課后習(xí)題及答案(四班的)

1、考試要點(diǎn) 1-5章嵌入式系統(tǒng)的定義、組成 P2 前5章課后習(xí)題和留下的習(xí)題實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念，RTOS和普通OS的區(qū)別 P7交叉開發(fā)環(huán)境、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的調(diào)試方法 P37BSP的定義、作用ARM處理器的特點(diǎn)、寄存器數(shù)目及作用ARM的數(shù)據(jù)類型和處理器模式 P75基于ARM的硬件啟動(dòng)流程 P200大小端存儲(chǔ)機(jī)制，編程測(cè)試大小端系統(tǒng)C程序和匯編和相互調(diào)用的應(yīng)用GPIO的編程中斷的處理流程及其寄存器的作用、相關(guān)的操作等 P232填空題 30分 2'簡(jiǎn)答題 30分 6應(yīng)用題 20 10編程題 10 10分析題 10 10第1章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)1. 什么是嵌入式系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？有何特點(diǎn)？寫出你

2、所想到的嵌入式系統(tǒng)。答：（1）定義：國內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的一般定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，從而能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（2）組成：嵌入式處理器、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等幾部分組成。（3）特點(diǎn)：a.軟硬件一體化，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、行業(yè)技術(shù)于一體； b.需要操作系統(tǒng)支持，代碼小，執(zhí)行速度快； c.專用緊湊，用途固定，成本敏感； d.可靠性要求高；e.多樣性，應(yīng)用廣泛，種類繁多。（4）嵌入式系統(tǒng)：個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、機(jī)頂盒（STB）、IP電話。2. 嵌入式處理器分為哪幾類？答：（1）低端的微控制器（

3、MicroController Unit,MCU）； （2）中高端的嵌入式微處理器（Embeded MicroProcessor Unit,EMPU）； （3）通信領(lǐng)域的DSP處理器（Digital Signal Processor,DSP）； （4）高度集成的片上系統(tǒng)（System on Chip,SoC）。3. ARM英文原意是什么？它是一個(gè)怎樣的公司？其處理器有何特點(diǎn)？答：（1）英文原意：Advanced RISC Machines。高級(jí)精簡(jiǎn)指令集機(jī)器。 （2）公司簡(jiǎn)介：該公司是全球領(lǐng)先的16/32位RISC微處理器知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商，通過將其高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器、外

4、圍和系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)轉(zhuǎn)讓給合作伙伴來生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM公司已成為移動(dòng)通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)嵌入式解決方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)。 （3）其處理器特點(diǎn)：a.小體積、低功耗、低成本而高性能；b.16/32位雙指令集；c.全球的合作伙伴眾多。4. 什么是實(shí)時(shí)系統(tǒng)？它有哪些特征？如何分類？答：（1）實(shí)時(shí)系統(tǒng)的定義：實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Real Time System）是指產(chǎn)生系統(tǒng)輸出的時(shí)間對(duì)系統(tǒng)至關(guān)重要的系統(tǒng)。 （2）特征：實(shí)時(shí)性、并行性、多路性、獨(dú)立性、可預(yù)測(cè)性、可靠性。 （3）分類：根據(jù)響應(yīng)時(shí)間的不同，實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分為3種類型：強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)、弱實(shí)時(shí)系統(tǒng)、一般實(shí)時(shí)系統(tǒng)。 根據(jù)確定性的不同，實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分為2

5、種類型：硬實(shí)時(shí)、軟實(shí)時(shí)。5. RTOS由哪幾部分組成？它有哪些特點(diǎn)？與一般操作系統(tǒng)相比有何不同？答：（1）組成：實(shí)時(shí)內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)組件、文件系統(tǒng)、圖形用戶界面。 （2）特點(diǎn)：a.支持異步事件的響應(yīng)；b.中斷和調(diào)度任務(wù)的優(yōu)先級(jí)機(jī)制；c.支持搶占式調(diào)度；d.確定的任務(wù)切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間；e.支持同步。（3）與一般OS的不同：a.實(shí)時(shí)性：響應(yīng)速度快，只有幾微秒；執(zhí)行時(shí)間確定，可預(yù)測(cè)； b.代碼尺寸?。褐挥?0100KB，節(jié)省內(nèi)存空間，降低成本； c.應(yīng)用程序開發(fā)較難； d.需要專用開發(fā)工具：仿真器、編譯器和調(diào)試器等。6. 單片機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和SOC系統(tǒng)三者有何區(qū)別和聯(lián)系？答：（1）目前嵌入式系統(tǒng)

