嵌入式系统-复习大纲.doc

1. 什么是嵌入式系统？与通用计算机相比，嵌入式系统有哪些特点？简单地讲,嵌入式系统是嵌入到对象体中的专用计算机系统.广义的讲,一个嵌入式系统就是具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体.即以应用为中心的,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。特点：专用性、多样性、功耗低、体积小、可靠性、健壮性、实时性、操作系统内核小、创新性、生命周期长、可裁剪性。需要专门的开发环境和工具。2. 嵌入式处理器有哪几类？试举例说明。SOC,SOPC 嵌入式处理器划分为：嵌入式微控制器MCU（MCS-251）、嵌入式微处理器MPU(ARM/StrongARM)、嵌入式数字信号处理器DSP(TMS320C2000/C5000/C6000)、片上系统SoC和片上可编程系统SoPC(M-Core).片上系统SoC是IC设计的发展趋势。采用SoC设计技术，可以大幅度的提高系统的可靠性，减小系统的面积，降低功耗和系统成本，极大地提高了系统的性能价格比。可编程片上系统是使用FPGA作为物理载体进行芯片设计的技术。是一种特殊的嵌入式系统，基于SoPC的嵌入式系统设计把SoC设计和当前最流行的嵌入式系统结合起来，使之具有广泛的应用前景。主要的特点是：首先它是片上系统，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能。其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁剪、可扩充、可升级、并具有软硬件在系统可编程的功能。3. 嵌入式系统的硬件、软件各由哪些部分组成.硬件部分由基于ARM内核的微处理器、电源电路、内存储器。看门狗及复位电路。人机交互和其他输入输出接口电路组成。软件部分由驱动层、OS层和应用层3部分组成。4. 目前常见嵌入式操作系统有哪些？(1) VxWorks(2) Windows CE(3) 嵌入式Linux(4) 嵌入式实时内核uC/OS(5) Palm OS(6) QNX5. ARM微处理器有何特点，RISC处理器的特征与其指令特点(1) 小体积、低功耗、低成本、高性能。(2) 支持Thumb（16位）指令集和ARM（32位）指令集，能很好兼容8位/16位器件。(3) 使用大量的寄存器，是执行速度加快。(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。RISC处理器的特征和指令特点：（1） 固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有23种；（2） 使用单周期指令，便于流水线操作执行；（3） 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。6. ARM的thumb指令的特点Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30%40%以上的存储空间，同时具有32位代码的所有优点。7. ARM微处理器的工作状态、存储格式、指令流水线。工作状态：分为Thumb状态和ARM状态，并可在这两种状态之间转换。存储格式：分为大端格式和小端格式。大端格式：字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存储在高地址中。小端格式： 字数据的高字节存储在高地址中，而字数据的低字节则存储在低地址中。指令流水线：ARM系列微处理器普遍采用多级流水线技术，在ARM7系统中使用3级流水线，分别为取指、译码和执行。8. 七种处理器模式各有何属性，切换的条件。（1） 用户模式：用于正常执行的程序.（2） 快速中断模式:当一个高优先级中断产生时将会进入这种模式,用于高速数据传输或通道处理.（3） 外部中断模式:当一个低优先级中断产生时间会进入这种模式,用于通用的中断处理.（4） 管理模式:当复位或软中断指令执行时会进入这种模式,是操作系统使用的一种保护模式.（5） 中止模式:当存取异常时将会进入这种模式,用于虚拟存储及存储保护.（6） 未定义模式: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） 系统模式:供需要访问系统资源的操作系统任务使用,运行具有特权的操作系统任务.处理器模式的切换方式:(1) 软件控制进行切换(2) 通过外部中断和异常进行切换9. ARM状态下包括哪些通用寄存器、状态寄存器。R13、R14、R15的作用。