嵌入式系统复习题

名词解大端：字数据的高位字节存储在低地址中，字数据的低字节则存放在高地址中小端：低地址中存放字数据的释：1、ARM ：Advanced RISC Machines2、伪指令：是 ARM 汇编语言程序里的特殊指令助记符，不由处理器执行，而是在汇编时被合适的机器指令代替为 ARM 或 Thumb 指令，实现真正的指令操作3、JTAG：(Joint Test Action Group，联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。4、EMCU：Embedded Microprocessor Unit 嵌入式微处理器5、MCU:Microcontroller Unit 嵌入式微控制器又称单片机6、RTOS: Real-Time Operating System 实时操作系统 7、大（小）端地址模式:低字节，高地址中存放字数据的高字节8、IDE: Integrated Drive Electronics 外部接口，主要接硬盘和光驱。 9、交叉开发环境: 由运行于宿主机上的交叉开发软件和宿主机到目标机的调试通道组成。提供调试工具对目标机上运行的程序进行调试。10、目标系统: 1.名词解释RISC：英文全称是 Reduced Instruction Set Computer，中文是精简指令集计算机。特点是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水线技术。CISC： Complex Instruction Set Computer 复杂指令计算机GPIO：General Purpose Input Output （通用输入/ 输出）简称为 GPIO，或总线扩展器，利用工业标准 I2C、SMBus 或 SPI 接口简化了 I/O 口的扩展。MTBF： Mean Time Between Failure 平均无故障时间，是衡量一个产品的可靠性指标。E2PROM：EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，电可擦可编程只读存储器。EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory 可擦除可编程只读存储器。DSP: digital signal processor 数字信号处理器gcc: GNU Compiler Collection GNU 编译器套件gpl: General Public License GNU 通用公共许可证MIPS: Million Instructions Per Second 单字长定点指令平均执行速度 DMA: Directional Memory Access 直接内存访问A/D：将模拟信号转换成数字信号的过程称为模数转换（Analog to Digital）或称 A/D 转换。能够完成这种转换的电路称为模数转化器（Analog Digital Converter） ，简称 ADC.D/A：将数字信号转换成模拟信号的过程称为数模转换（Digital to Analog）或称 D/A 转换。能够完成这种转换的电路称为数模转化器（Digital Analog Converter） ，简称 DAC.（1）RTOS（2）CISC （3）Kernel（4）Scheduler （5）non-preemptive简答题：1、国内对于嵌入式系统的定义是什么？以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 2、什么是实时系统？根据实时性，嵌入式操作系统有哪些类型？一个优先级高的任务能够获得立即的、没有延迟的服务，它不需要等候任何其它任务，而且在得到 CPU 使用权后，可一直执行到工作结束或有更高级的进程出现为止。或：一个能够在指定的或确定的时间内，实现系统功能和对外部或内部、同步或异步事件作出响应的系统。或：系统内有多个程序运行，每个程序有不同的优先级，只有最高优先级的任务才能占有 CPU 的控制权。强实时系统，其系统响应时间在毫秒或微秒级（数控机床） ；一般实时系统，其系统响应时间在毫秒几秒的数量级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些（媒体播放） ；弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长。3、选择嵌入式操作系统原则有哪些？市场进入时间；可移植性；可利用资源；系统定制能力；成本； 中文内核支持 4、列举三种以上常见的嵌入式操作系统。Linux、uClinux 、VxWorks 、WinCE 、ThreadX、uCOS-II、PalmOS、Symbian 、android。5、嵌入式系统有什么特点？