嵌入式系统期末复习

河北科技大学2014年嵌入式系统期末复习一、填空题嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器、存储器、外设器件、I/O端口和图形控制器等。软件部分包括操作系统和应用程序编程。硬件可分成三部分：核心处理器、外围电路和外部设备，嵌入式系统的软件分为设备驱动、接口实时操作系统、可编程应用接口及应用软件4个层次。CPU是嵌入式系统的核心处理器，又称为嵌入式微处理器嵌入式操作系统内核可以在Flash上直接运行，也可以加载到内存中运行。ARM微处理器采用RISC结构，除了具有嵌入式系统共有的体积小、功耗低、性价比高等特点外，还具有如下性能：（1）.支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好地兼容8位/16位器件；（2）.大量使用寄存器，大多数数据操作都在寄存器中完成；（3）.寻址方式灵活简单，指令长度固定，执行速度快、效率高。5、嵌入式处理器可以分为三类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式数字信号处理器。6、嵌入式系统中，任务的调度有三种方式：可抢占式、不可抢占式和时间片轮转，对不同优先级的任务采用基于优先级的可抢占式调度法，对相同优先级的任务则采用时间片轮转调度法。7、ARM体系结构所支持的异常有：复位、未定义指令、软件中断、指令预取中止、数据中止、外部中断请求和快速中断请求。8、每一条ARM指令都包含4位的条件码，它们位于指令的最高4位[31:28]9、ARM指令系统支持的常见7中寻址方式有：立即寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址变址寻址、多寄存器寻址、相对寻址和堆栈寻址。10、ARM微处理器的指令是加载/存储型的，对系统存储器的访问则需要通过专门的加载/存储指令来完成。二、判断题与普通的计算机系统一样，嵌入式系统也是由硬件和软件两大部分组成的。前者是整个系统的物理基础，它提供软件运行平台和通信接口；后者实际控制系统的运行。软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定时间完成，只要求各任务运行得越快越好。大多数嵌入式系统针对没有MMU的处理器设计，不能使用处理器的虚拟内存管理技术，而是采用实存储器管理策略，因此对于内存的访问是直接的，它对地址的访问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。ARM体系结构可以用两种方法存储字数据，称为大端格式和小端格式。大端格式中，字数据的高字节存储在低地址中，低字节存放在高地址中，小端格式与大端格式相反，这种格式在低地址中存放字数据的低字节、高地址中存放字数据的高字节。ARM微处理器的工作状态一般有两种：ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐（地址的低两位为0）的ARM指令；Thumb状态，此时处理器执行16位的半字对齐（地址的最低位为0）的Thumb指令。ARM微处理器共有37个32位的寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。RISC体系结构采用固定长度的指令格式，使用单周期指令，大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，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。现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加入了RISC的特性；CPSR可在任何运行模式下被访问。当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值；从异常退出，时则可由SPSR来恢复CPSR。由于用户模式和系统模式不属于异常模式，它们没有SPSR三、简答题什么是嵌入式系统？答：嵌入式系统是指以应用为中心，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。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及用户的应用程序4部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统与通用型计算机系统相比有哪些特点？答：①嵌入式系统通常含有面向特定应用的嵌入式CPU。②嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。③嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更多的功能和更高的性能。④嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，将具有较长的生命周期。⑤为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存储于磁盘等载体中。