嵌入式系统原理及接口技术复习题1

简答题简要说明嵌入式系统的硬件组成和软件组成。答:硬件组成：微处理器，存储器，输入设备和输出设备。软件组成：操作系统，文件系统，图形用户接口，网络系统，通用组建模块。S3C2410AAHB：LCD控制器，LCDDMA，总线控制器，USB主控制器，中断控制器，ExtMaster，电源管理，Nandflash控制器，储存器控制器。APB：通用异步收发器，内部集成电路总线〔IIC〕，USB设备控制器，集成电路内部声音总线〔IIS〕，MMC/SD/SDIO主控制器，通用I/O端口〔GPIO〕，看门狗定时器〔WDT〕，定时时钟〔RTC〕，总线控制器，A/D转换器，串行外设接口，定时器/脉宽调制。ARM体系结构支持几种类型的异常，并说明其异常处理模式和优先级状态？答，支持7种类型的异常异常处理过程：〔进入异常〕PC→LR，CPRS→SPSR，设置CPSR的运行模式位，跳转到相应的异常处理程序，〔异常返回〕LR→PC，SPSR→CPSR，假设在进入异常处理时设置中断禁止位，要在此清楚，复位异常处理程序不需要返回。Reset＞数据中指＞快速中断请求〔ＦＩＱ〕＞中断请求〔IRQ〕＞指令预取中止＞未定义指令和软件中止。简述I2S总线接口的启动与停止过程。通过I2S控制存放器IISCON控制，当控制存放器IISCON的地址为0=I2S禁止〔停止〕；当控制存放器IISCON的地址为1=I2S允许〔开始〕。简述ARM系统中的中断处理过程。中断处理过程包括：中断请求、中断排队或中断判优、中断响应、中断处理和中断返回ARM微处理器支持哪几种运行模式？各运行模式有什么特点？User：用户模式。绝大局部的任务执行都在这种操作模式下，此为正常的程序执行模式。FIQ：快速中断模式。支持数据传送或通道处理。IRQ：普通中断模式。用于一般中断处理。Supervisor：管理模式。一种操作系统受保护的方式。Abort：中止模式。在访问数据中止后或指令预取中止后进入中止方式。System：系统模式。是操作系统一种特权级的用户方式。Undef：未定义模式。当执行未定义指令时会进入这种操作模式。当PCLK=66.5MHz时，选择不同的时钟分频〔1/2、1/4、1/8、1/16〕输入，分别计算定时器最小分辨率、最大分辨率及最大定时区间。答：最小分辨率：定时器输入时钟频率=ＰＣＬＫ／{ｐｒｅｓｃａｌｅｒ＋１}／{ｄｉｖｉｄｅｒ值}＝６６.5/{0+1}/{2}=33.2500(MHz)一个计数脉冲时间=1/33.2500MHz=0.0300(us)最大分辨率：定时器输入时钟频率=PCLK/｛255+1｝/{2}=66.5/256/2=129.8828一个计数脉冲的时间=1/129.8828=7.6992〔us〕最大定时区间：由于TCNTBn=65535，计数到0共65536个计数脉冲，所以65536*7.6992=0.5045〔sec〕。分析如下图I2S总线时序图，说明其操作过程。S3C2410A答：处理器通过IIS总线接口，控制音频数据在s3c2410内存与UDA1341TS之间传送。连接在UDA1314TS上的麦克风信号在UDA1314内部经过A/D转换器，转换成二进制数，串行通过DATAO引脚送到S3C2410的IIS模块，在IIS模块中数据转换成并行数据然后使用通常存取方式或DMA存取方式，将并行数据保存的内存中，而内存中要输出的音频数据使用通常存取方式或DMA存取方式，将数据并行传送到IIS模块在IIS中转换成串行数据，串行通过DATAI引脚送到UDA1314TS，在片内经过D/A转换器，变成模拟信号，经过驱动器，驱动扬声器。简述LCD控制器组成及数据流描述。LCD控制器包括：REGBBANK，LCDCDMA，TMEGEN，ＬＰＣ定时控制逻辑单元，VIDPRCS以及VIDEOMUX组成。当传送请求由总线仲裁器接收时，4个连续的字数据由系统存储器帧缓冲区传送到LCDCDMA内的FIFO。全部FIFO大小为28个字，分别由12个字的FIFOL和16个字的FIFOH组成。使用FIFOL和FIFOH，用来支持双扫描显示模式，在单扫描显示模式，仅有FIFO中一个，即FIFOH能够被使用。以下是S3C2410A根据NandFlash控制器工作原理，试在图中画出S3C2410A的NandFlash控制器与K9F2808U0C芯片的连接关系，并简单描述其操作过程填空“嵌入性〞、“专用性〞与“计算机系统〞是嵌入式系统的三个根本要素。IP核分为软核、硬核、固核。嵌入式系统通常由包含有嵌入式处理器、嵌入式操作系统、应用软件和外围设备接口的嵌入式计算机系统和执行装置〔被控对象〕组成。