完成某一项或有限项功能；在性能和实时性方面有严格的限制；能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素；占有资源少、易于连接；系统功能可针对需求进行裁剪、调整，以便满足最终产品的设计要求。6、列举一些典型的嵌入式系统应用。1、国防军事领域：各种武器控制、军用飞机等军用电子装备； 2、工业控制：工业自动化设备； 3、交通管理：车载导航； 4、信息家电：冰箱、空调等7、简述 ARM 处理器种类及特点。特点：1)体积小，低功耗，低成本，高性能；2)支持 Thumb（16 位）/ARM（32 位）双指令集，能很好的兼容 8 位/16 位器件；3)大量使用寄存器，指令执行速度更快；4)大多数数据操作都在寄存器中完成；5)寻址方式灵活简单，执行效率高；6)指令长度固定。 种类：ARM7 系列，ARM9 系列，ARM9E 系列，ARM10E 系列，SecurCore 系列，Inter的 Xscale，Inter 的 StrongARM。8、简述 S3C44B0X 的体系结构。集成了手持设备和通用嵌入式系统应用的解决方案； 16/32 位 RISC 体系结构和 ARM7TDMI 处理器内核强大的指令体系； Thumb 代码压缩机，最大化代码密度同时保持了 32 位指令的性能； 基于 JTAG 的片上集成 ICE 调试方式支持解决方案； 328 位硬件乘法器； 实现低功耗 SAMBALL 的新型总线结构。*S3C44B0X 共有 160 个引脚，赛用 LQFP、FBGA 等封装形式，主要分为总路线控制信号、各类元器件接口信号以及电源始终控制信号等。9、S3C44B0X 的 A/D 转换器的类型是什么？共具有几路 A/D 转换器？逐次逼近型。8 路模拟信号输入的 10 位模/数转换器（ADC） 10 、嵌入式系统同通用型计算机系统相比具有哪些特点？1、用于特定的任务（专用的计算机系统）2、比通用 PC 系统资源少3、极其关注成本、大多有功耗的要求、集成度高体积小4、运行环境广泛5、软件硬件可靠性要求更高（具有系统测试和可靠性评估体系）6、相关产品具有较长的生命周期 7、软件要求固态化存储 （ROM、EPROM 、EEPROM 或 FLASH）8、有实时的要求（使用 RTOS）9、需要专用开发工具和方法进行设计10、片上包含专用调试电路11、 与 SDRAM 相比，Flash 在 ARM 系统中的主要作用是什么？作为一种非易失性存储器，Flash 在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等12、 嵌入式 Linux 与其他嵌入式操作系统相比，有哪些优点和缺点？精简的内核，性能高、稳定，多任务。适用于不同的 CPU，支持多种体系结构，如 X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC 等。能够提供完善的嵌入式 GUI 以及嵌入式 X-Windows。提供嵌入式浏览器、邮件程序、MP3 播放器、MPEG 播放器、记事本等多种应用。提供完整的开发工具和 SDK，同时提供 PC 上的开发版本。用户可定制，可提供图形化的定制和配置工具。支持常用嵌入式芯片的驱动，支持大量的周边硬件设备，驱动丰富。针对嵌入式的存储方案，提供实时版本和完善的嵌入式解决方案。完善的中文支持，强大的技术支持，完整的文档。开放源码，丰富的软件资源，广泛的软件开发者的支持，价格低廉，结构灵活，适用面广。优点有：开放源代码、免费、开发周期短等；缺点是实时性较差。13、 简单描述 ARM 内核的四个功能模块，各自具备什么功能特点？ARM 内核有四个功能模块 T、D、M、I，可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产ARM 芯片。T 功能模块表示 16 位 Thumb，可以在兼顾性能的同时减少代码尺寸。M 功能模块表示 8 位乘法器。D 功能模块表示 Debug，该内核中放置了用于调试的结构，通常它为一个边界扫描链JTAG，可使 CPU 进入调试模式，从而可方便地进行断点设置、单步调试。I 功能模块表示 EmbeddedICE Logic，用于实现断点观测及变量观测的逻辑电路部分，其中的 TAP 控制器可接入到边界扫描链。14、 设计 ARM 硬件电路板一般有哪些特点和原则？（1）新型的和适合应用场合的 ARM 提高系统的程序效率；（2）低功耗器件和贴片封装，降低功耗和提高抗干扰；（3）通用型平台，减小开发成本和开发周期；（4）充分利用富余端口，有利于产品的升级；（5）单芯片解决方案；（6）LED 方便调试。15、 用预处理指令#define 声明一个常数，用以表明 1 年中有多少秒（忽略闰年问题） 。#define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL16、 在 ARM 硬件系统中，最耗电的模块是什么？