⑥嵌入式系统本身不具备自举开发能力，设计完成后，用户通常不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。ARM微处理器支持哪几种运行模式？答：①用户模式：正常的程序执行状态；②快速中断模式：用于高速数据传输或通道处理；③外部中断模式：用于通用的中断处理；④管理模式：操作系统使用的保护模式；⑤数据访问终止模式：数据或指令预取终止时进入该模式，用于虚拟存储及存储保护；⑥系统模式：运行具有特权的操作系统任务⑦未定义指令中止模式：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。嵌入式操作系统有什么特点？答：①可装卸性，即具有开放性、可伸缩性的体系结构。②强实时性，可应用于各种实时控制。③统一的接口，提供各种设备的驱动。④操作方便、简单，提供友好的图形GUI，易学易用。⑤能够提供强大的网络功能，支持包括传输控制协议/Internet协议、用户数据报协议、端对端协议等协议，以及统一的媒体访问控制层接口，为各种移动计算设备预留接口。⑥强稳定性和弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要求负责系统管理的EOS具有较强的稳定性；EOS的用户接口一般不提供操作命令，它通过系统的调用命令向用户程序提供服务。⑦固化代码。在嵌入式系统中，EOS和ASW被固化在它的ROM中，辅助存储器很少使用。⑧对硬件有着良好的适应性，容易被移植到多种硬件平台上。Linux系统有哪些子系统组成？他们的功能分别是什么？答：Linux内核由5个主要的子系统组成：（1）进程调度子系统控制着进程对CPU的访问。（2）内存管理子系统允许多个进程安全地共享主内存区域。（3）虚拟文件系统子系统隐藏了各种不同硬件的具体细节，为所有设备提供了统一的接口。（4）网络子系统提供了对各种网络标准协议的存取和各种网络硬件的支持，可分为网络协议和硬件驱动程序两部分。（5）进程间通信子系统提供了进程间多种通信机制。四、分析题（注意位数和进制）五、编程设计题AREAExample1,CODE,READONLY;声明代码段Example1 ENTRY ;标识程序入口 CODE32 ;声明32位ARM指令STARTMOV R0,#15 ;设置参数 MOV R1,#8 ADDS R0,R0,R1 ;R0=R0+R1 B START END///////////////////////////////////////////////////COUNTEQU0x40003100;定义一个变量，地址为0x40003100 AREA Example2,CODE,READONLY ;声明代码段Example2 ENTRY ;标识程序入口 CODE32 ;声明32位ARM指令START LDR R1,=COUNT ;R1<=COUNT MOV R0,#0 ;R0<=0 STR R0,[R1] ;[R1]<=R0，即设置COUNT为0LOOP LDR R1,=COUNT LDR R0,[R1] ;R0<=[R1] ADD R0,R0,#1 ;R0<=R0+1 CMP R0,#10 ;R0与10比较，影响条件码标志 MOVHS R0,#0 ;若R0大于等于10，则此指令执行，R0<=0 STR R0,[R1] ;[R1]<=R0，即保存COUNT B LOOP END/////////////////////////////////////////////////////////XEQU11;定义X的值为11Y EQU 8 ;定义Y的值为8BIT23 EQU (1<<23) ;定义BIT23的值为0x00800000AREA Example3,CODE,READONLY ;声明代码段Example3 ENTRY ;标识程序入口 CODE32 ;声明32位ARM指令START ;使用MOV、ADD指令实现：R8=R3=X+Y MOV R0,#X ;R0<=X，X的值必须是8位图数据 MOV R1,#Y ;R1<=Y，Y的值必须是8位图数据 ADD R3,R0,R1 ;即是R3=X+Y MOV R8,R3 ;R8<=R3;使用MVN、SUB指令实现：R5=0x5FFFFFF8-R8*8 MVN R0,#0xA0000007;0xA0000007的反码为0x5FFFFFF8 SUBR5,R0,R8,LSL#3 ;R8左移3位，结果即是R8*8 ;使用CMP指令判断(5*Y/2)>(2*X)吗？若大于则R5=R5&0xFFFF0000，否则R5=R5|0x000000FF MOV R0,#Y ADD R0,R0,R0,LSL#2 ;计算R0=Y+4*Y=5*Y MOV R0,R0,LSR#1 ;计算R0=5*Y/2 MOV R1,#X MOV R1,R1,LSL#1 ;计算R1=2*X CMP R0,R1 ;比较R0和R1，即(5*Y/2)和(2*X)进行比较 LDRHIR2,=0xFFFF0000 ;若(5*Y/2)>(2*X)，则R2<=0xFFFF0000 ANDHI R5,R5,R2 ;若(5*Y/2)>(2*X)，则R5=R5&R2