嵌入式系统原理与应用习题解析

1.8 练习题 P141.选择题（1）A说明：嵌入式系统的发展趋势表现在以下几方面：1.产品种类不断丰富，应用范围不断普及2.产品性能不断提高3.产品功耗不断降低，体积不断缩小4.网络化、智能化程度不断提高5.软件成为影响价格的主要因素（2）D说明：常见的嵌入式操作系统: VxWorks，Windows CE、uC/OS-II和嵌入式 Linux。（3）A说明：VxWorks 是美国 WindRiver 公司于 1983 年开发的一种 32 位嵌入式实时操作系统。2.填空题(1) 嵌入式计算机(2) 微处理器 外围电路 外部设备(3) 板级支持包 实时操作系统 应用编程接口 应用程序(4) 嵌入式处理器 微控制器 数字信号处理器3.简答题（1）简述嵌入式系统的定义和特点答：定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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。特点：专用性强、实时性好、可裁剪性好、可靠性高和功耗低等。（2）简述计算机系统的发展历程第一阶段大致在 20 世纪 70 年代前后，可以看成是嵌入式系统的萌芽阶段；第二阶段是以嵌入式微处理器为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统；第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统，也是嵌入式应用开始普及的阶段；第四阶段是以基于 Internet 为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。（3）简述 MCU 和 DSP 的区别MCU 是微控制器， DSP 是数字信号处理器。MCU 相当于小型的电脑，内部集成的 CPU、ROM、RAM、I/O 总线，所以集成度高是它的特点。DSP 是专用的信息处理器，内部的程序是对不同的机器和环境进行特别优化，所以处理速度是最快的。2.4 练习题1. 填空题(1) ARM7 ARM9 ARM9E ARM10E ARM11(2) 精简指令集计算机(3) Samsung ARM920T IIC 总线 (4) BGA 显卡布线(5) 1.8V 3.3V(6) 8 128 1(7) S3C2410 64MB 64MB2. 选择题(1) D (2)C (3)A (4)B (5)B(6)C (7)D (8)C (9)C (10)B3. 简答题(1)ARM 和 S3C2410X 有什么关系?S3C2410 是韩国三星公司生产的嵌入式处理器,它采用了 ARM 公司的 ARM920T(即 ARM9)内核(2)ARM7 是 32 位 RISC 处理器，使用 3 级流水线，采用冯诺依曼体系结构,不支持 MMU。(3)ARM8 是 32 位 RISC 处理器，使用 5 级流水线，采用哈佛体系结构，支持 MMU。(4)S3C2410X 芯片有 27 根地址线，8 根片选线(nGCS)，32 根数据线。(5)S3C2410X 芯片内部集成了一个 LCD 控制器，SDRAM 控制器，3 个通道 UART，4 个通道 DMA，4 个具有 PWM 功能的计时器和一个内部时钟，8 通道的 10 位 ADC。(6)ARM 体系结构有哪几种工作状态？又有哪几种运行模式？其中哪些为特权模式？哪些为异常模式？并指出处理器在什么情况下进入相应模式？工作状态：第 1 种：ARM 状态。处理器执行 32 位的字对齐的 ARM 指令。第 2 种：Thumb 状态。处理器执行 16 位的半字对齐的 Thumb 指令。运行模式：用户模式(usr) 快速中断模式(fiq) 外部中断模式(irq)管理模式(svc) 数据访问中止模式(abt) 系统模式(sys)未定义指令中止模式(und)在这 7 种运行模式，除了用户模式外，其他 6 种处理器模式都为特权模式。在这 6 种特权模式中，除了系统模式外的其他 5 种特权模式又称为异常模式。用户模式：非特权模式，也就是正常程序执行的模式，大部分任务在这种模式下执行。在用户模式下， 如果没异常发生，不允许应用程序自行切换果没异常发生，不允许应用程序自行改变处理器的工作模式，如果有异常发生，处理器会自动切换工作模式。快速中断模式：支持高速数据传输和通道处理，当一个高优(fast)中断产生时将会进入这种模式。外部中断模式：也称为普通中断模式，当一个低优先级中断产生时将会进入这种模式。在这模式下按中断的处理器方式又分为向量中断和非向量中断两种。通常的中断处理都在 IRQ 模式下进行。管理模式：是一种操作系统保护模式，当复位或软中断指令执行时处理器将进入这种模式。数据访问中止模式：当存取异常时将会进入这种模式，用来处理存储器故障、实现虚拟存储或存储保护。系统模式：使用和 user 模式相同寄存器组的特权模式，用来运行特权级的操作系统任务。未定义指令中止模式：当执行未定义指令时会进入这种模式，主要是用来处理未定义的指令陷阱，支持硬件协处理器的软件仿真，因为未定义指令多发生在对协处理器的操作上。(7)ARM 体系结构支持的数据类型？有多少寄存器？如何组织？支持的数据类型：1.