显示设备的耗电最多，如 TFT LCD/LED。17、列举一些典型的嵌入式系统应用。18、 嵌入式 uC/OS 的特点和应用。uC/OS-II 是一个非常小巧的实时操作系统；整个代码分为内核层以及移植层，这样使得它的植性很方便。采用抢占式调度策略，保证任务的实时性。能够管理多达 64 个任务。提供了邮箱、消息队列、信号量、内存管理、时间管理等系统服务。医疗器械；移动电话；路由器；工业控制；GPS 导航系统；智能仪器更多特点：公开源代码、可移植性、可固化、可裁剪、占先式、多任务、可确定性、任务栈、系统服务、中断管理、稳定性与可靠性。 应用：航空电子设备、医药、手持设备、路由、高端音箱设备、洗衣机等19、 简述 ARM 微处理器的七种运行模式。1、User:非特权模式，大部分任务执行在这种模式正常程序执行的模式2、FIQ:当一个高优先级(fast) 中断产生时将会进入这种模式高速数据传输和通道处理3、IRQ:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式通常的中断处理4、Supervisor:当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式供操作系统使用的一种保护模式5、Abort: 当存取异常时将会进入这种模式虚拟存储及存储保护6、Undef: 当执行未定义指令时会进入这种模式软件仿真硬件协处理器7、System: 使用和 User 模式相同寄存器集的特权模式特权级的操作系统任务20、简述 C/OS-操作系统的移植条件。处理器的 C 编译器能产生可重入代码 在程序中可以打开或者关闭中断 处理器支持中断，并且能产生定时中断（通常在 101000Hz 之间） 处理器支承能够容纳一定量数据的硬件堆栈 处理器有将堆栈指针和其他 CPU 寄存器存储和读出到堆栈（或者内存）的指令 分析题：1、 分析嵌入式系统的发展趋势。1、嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系 统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持； 2、网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构更加复杂； 3、网络互联成为必然趋势； 4、精简系统内核、算法，降低功耗和软硬件成本； 5、提供友好的多媒体人机界面。嵌入式实时操作系统正向实时超微内核(Nanokernel) 开放发展。即将传统操作系统中的许多共性的东西抽象出来构成操作系统的公共基础即微内核，真正具体的操作系统功能则由构造在微内核之外的服务器实现。开发环境向开放的集成化的方向发展；需要强有力的交叉开发工具系统的支持2、 分析嵌入式系统的工程步骤及开发流程。A 确定产品需求,B 选择开发方案：选择主要芯片，确定编程语言，选择开发环境，RTOS的使,测试工具与其他辅助设备。C 设计与调试 D 测试 E 产品或 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。 或需求分析阶段，a 对问题的识别与分析 b 指定规格说明文档 c 需求评审 设计阶段，a 数据流分析 b 划分任务 c 定义任务间的接口 生成代码阶段，a 代码编程 b 交叉编译与链接 c 交叉调试 d 测试 固化阶段。4、分析嵌入式系统应用领域。1 家用市场：机顶盒、掌上电脑、DVD、MP3、数码相机、数字电视、WebTV 、网络冰箱、网络空调、家庭网关、智能家用电器、车载导航器系统，机器人等2 通信市场：电话交换系统，电缆系统，卫星和全球定位系统（L3D） ，数据交换设备，移动电话等3 工业市场：制造工厂，污水处理系统，发电站和电力传输系统，自动化工厂，控制系统开发，维护和测试的工具，石油提炼和相关的贮运设施，建筑设备，计算机辅助制造系统，能源控制系统，核电站，机器人系统等4 商业和金融市场：自动柜员机，信用卡系统，售货端系统，安全系统等5 办公市场：网络可视电话系统，传真系统，复印机，计时系统照相机，摄象机6 运输市场:航空、铁路、公路运输系统，燃料服务，航空管理，信令系统，雷达系统，交通指挥系统，停车系统，售票系统，乘客信息系统，检票系统，行李处理系统，应急设备等7 建筑市场:电力供应，备用电源和发电机，火警控制系统，供热和通风系统，电梯和升降系统，车库管理，安保系统，电子门锁系统，楼宇管理系统，闭路电视系统，电子保险柜，警铃等8 医疗市场:心脏除颤器，心脏起搏器，患者信息和监视系统，MN 光设备，理疗控制系统，电磁成像系统等9 军事工业：武器控制，夜视扫描，全球定位，指挥通讯10 航空航天：火箭发射的主控系统，卫星信号测控系统，飞机上的飞控系统，瞄准系统，自动环境感知，实时视频拍摄，数据采集等。