以两者都支持。在 ARM指令集中不包含任何直接选择大小端的指令， 但是一个同时支持大小端模式的 ARM芯片可以通过硬件配置 （一般使用芯片的引脚来配置） 来匹配存储器系统所使用的规则。9.ARM7TDMJ内部寄存器的作用， SP，LR,PC,CPSR 的功能与用途。答：（ 1）、在 ARM7TDMI处理器内部有37 个用户可见的寄存器。在不同的工作模式和处理器状态下， 程序员可以访问的寄存器也不尽相同。所有的 37 个寄存器，分成两大类：31 个通用 32 位寄存器；6 个状态寄存

21、器 在汇编语言中寄存器 R0 R13为保存数据或地址值的通用寄存器。它们是完全通用的寄存器，不会被体系结构作为特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。 其中 R0 R7为未分组的寄存器， 也就是说对于任何处理器模式， 这些寄存器都对应于相同的 32 位物理寄存器。 寄存器R8 R14 为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器。寄存器 R8 R12有两个分组的物理寄存器。一个用于除 FIQ 模式之外的所有寄存器模式，另一个用于 FIQ 模式。这样在发生 FIQ 中断后，可以加速 FIQ 的处理速度。寄存器 R13、R1

22、4分别有 6 个分组的物理寄存器。 一个用于用户和系统模式，其余 5 个分别用于 5 种异常模式。 寄存器 R13常作为堆栈指针 （ SP）。在 ARM指令集当中， 没有以特殊方式使用 R13的指令或其它功能，只是习惯上都这样使用。但是在 Thumb指令集中存在使用 R13 的指令 R14为链接寄存器（ LR），在结构上有两个特殊功能：在每种模式下，模式自身的 R14版本用于保存子程序返回地址；当发生异常时， 将 R14 对应的异常模式版本设置为异常返回地址 （有些异常有一个小的固定偏移量） 。 寄存器 R15为程序计数器 （PC），它指向正在取指的地址。 可以认为它是一个通用寄存器，但是对于

23、它的使用有许多与指令相关的限制或特殊情况。如果 R15 使用的方式超出了这些限制，那么结果将是不可预测的。 寄存器 CPSR为程序状态寄存器， 在异常模式中， 另外一个寄存器 “程序状态保存寄存器（ SPSR）”可以被访问。每种异常都有自己的 SPSR，在因为异常事件而进入异常时它保存 CPSR的当前值，异常退出时可通过它恢复 CPSR。10. ARM7TDMJ 的流水线功能与阶段。答： ARM7TDMI的流水线分 3 阶段，分别为：取指à译码à执行正常操作过程中， 在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。无论处理器处于何种状态，PC 总是指

24、向“正在取指”的指令。这三条指令之间的位置关系如下表所示：流水线上各指令的地址流水线工ARM指令 Thumb 指令描述位集集PCPC取指指令从存储器中取出PC-4PC-2译码对指令使用的寄存器进行译码从寄存器组中读出寄存器，执PC-8PC-4执行行移位和 ALU 操作，寄存器被写回到寄存器组中功能：使用流水线可以增加处理器指令流的速度，这样可以使几个操作同时进行，并使处理和处理系统之间的操作更加流畅，连续。（教材 P20）简答 11.ARM 指令中的寻址方式。 ？有哪些答：寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地址的方式， ARM处理器具有 9 种基本寻址方式：、寄存器寻址：

25、 操作数的值在寄存器中， 指令中的地址码字段指出的是寄存器编号，指令执行时直接取出寄存器值来操作。寄存器寻址指令举例如下：MOV R1,R2;将 R2的值存入 R1SUB R0,R1,R2;将 R1的值减去 R2 的值，结果保存到R0、立即寻址：立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部分即是操作数本身，也就是说，数据就包含在指令当中， 取出指令也就取出了可以立即使用的操作数( 这样的数称为立即数 ) 。立即寻址指令举例如下：SUBS R0,R0,#1 ;R0 减 1，结果放入 R0，并且影响标志位、寄存器移位寻址：寄存器移位寻址是 ARM指令集特有的寻址方式。当第 2 个操作数是寄存器移位方式

26、时， 第 2 个寄存器操作数在与第 1个操作数结合之前，选择进行移位操作。寄存器移位寻址指令举例如下：MOVR0,R2,LSL #3;R2的值左移 3 位，结果放入 R0，即是 R0=R2× 8ANDSR1,R1,R2,LSL R3 ;R2 的值左移 R3位，然后和 R1 相“与”操作，结果放入 R1、寄存器间接寻址： 寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个通用寄存器的编号，所需的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中， 即寄存器为操作数的地址指针。寄存器间接寻址指令举例如下：LDRR1,R2 ; 将 R2指向的存储单元的数据读出 ; 保存在 R1 中 SWPR1,R1,R2 ;