字节(byte)，各种处理器体系结构中，字节的长度均为 8 位。2.半字(half-word)，在 ARM 体系结构中，半字的长度为 16 位。3.字(word)，在 ARM 体系结构中，字的长度为 32 位。ARM 处理器共有 37 个寄存器，其中 31 个通用寄存器，6 个状态寄存器。(8)S3C2410 的存储控制器如何对内存空间进行管理？S3C2410X 存储控制器为片外存储器提供控制信号。它将系统的存储空间分成 8 组(Bank),每组的大小为 128MB,共 1GB。(9)分析程序状态寄存器各位的功能描述，并说明 C、Z、N、V在什么情况下进行置 1 和清 0状态寄存器(PSR)的具体格式为V溢出标志位对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制补码表示的带符号数时，V=1 表示符号位溢出，其它指令通常不影响 V 位。例如：两个正数(最高位为 0)相加，运算结果为一个负数(最高位为 1)，则符号位溢出，相应 V=1.C-进位或借位标志位 对于加法指令（包括比较指令 CMN） ，结果产生进位，则 C1，表示无符号数运算发生上溢出，其他情况下 C0； 在减法指令中（包括比较指令 CMP） ，结果产生借位，则 C0，表示无符号数运算发生下溢出，其他情况下 C1； 对于包含移位操作的非加/减法运算指令，C 中包含最后一次溢出位的数值； 对于其他非加/减法运算指令，C 位的值通常不受影响。Z-结果为 0 标志位 Z 1 表示运算结果是 0，Z0 表示运算结果不是零； 对于 CMP 指令， Z1 表示进行比较的两个数大小相等。 N-符号标志位 本位设置成当前指令运算结果的 bit31的值。当两个补码表示有符号整数运算时，N1 表示运算的结果为负数，N 0 表示结果为正数或零。(10)ARM 指令可分为哪几类？说出哪几条指令是无条件执行的。ARM 指令可分为： 数据处理指令，跳转指令，程序状态寄存器处理指令，加载/存储指令，协处理器指令 ，异常产生指令。 无条件执行指令：BLX 指令，BKPT 指令(产生软件断点中断)(11)如何实现两个 64 位数的加法操作，如何实现两个 64 位的减法操作，如何求一个 64 位数的负数？实现 64 位数据加法运算：假设 R0 和 R1 存放了一个 64 位数据（作为被加数） ，R0 存放数据的低 32 位；R2 和 R3 中存放了另一个 64 位数据（作为加数） ，R2中存放低 32 位数据。运算结果送回到R1：R0中（R0 中存放低 32位） 。 ADDS R0,R0,R2 ；低 32 位相加并影响标志位 ADC R1,R1,R3 ；高 32 位相加再加上 C 标志位 （进位值）实现 64 位数据减法运算：如果寄存器 R0 和 R1 中放置一个 64 位的被减数，其中 R0 中放置低32 位数值；寄存器 R2 和 R3 中放置一个 64 位的减数，其中 R2 中放置低 32 位数值。运算结果送回到R1：R0中（R0 中存放低 32 位）。 SUBS R0，R0，R2 ;低 32 位相减并影响标志位 SBC R1，R1，R3 ;高 32 位相减再减去 C 标志位的反码求一个 64 位数的负数：如果寄存器 R0 和 R1 中放置一个 64 位数，其中 R0 中放置低 32 位数值；寄存器 R4 和 R5 中放置其负数，其中 R4 中放置低 32 位数值。RSBS R4，R0 ，#0 0 减去低 32 位并影响标志位 RSC R5，R1，#0 0 减去高 32 位再减去 C 标志位的反码 4.程序题(1)分析下列每条语句，并说明程序实现的功能。CMP R0, #0 /判断 R0 是否等于 0MOVEQ R1, #0 /当 R0 等于 0，则 R1 等于 0MOVGT R1,#1 /当 R0 为正数时，则 R1 等于 1此功能码段可以判别 R0 中的值为正数还是 0。(2)写一条 ARM 指令，分别完成下列操作。R0 = 16 MOV RO, #16R0 = R1 / 16 MOV RO,R1,LSR#4R1 = R2 * 4 ADD R1,R2.R2.LSL#1R0 = - R0 RSB RO,RO,#0(3)写出实现下列操作的 ARM 指令。当 Z=1 时，将存储器地址为 R1 的字数据读入寄存器 R0。 MOVEQ R0, R1当 Z=1 时，将存储器地址为 R1+R2 的字数据读入寄存器R0。 LDREQ R0, R1,R2将存储器地址为 R1-4 的字数据读入寄存器 R0。LDR R0,R1,#-4 将存储器地址为 R1+R6 的字数据读入寄存器 R0，并将新地址 R1R6 写入 R1。LDR R0,R1,R6!(4)写出下列指令所实现的操作。LDR R2 ,R3,-2！将存储器地址为 R3-2 的字数据读入 R2，并将地址 R3-2 写入 R3 LDR R0 ,R0,R1将存储器地址为 R0 的字数据读入 R0，并将地址 R0+R1 写入 R0 LDR R1 ,R0,R2,LSL #2!将存储器地址为 R0+R2*4 的字数据读入 R1，并将地址 R0+R2*4 写入 R0 STRB R1 ，R2，#0xB0 R0 的低 8 位存入存储器地址为 R2+0xB0 字节中LDMIA R0 ，R1，R2，R8 将内存单元 R0 所指向的地址