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，可以分为硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心。系统初始化过程按照自底向上、从硬件到软件的次序依次可以分为片级初始化、板级初始化和系统级初始化3个主要环节。系统软件层通常包含有实时多任务操作系统〔Real-timeOperationSystem，RTOS〕、文件系统、图形用户接口〔GraphicUserInterface，GUI〕、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的根底和开发平台。ARM处理器共有37个存放器，31个通用存放器，6个状态存放器。存放器R13通常用作堆栈指针，称作SP。存放器R14用作子程序链接存放器，也称为链接存放器LK〔LinkRegister〕。FIQ模式有7个分组的存放器R8～R14，映射为R8_fiq～R14_fiq。在ARM状态下，许多FIQ处理没必要保存任何存放器。User、IRQ、Supervisor、Abort和Undefined模式每一种都包含两个分组的存放器R13和R14的映射，允许每种模式都有自己的堆栈和链接存放器。存放器R15用作程序计数器〔PC〕。在ARM状态，位［1:0］为0，位［31:2］保存PC。程序状态存放器CPSR的N、Z、C、V分别指-------，I=1指------、F=1指------，M[4：0]用做-------。S3C2410A的CPU内核采用的是16/32位ARM920T内核，同时还采用了AMBAARM920T采用了MMU，AMBA总线和Harvard高速缓存体系结构，该结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个Cache都是由8字长的行组成的。2个USB主设接口/1个USB从设接口117位通用I/O接口和24通道外部中断源；8通道10位ADC和触摸屏接口；支持小／大端方式ARM体系结构使用单一、线性地址空间。将字节地址做为无符号数看待，范围为〔0～232－1〕。地址空间：8个存储器bank，每bank128MB〔byte〕〔总共1GB〕。对于字对齐的地址A，地址空间规那么要求如下：地址位于A的字由地址为A、A＋1、A＋2和A＋3的字节组成；地址位于A的半字由地址为A和A＋1的字节组成；地址位于A＋2的半字由地址为A＋2和A＋3的字节组成；地址位于A的字由地址为A和A＋2的半字组成。ARM系统使用存储器映射I/O。I/O口使用特定的存储器地址，当从这些地址加载〔用于输入〕或向这些地址存储〔用于输出〕时，完成I/O功能。bank0～bank6都采用固定的bank起始地址。每个bank支持可编程的8/16/32位数据总线宽度。总线宽度和等待存放器BWSCON：用来设置总线宽的和等待状态。Bank控制存放器BANKCONn：控制各bank的片选，访问周期。刷新控制存放器REFRESH：SDRAM的刷新控制存放器。BANKSIZE存放器：用来设置BANK的容量。支持从NANDFlash存储器和NORFlash两种启动方式。在NANDFlash模式下，采用4KB内部缓冲器用于启动引导Cache存储器采用写直达〔Write-through〕或写回〔Write-back〕操作来更新主存储器。每个引脚端的功能通过端口控制存放器〔PnCON〕来定义〔配置〕。与配置I/O口相关的存放器包括：端口控制存放器〔GPACON～GPHCON〕、端口数据存放器〔GPADAT～GPHDAT〕、端口上拉存放器〔GPBUP～GPHUP〕、杂项控制存放器以及外部中断控制存放器〔EXTINTN〕等。S3C2410A通过对程序状态存放器〔PSR〕中的F位和I位进行设置控制CPU的中断响应。如果设置PSR的F位为1，那么CPU不会响应来自中断控制器的FIQ中断；如果设置PSR的I位为1，那么CPU不会响应来自中断控制器的IRQ中断。如果设置PSR的F位或I位设置为0，同时将中断屏蔽存放器〔INTMSK〕中的相对应位设置为0，CPU响应来自中断控制器的IRQ或FIQS3C2410A中的中断控制器能够接收来自56个中断源每个DMA控制器可以处理以下4种情况：〔1〕源和目的都在系统总线上；〔2〕源在系统总线上，目的在外围总线上；〔3〕源在外围总线上，目的在系统总线上；〔4〕源和目的都在外围总线上。S3C2410A每个DMA通道有9个控制存放器，4个通道共有36个存放器。每个DMA通道的9个控制存放器中有6个用于控制DMA传输，另外3个用于监控DMA如果在一个存储系统中，指令预取时使用的一个cache，数据读写时使用的另一个cache，各自是独立的，这时称系统使用了独立的cache，用于指令预取的cache称为指令cache，用于数据读写的cache称为数据cache。