名词解释：（1）硬实时：通常将采用优先级驱动的、具有时间确定性的、可抡占调度的 RTOS 而设计的实时系统称为硬实时系统。(2)优先级驱动：在一个多任务系统中，正在运行的任务总是优先级最高的任务。在任何给 定的时间内，总是把处理器分配给最高优先级的任务。(3)优先级反转：当一个任务等待比它优先级低的任务释放资源而被阻塞时，就会发生优先级反转。优先级继承技术可以解决优先反转问题。(4)优先级继承：当优先级反转发生时，较低优先级任务的优先级被暂时提高，以匹配较高优先任务的优先级。这样，就可以使较低优先级任务尽快地执行、并且释放较高优先级所需要的资源。(5)实时执行体：实时执行程序包括一套支持实时系统所必需的机制，如多任务支持、CPU调度、通信和存储分配等。在嵌入式应用中，这一套机制被称为实时操作系统或实时执行体或实时内核。VxWorks 就是一个实时执行体，编程人员根据实时执行体基础构造自己的应用。 (6)重调度过程：重调度过程是一段系统程序，用于判定任务优先级和任务的执行状态。一旦任务的状态发生变化，就会引起切换(7)任务：RTOS 中的任务相当于一般操作系统的进程，一个任务就是 RTOS 的一个可以独立运行的例程。在程序设计时，任务被设计成无限循环程序（过程）(8)任务上下文：任务上下文是指一个未运行的任务的状态，如堆栈指针、计数器、内存字段和通用寄存器等。(9)高度延迟：(调度延时)(10)可伸缩的体系结构：可伸缩的体系结构是指一个软系统能够支持多种应用而无需在接口上做很大的变动。这种结构往往提供可选用的系统组件，供开发者量体裁衣。（11）中断延迟：中断延迟是指中断发生到开始执行中断处理程序的这一段时间。（12）互斥：互斥是用于控制多任务对共享数据进行顺序访问的同步机制。在多任务应用中，当两个或更多的任务同时访问一数据区时，就会造成访问冲突。互斥能使它们依次访问共享数据而不引起冲突。 （13）抢占：抢占是指当系统在处于核心态的内核运行时，允许任务重新调度。也就是说，一个正在执行的任务可以被打断而让另外一个任务运行，这提高了应用对外部中断的响应性。许多 RTOS 都是以抢占方式运行，但不是说调度在任何时候都是可以发生的。例如，当 RTOS 的一个任务正在通过系统调用访问共享数据时，重新调度和中断都是不允许的。（14）RISC 体系结构：RISC 的基本设计思想是为了使计算机的结构更简单，运算速度更快，保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令；采用 Load/Store 结构，以减少指令格式，统一存储器访问方式；采用硬接线控制代替微程序控制RISC 体系结构有如下特点：a 具有大量的寄存器，大多操作都在寄存器中完成；b 寻址方式灵活简单，执行效率高；c 通过载入和存储指令访问存储器；d 采用固定长度的指令格式；e 所有的指令都可以条件执行，以提高指令执行效率；f 同一条数据处理指令中包含算术逻辑单元处理和移位处理；g 使用地址自动增加（减少）来优化程序中的循环处理；h 载入和存储指令可以批量传输数据，从而提高数据传输效率。（15）立即寻址：操作数本身就在指令中给出，只要取出指令也就取到了操作数，这个操 作数被称为立即数。如：ADD R0,#1（16）寄存器寻址：利用寄存器中的数值作为操作数。如：ADD R0,R1,R2（17）寄存器间接寻址：以寄存器中的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器。如：ADD R0，R1， 【R2 】 ；R0=R1+【R2】 （18）基址变址寻址：将寄存器（该寄存器一般称做基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单元。如：LDR R0， 【R1，#4】 ；R0=【R1+4】（19）多寄存器寻址：一条指令可以完成多个寄存器值的传送。（20）相对寻址：以程序计数器 PC 的当前值为基地址，指令中的地址标量作为偏移量，将两者相加后得到操作数的有效地址。（21）堆栈寻址：堆栈是一种数据结构，按先进后出（FILO，First In Last Out）的方式工作，使用一个称做堆栈指针的专用寄存器指示当前的操作位置，堆栈指针总是只向栈顶。（22）进度调试：（23）内存管理：在 LINUX 内核中，内存管理子系统允许多个进程安全地共享主内存区域。逻辑上分为两部分：硬件无关：提供进程的映射和虚拟内存的对换。硬件相关：为内存管理硬件提供了虚拟接口。（24）虚拟文件系统：在 LINUX 内核中，VFS 避开了各种硬件的具体细节，为所有硬件提供统一的接口。（25）信号：用于通知接收进程有某种事件发生。（26）管理：（管道）管道就是一种把一个进程的标准输出与另一个进程的标准输入相连接的方法。（27）报文队列：是消息的链接表，包括 POSIX 消息队列、System V 消息队列等。