通用寄存器分为三类:(1) 未分组寄存器R0R7(2) 分组寄存器R8R14(3) 程序计数器PC(R15)状态寄存器分为两类:(1) 寄存器R16用作CPSR(当前程序状态寄存器).它可在任何模式下访问.(2) SPSR(备份的程序状态寄存器),当异常发生时,它用于保存CPSR的值,从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR.R13:通常用作堆栈指针.R14:也称作子程序连接寄存器或连接寄存器.在每一中运行模式下,都可用R14保存子程序的返回地址,当用BL或BLX指令调用子程序时,将PC的当前值复制给R14,执行完子程序后,又将R14的值复制回PC,即可完成子程序的调用返回.其他情况下,R14可作通用寄存器.R15:用作程序寄存计数器PC.在ARM状态下,位1:0为0,位31:2用于保存PC;在Thumb状态下,位0为0,位31:1用于保存PC.10. CPSR、SPSR寄存器中各位的作用，怎样对它们操作以改变各位状态。程序状态寄存器主要分为3部分:条件码标志位、控制位、保留位。（1） 条件码标志主要为CPSR的28:31,分别为N（Negative）,Z(Zero),C(Carry),V(Overflow)。1) N负数判断位。当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正数或零。2) Z结果零判断位。Z=1表示运算结果为零；Z=1表示运算结果不为零。3) C进位错位判断位。加法运算结果进位时，C=1，减法运算错位时，C=0-。移位操作的非加/减运算指令，C为移出的最后一位。4) V溢出判断位。加减法运算指令，V=1表示符号位溢出。（2） 控制位1) 中断禁止位I，F：当I=1时，禁止IRQ中断；当F=1时,禁止FIQ中断。2) T标志位：对于ARM体系结构v5及以上版本的T系列处理器，当T=0时表示程序运行ARM状态；T=1时表示程序运行Thumb状态。对于ARM体系结构v5及以上版本的非T系列处理器，当T=0时表示程序运行ARM状态；T=1时表示执行下一条指令以引起未定义的指令异常。3) 运行模式位M4:0：用于决定处理器的运行模式。（3） 保留位PSR中的其余位为保留位，当改变PSR中的条件码标志位或控制位时，保留位不要被改变，在程序中也不要用保留位来存储数据。11. ARM有哪些异常？ARM微处理器如何处理异常？ARM异常类型按优先级高到低排列：复位、数据中止、FIQ（快速中断）、IRQ（中断）、指令预取中止、未定义指令和软件中断。（1） 将下一条指令的地址存入相应连接寄存器LR，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。（2） 将CPSR复制到相应的SPSR中（3） 根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位（4） 强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。12. 异常向量表存放在哪里，各地址值？。异常向量表存放在内存的底层，固定的存储器中异常进入模式地址复位管理模式0x0000 0000未定义指令未定义模式0x0000 0004软件中断管理模式0x0000 0008指令预取中止中止模式0x0000 000C数据中止中止模式0x0000 0010IRQIRQ0x0000 0018FIQFIQ0x0000 001C13. ARM指令格式。寻址方式有哪些？ARM指令特点：（1） 所有指令都是32位，都可以条件执行，大多数指令都在单周期内完成（2） ARM指令为加载/存储型（3） ARM指令可以分为5大类（4） ARM指令有9种寻址方式（5） ARM指令集可以通过协处理器扩展ARM指令编码格式：cond001opcodeSRnRdopcode2ARM指令语法格式：S ,寻址方式：寄存器寻址、立即寻址、寄存器偏移寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、多寄存器寻址、堆栈寻址、块复制寻址、相对寻址。14. 什么是指令的条件域？每一条ARM指令包含4位的条件码，位于指令的最高4位32:28。条件码一种有16种，每种条件码可用两个字符表示，这两个字符可加在指令助记符后面和指令同时使用。15. 在ARM的立即寻址方式下其立即数如何在指令编码中表示？操作数（立即数）就是指令中的操作码字段后面的地址码部分，也就是操作数本身在指令中，只要取出指令就取出了立即数。有效立即数immediate可以表示成：=immed_8循环右移（2 X rot）.