存储器按存储信息的功能，分为随机存取存储器〔RandomAccessMemory，RAM〕和只读存储器〔ReadOnlyMemory，ROM〕。Flashmemory〔闪速存储器〕是嵌入式系统中重要的组成局部，用来存储程序和数据，掉电后数据不会丧失。Bank控制存放器BANKCONn：控制各bank的片选，访问周期。什么是嵌入式系统？其特点有些什么？答：嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为根底、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、本钱、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，本钱低;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〕大局部程序固化在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嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么？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。〔对于嵌入式系统来说，有的使用操作系统，也有的不使用操作系统，但在系统启动时都必须运行BootLoader，为系统运行准备好软硬件环境。〕目前嵌入式操作系统有哪些？答：1〕µC/OS-II嵌入式操作系统内核；2〕VxWorks嵌入式实时操作系统；3〕WinCE操作系统；4〕Linux操作系统；5〕Symbian操作系统构造嵌入式开发环境有哪几种形式？答：1〕交叉开发环境；2〕软件模拟环境；3)评估电路板嵌入式系统开发的根本流程?答：1〕系统定义与需求分析；2〕系统设计方案的初步确立；3〕初步设计方案性价比评估与方案评审论证；4〕完善初步方案、初步方案实施；5〕软硬件集成测试；6〕系统功能性能测试及可靠性测试。什么是可编程片上系统？答：用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统SOPC.它是一种特殊的嵌入式系统，首先它是SOC，即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能，具有一般SOC根本属性；其次，它又具备软硬件在系统可编程的功能，是可编程系统，具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。有时要使用Thumb技术的原因答：〔Thumb指令集是把32位的ARM指令集的一个子集重新编码后形成的一个特殊的16位指令集。〕在性能和代码大小之间取得平衡，在需要较低的存储代码时采用Thumb指令系统用Thumb指令编写最小代码量的程序〔能够很好的解决代码长度的问题〕，却取得以ARM代码执行的最好性能，可以带来低功耗,小体积,低本钱。ARM处理器的工作模式有哪几种？答：1〕正常用户模式〔usr〕；2〕快速中断模式〔fiq〕；3〕普通中断模式〔irq〕；4〕操作系统保护模式〔svc〕或管理模式；5〕数据访问中止模式〔abt〕；6〕处理未定义指令的未定义模式〔und〕；7〕运行特权级的操作系统任务的系统模式〔sys〕。存放器R13，R14，R15的专用功能各是什么？答：1〕存放器R13保存堆栈指针SP；2〕存放器R14用作子程序链接存放器，也称为LR，用以保存返回地址；3〕R15〔PC〕用作程序计数器。存放器CPSR，SPSR的功能各是什么？答：1〕CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息。所有处理器模式下都可以访问当前的程序状态存放器CPSR。在每种异常模式下都有一个对应的物理存放器——程序状态保存存放器SPSR。当异常出现时，SPSR用于保存CPSR的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。ARM的异常有哪几种，各进入何种工作模式？他们退出各采用什么指令？答：1〕复位〔Reset〕异常〔管理模式〕；2〕未定义指令〔undefinedinstruction〕异常〔未定义模式〕；3〕软件中断〔SWI〕异常〔管理模式〕；4〕指令预取中止〔PrefechAbort〕异常〔中止模式〕；5〕数据访问中止〔DataAbort〕〔中止模式〕；6〕快速中断请求