6、的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設(shè)計(jì)和基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的軟件設(shè)計(jì)；（2）單片機(jī)系統(tǒng)多為4位、8位、16位機(jī)，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，難以進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算及處理功能；（3）嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，單片機(jī)大多采用軟硬件流水設(shè)計(jì)；（4）嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是軟件設(shè)計(jì)（占70%左右的工作量），單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)所占比例基本相同。 （5）SoC是嵌入式系統(tǒng)的最高實(shí)現(xiàn)形式，它集成了許多功能模塊，它的核心技術(shù)是IP（Intellectual Property Core，知識(shí)產(chǎn)權(quán)核）核。第2章 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程1. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程分為哪幾個(gè)階段？每個(gè)階段的特點(diǎn)是什

7、么？答：（1）需求分析階段：a.對(duì)問題的識(shí)別和分析；b.制定規(guī)格說明文檔；c.需求評(píng)審。（2）設(shè)計(jì)階段：a.數(shù)據(jù)流分析；b.劃分任務(wù)；c.定義任務(wù)間的接口。（3）生成代碼階段：a.代碼編程；b.交叉編譯和鏈接；c.交叉調(diào)試；d.測(cè)試。（4）固化階段2. 嵌入式系統(tǒng)有哪幾種調(diào)試方式？現(xiàn)在最流行的是哪種？使用什么接口？答：（1）調(diào)試方式：源程序模擬器方式、監(jiān)控器方式、仿真器方式。 （2）現(xiàn)在最流行的是仿真器方式，使用JTAG(Joint Test Action Group,聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組)接口。3. 什么是板級(jí)支持包？它一般應(yīng)完成哪些工作？答：（1）定義：有些嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核明確分為兩層，上層

8、一般稱為“內(nèi)核”，而底層則稱為“硬件抽象層”或“硬件適配層”，縮寫為HAL，有的廠商將硬件抽象層稱為BSP，即板級(jí)支持包（Board Support Package）。 （2）主要完成工作：a.在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)硬件進(jìn)行初始化。B.為驅(qū)動(dòng)程序提供訪問硬件的手段。 （3）主要作用：消除硬件差異。4. 什么是交叉開發(fā)環(huán)境？為什么需要交叉開發(fā)環(huán)境？答：（1）定義：交叉開發(fā)環(huán)境是指實(shí)現(xiàn)編譯、鏈接和調(diào)試應(yīng)用程序代碼的環(huán)境。與運(yùn)行應(yīng)用程序的環(huán)境不同，它分散在有通信連接的宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)環(huán)境中。 （2）目標(biāo)機(jī)(Target) 可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，也可以是能替代實(shí)際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。但是目標(biāo)機(jī)的硬件

9、資源有限，而宿主機(jī)的軟硬件資源豐富，它上面的輔助開發(fā)工具能大大提高軟件開發(fā)的效率和進(jìn)度。第3章 ARM體系結(jié)構(gòu)1.ARM的英文全名是什么？ARM處理器有什么特點(diǎn)？答：見第1章課后習(xí)題第3題。2.ARM7和ARM9在流水線方面有何不同？答：ARM7是3級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，ARM9是5級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。ARM9把3級(jí)流水線中的執(zhí)行階段的操作進(jìn)行再分配，即把執(zhí)行階段中的“寄存器讀”插在譯碼階段中完成，把“寄存器寫”安排在另一級(jí)（即第5級(jí)）完成，同時(shí)，在該級(jí)之前，再安排一級(jí)（存儲(chǔ)訪問）。3.ARM處理器支持的數(shù)據(jù)類型有哪些？答：（1）Byte 字節(jié)，8位；（2）Halfword 半字，16位；（3）Word 字