在立即寻址当中，要求立即数以#位前缀，对于以十六进制表示的立即数，要求在#后加上0x或&；对于二进制表示的立即数，要求在#后加上0b.16. ADR和ADRL伪指令的作用，二者的区别是什么？LDR伪指令的作用是什么？其主要用途是什么？ADR伪指令读取小范围的地址ADRL伪指令读取中等范围的地址LDR伪指令读取大范围的地址ADR指令将基于PC相对偏移的地址值读取到寄存器中，在汇编编译源程序时，ADR伪指令被编译器替换成一条合适的指令。ADRL指令将基于PC相对偏移的地址值或基于寄存器相对偏移的地址值读取到寄存器中，在汇编编译源程序时，ADR伪指令被编译器替换成两条合适的指令。ADR和ADRL区别：ADRL伪指令比ADR伪指令可以读取更大范围的地址；ADRL除了将基于PC相对偏移的地址值读取到寄存器中还可以将基于寄存器相对偏移的地址值读取到寄存器中；在汇编编译源程序时，ADR伪指令被编译器替换成一条合适的指令，而ADR伪指令被编译器替换成两条合适的指令。LDR伪指令用于加载32位立即数或一个地址值到指定的寄存器。在汇编编译源程序时，LDR伪指令被编译器替换成一条合适的指令。若加载的常数未超过MOV或MVN的范围，则使用MOV或MVN指令代替该LDR伪指令，否则汇编将常量放入文字池，并使用一条程序相对偏移的LDR指令从文字池读出常量。17. 跳转、加载/存储指令、数据处理指令的常见使用方法。（堆栈操作，MOV, LDR,STR,LDM,STM 加减法，BX, ADR, LDR伪指令）（1） 跳转指令：B指令，BL指令，BX指令,BLX指令（2） 数据处理指令：1） 算术运算指令：ADD,ADC,SUB,SBC,RSB,RSC,MUL,MLA,UMULL,UMLAL,SMULL,SMLAL.2） 逻辑运算指令：AND,ORR,EOR,BIC3） 数据传送指令：MOV,MVN4） 比较指令:CMP,CMN5） 测试指令：TST,TEQ（3） 加载/存储指令：1） 单寄存器加载/存储指令：LDR,STR2） 多寄存器加载/存储指令：LDM,STM3） 寄存器和存储器数据交换指令：SWP18. ATPCS基本规则了解ATPCS基本规则：（1） 各寄存器的使用规则及相应的名称（2） 数据栈的使用规则（3） 参数传递的规则19. 画出开发嵌入式系统时，开发板与微机的连线图，弄清各连线的用途JTAG接口用途：（1） 初始化CPU内部所有寄存器（2） 加载串口驱动（3） 加载USB驱动（4） 加载网卡驱动USB接口用途：配合DNW.exe下载文件或外接应用设备。串口用途：一般配合DNW.exe或超级终端来监控板子运行情况，也可用作下载文件。很多情况下主要用来调试。 网口用途：用来下载数据，也完成网络通信。20. 嵌入式软件开发的交叉开发环境如何组成。ADS组成：编译器、链接器、符号调试器、fromELF、armar、CodeWarrior、调试器、C和C+库21. 嵌入式系统存储器有哪几种，它们的特点分别是什么.嵌入式系统存储器一共3种，分别是：（1） RAM（随机存储器）：可以被读和写，地址可以以任意次序被读（2） ROM（只读存储器）：在烧写数据后，无需外加电源老保存数据，断电后数据不丢失，但速度较慢，适合存储需长期保留的不变数据（3） Flash memory(闪速存储器)：是嵌入式系统中重要的组成部分，用来存储程序和数据，断电后数据不会丢失。22. s3c2410x的引脚OM1:0的作用。OM1:0在产品测试时可以将S3C2410A置于测速模式下。它还决定nGCS0使能区域的总线宽度，接在该引脚上的上拉或下拉电阻决定它在复位期间的逻辑电平。23. s3c2410x存储系统的特征，设置存储器系统涉及的内容。24. Nand-Flash 与Nor-Flash的区别（1） Nand Flash执行擦除操作十分简单，而Nor Flash则要求在进行写入前先要将目标块内所有位都写为0（2） Nor Flash的读速度比Nand Flash稍快些，但Nand Flash的写入速度比Nor Flash快很多。Nand Flash擦除单元更小，相应的擦除电路更少。（3） Nand Flash的单元尺寸几乎是Nor Flash的一半。（4） Nor Flash带有SRAM接口，Nand Flash使用复杂的I/O口来串行存取数据。25. S3C2410各个外围接口的功能26. IIC总线有关知识的了解 P22727. LCD有关知识的了解 P21828. 电阻式触摸屏有关知识的了解 P21129. Bootloader 的概念其功能，其初始化包含有哪些基本的操作Bootloader就是将操作系统内核复制到内存中运行的一段小程序。它在系统上电时开始执行，初始化硬件设备，准备好软件环境，最后调用操作系统内核。Bootloader的实现严重依赖与具体硬件，在嵌入式系统领域，为嵌入式系统建