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读取队列中的消息。（28）共享存储段：即允许一个或多个进程通过在它们的虚地址空间中同时出现的存储区进行通信。（29）信号量：主要作为进程之间及同一进程不同线程之间的同步手段。（30）TCP（传输控制协议）：是基于连接的协议，是在需要通信的两个应用程序之间建立起一条虚拟的连接线路，而在这条线路间可能会经过很多子网、网关和路由器。TCP 协议保证在两个应用程序之间可靠地传送和接收数据，并且可以保证没有丢失的或者重复的数据包。（31）IP（网际协议）：IP 工作在网络层，是 TCP/IP 协议族中最为核心的协议，其他的协议可以利用 IP 协议来传输数据。TCP 和 UDP 数据都以 IP 数据包格式传输，IP 信息封装在IP 数据包中。每一个 IP 数据包都有一个 IP 数据头，其中包括源地址和目的地址，一个数据校验和，以及其他一些有关的信息，（32）UDP ：UDP 协议是一种无连接、不可靠的传输层协议。使用该协议只是把应用程序传来的数据加上 UDP 头包括端口号、段长等字段，作为 UDP 数据包发送出去，但是并不保证数据包能到达目的地，其可靠性由应用层来提供。（33）软实时：软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好。问答题:1着重学习有关：嵌入式系统的概念、组成及特点。嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统包括硬件和软件两个部分，硬件包括处理器、存储器、外设 2 器件、I/O 端口和图形控制器等。软件包括嵌入式操作系统和应用软件编程两大部分和 4 个层次即设备驱动接口、实时操作系统、可编程应用接口、应用软件。 嵌入式系统的主要特点a 通常含有面向特定应用的嵌入式 CPU。b 是计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合的产物。c 其硬件和软件的设计效率要高。d 与具体应用紧密结合，其升级换代也与具体产品同步进行，因此生命周期较长。e 其软件均固化在存储芯片或单片机中，因此，速度和可靠性较高。f 不具备独立开发能力，必须借助外部开发工具或系统进行设计，因此用户不能对其中的程序功能进行修改。2着重学习有关：嵌入式系统的软件组成部分，以及它们之间的相互关系。嵌入式系统分为两大部分，4 个层次。嵌入式操作系统：如 VRTX、 pSOS、VxWorks、Windows CE、EPOC、Linux、PALM 、 OS9、Java CHORUS OS、 QNX、NAVIO应用软件:为不同应用而编写的软件。4 个层次：（1）设备驱动接口（DDI，Device Driver Interface）-负责嵌入式系统与外部设备的信息交互；（2）实时操作系统（RTOS，Real Time Operation system）基本模块：是操作系统的核心，负责整个系统的任务高度，存储分配、时钟管理和中断管理，提供文件、图形用户界面（GUI，Graphics User Interface）等基本服务。扩展模块：提供操作的扩展功能，包括网络、数据库等。（3）可编程应用接口（API，Application Programmable Interface）也称为编程中间件、应用中间软件，是为编制应用程序提供的各种编程接口库。（4）应用软件-针对不同就用而由开发者自己编写的软件。3着重学习有关：在嵌入式系统中，嵌入式微处理器子系统与存储器系统之间的连接信号 。4着重学习有关：R14 寄存器的作用，以及在使用时应该注意的问题。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） 。注意的问题：当发生异常嵌套时，这些异常之间可能会发生冲突，R14 寄存器中的 PC值将被覆盖，导致程序不能返回。5着重学习有关：R13 寄存器的作用。R13 寄存器在 ARM 指令中常用作堆栈指针。当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入 R13 所指向的堆栈；而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。6着重学习有关：嵌入式操作系统中所采用的任务控制方式。不同嵌入式操作系统中，任务可为进程或者是线程。操作系统采用任务控制块（TCB）对任务进行操作控制。所谓 TCB，就是在操作系统中用来描述和管理一个任务的数据结构。系统为每个任务都维护了一个相应的 TCB，用来保存该任务的各种相关信息。 TCB 内容包括任务的管理信息、CPU 上下文信息和资源管理信息。对整个任务的管理就是通过对每个任务的 TCB 操作实现的，具体来说，当需要创建