10、，32位；4.寫出ARM使用的各種工作模式和工作狀態(tài)。答：（1）工作模式：詳見下表： （2）工作狀態(tài)：a.ARM：32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行字對(duì)齊的ARM指令； b.Thumb：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字對(duì)齊的Thumb指令。5.ARM處理器總共有多少個(gè)寄存器？其中哪個(gè)用做PC？哪個(gè)用做LR?答：（1）ARM處理器總共有37個(gè)寄存器：31個(gè)通用寄存器，6個(gè)狀態(tài)寄存器。 （2）R15用做程序計(jì)數(shù)器PC，R14用做子程序鏈接寄存器LR。6.假設(shè)R0=0x12345678,使用將R0存儲(chǔ)到0x4000的指令存到存儲(chǔ)器中，若存儲(chǔ)器為大端組織，寫出從存儲(chǔ)器0x4000處加載一個(gè)字節(jié)到R2的指令執(zhí)行后R2的值

11、。答：由于0x4000是大端組織，所以R0存進(jìn)后，0x4000中有數(shù)0x56781234,從0x4000加載一個(gè)字節(jié)到R2后（由地位到高位加載），R2的值為0x34。7.ARM920T處理器加入了哪兩個(gè)協(xié)處理器？各自的主要功能是什么？ 答：ARM920T處理器加入了兩個(gè)協(xié)處理器:(1)CP14，允許軟件訪問調(diào)試通信通道;(2)系統(tǒng)控制協(xié)處理器CP15，提供了一些附加寄存器用于配置和控制Caches、MMU、保護(hù)系統(tǒng)、時(shí)鐘模式和其他系統(tǒng)選項(xiàng)。8.ARM920T支持哪些時(shí)鐘模式？ 答：快速總線模式、同步模式、異步模式。9.什么是寫直達(dá)和寫回Cache操作，各有何特點(diǎn)？ 答：（1）寫直達(dá)：當(dāng)CPU對(duì)

12、Cache寫命中時(shí)，Cache與主存同時(shí)發(fā)生寫修改。優(yōu)點(diǎn)：一致性好；缺點(diǎn)：耗時(shí)。 （2）寫回：當(dāng)CPU對(duì)Cache寫命中時(shí)，只修改Cache的內(nèi)容而不立即寫入主存，只當(dāng)此執(zhí)行被換出時(shí)才寫回主存。優(yōu)點(diǎn)：減少訪問主存次數(shù)，提高效率。缺點(diǎn)：一致性差點(diǎn)。10.ARM為何集成了32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集？（即它的好處） 答：可提供長的轉(zhuǎn)移范圍、強(qiáng)大的算術(shù)運(yùn)算能力和大的尋址空間。11.什么是big-endian和little-endian，編寫一段程序測(cè)試你所用的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)采用哪種存儲(chǔ)機(jī)制？ 答：（1）大端存儲(chǔ)系統(tǒng)（big-endian）：低地址存放高字節(jié)，高地址存放低字節(jié)。小端存

13、儲(chǔ)系統(tǒng)（little-endian）: 低地址存放低字節(jié)，高地址存放高字節(jié)。 （2）int x=0x12345678; int *p=&x; if(*(char*)p=0x78) little endian else big endian第4章 ARM系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1一個(gè)典型的可執(zhí)行映像由哪幾部分組成？答：2.匯編和C語言的相互調(diào)用方法。答：（1）匯編程序調(diào)用C程序的方法為：首先在匯編程序中使用IMPORT偽指令事先聲明將要調(diào)用的C語言函數(shù)；然后通過BL指令來調(diào)用C函數(shù)。 （2）C程序調(diào)用匯編子程序的方法為：首先在匯編程序中使用EXPORT偽指令聲明被調(diào)用的子程序，表示該子程序?qū)⒃谄渌募斜徽{(diào)用；然后在C程序中使用extern關(guān)鍵字聲明要調(diào)用的匯編子程序?yàn)橥獠亢瘮?shù)。 （補(bǔ)充）3.基于ARM的硬件啟動(dòng)流程？ 答：（1）分配中斷向量表；（2）初始化