27、将寄存器 R1的值和 R2指定的存储 ; 单元的内容交换、基址寻址：基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，形成操作数的有效地址。基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于查表、数组操作、功能部件寄存器访问等。基址寻址指令举例如下：LDRR2,R3,#0x0C;读取 R3+0x0C地址上的存储单元 ; 的内容，放入 R2STRR1,R0,#-4!;先 R0=R0-4，然后把 R1 的值寄存到保存到R0 指定的存储单元、多寄存器寻址： 多寄存器寻址一次可传送几个寄存器值，允许一条指令传送16 个寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器寻址指令举例如下：LDMIA R1!,R2-R7

28、,R12 ;将 R1指向的单元中的数据读出到R2R7、R12中 (R1自动加 1)STMIA R0!,R2-R7,R12 ;将寄存器 R2R7、 R12的值保存到 R0指向的存储 ;单元中 (R0 自动加 1)、堆栈寻址；、块拷贝寻址；、相对寻址。（PPT 中无具体介绍，详情可参见教材中 P55,56）12.嵌入式系统的项目开发周期的几个阶段及各个阶段的具体任务。填空答：阶段：项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目 4 个阶段。1. 识别需求： 识别需求对于嵌入式系统项目开发是很重要的。这是因为嵌入式系统往往需要嵌入到其它产品中， 不能独立工作， 而这个产品往往不是嵌

29、入式开发承包商（部门）所熟悉的，不了解需求做成的产品往往是失败的。2. 提出方案：对于嵌入式系统项目来说， 这个阶段的主要工作是系统规划与设计。在设计规划阶段中， 开发团队需要分析所有可行的解决方案， 并拟定进程， 使项目在合理的进程范围中逐渐建构完成。在系统的设计方面最重要的一件事就是确定系统的框架。3. 执行项目 ：这个阶段的主要工作就是系统的实现和系统的测试。由于嵌入式系统的特殊性，嵌入式系统项目既要实现系统的硬件，又要在硬件上实现软件。所以在项目的开发过程中，软硬件实现和系统测试是不断反复进行的。事实上，系统的实现、测试和调试贯穿整个“执行项目”阶段。4. 结束项目： 产品开发完毕并移

30、交给客户并不等于项目已经结束。客户在使用产品的过程中还会发现一连串的问题， 此时开发团队还需要服务客户， 这就是售后服务。售后服务是一种保障客户权利的措施， 相对的也是开发团队的义务。 当售后服务也结束，项目结案了，项目也没有结束，这时需要项目讨论来总结、学习一些东西。 项目讨论是一个项目的反馈机制， 通过这一程序， 项目团队的经验才可以被记录下来，也就是说，这是一个撰写项目历史的过程。13.功率控制相关内容。答： LPC2114/2124/2210/2212/2214 支持两种节电模式：空闲模式 和掉电模式 。另外还具有外设的功率控制特性，允许独立关闭应用中不需要的外设，这样可以进一步降低功

31、耗。1）功率控制空闲模式： 在该模式下，内核停止执行指令，直到发生复位或中断为止，但系统时钟 CCLK 一直有效。外设功能在空闲模式下继续保持并可产生中断使处理器恢复运行。 空闲模式使处理器、 存储器系统和相关控制器以及内部总线不再消耗功率。2）功率控制掉电模式：在该模式下，振荡器关闭，这样芯片没有任何内部时钟。处理器状态和寄存器、外设寄存器以及内部SRAM 值在掉电模式下被保持。芯片引脚的逻辑电平保持掉电时的状态。复位或特定的不需要时钟仍能工作的中断可终止掉电模式并使芯片恢复正常运行。由于掉电模式使芯片所有的动态操作都挂起，因此芯片的功耗降低到几乎为零。14.复位及 Boot 相关内容。答：

32、 1,1 复位：复位的分类外部复位：把nRESET引脚拉为低电平，并保持一个最小时间，引发复位看门狗复位： 通过设置看门狗相关寄存器，当看门狗定时器溢出后， 引发复位1.2 外部复位外部复位引脚 （nRESET）连接内部的施密特触发器，通过施密特触发器可以滤除引脚输入的干扰信号， 保证复位的可靠性。 如果外部复位信号一直有效，芯片将保持复位状态 . 。如果芯片使用了外部晶体，上电后nRESET引脚的复位信号必须保持至少10ms，以便产生稳定的振荡信号。如果晶振已经稳定运行且X1 引脚上以出现稳定信号时， nRESET引脚的复位信号只需保持至少300ns 时间。1. 在芯片未上电时，芯片振荡器没有工作；2. 芯片上电后，晶体振荡器开始振荡。因为振荡从开始到稳定需要一过程，所以外部复位信号至少要保持 10ms；3. 在晶体振荡器保持稳定振荡，或者使用有源钟振时，外部复位信号可以缩短到不小于 300ns；（ PPT有图有助于理解）（ 2）、boot ：Boot 程序是芯片生产厂家固化在芯片中的一段代码，它完成芯片复位后的初始化操作，并提供实现 Flash 编程的方法。 Boot 装载程序可启动对空片的编程、已编程器件的擦除和再编程，以及在运行的系统中由应用程序对Flash 存储器进行编程。15.存