嵌入式系统复习提纲.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？嵌入式系统是嵌入到对象体中的专用计算机系统。它的三要素是嵌入、专用、计算机。嵌入式系统就是一个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，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：n 专用性，多样性n 功耗低，体积小n 可靠性，健壮性n 实时性，操作系统内核小n 创新性，生命周期长n 可裁剪性n 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。（1）MCU微控制器价格低廉，功能优良，处理能力非常有限。嵌入式工业的主流产品（2）MPU嵌入式微处理器和工业控制计算机相比，具有体积小、质量轻、成本低、可靠性高的优点。（3）DSP数字信号处理是专门用于信号处理方面的处理器，在其系统结构和指令算法方面进行了特殊设计。（4）SOC片上系统片上系统是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，减小体统的面积，降低功耗和成本，极大的提高了系统的性价比。（5）SOPC他是片上系统，即由单个芯片可以完成整个系统的主要逻辑功能。其次，他是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁剪，可扩充、可升级、具备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：由基于ARM内核的微处理器（内含外围接口电路）、电源电路、内存储器、看门狗及复位电路、人机交互和其他的输入输出接口电路组成。软件组成：操作系统、应用软件、驱动层软件4、目前常见嵌入式操作系统有哪些？ C/OS-II 嵌入式操作系统内核 VxWorks嵌入式实时操作系统 WinCE操作系统 Linux操作系统 Symbian操作系统 android操作系统 iPhone OS操作系统 WebOS操作系统 MeeGo操作系统5、ARM微处理器有何特点？ ARM的体系结构采用了RISC处理器设计技术,执行效率高. 体积小，功耗低，成本低，性能好 多寄存器结构，多数操作在寄存器中完成 指令长度固定，寻址方式灵活高效 两种指令集（16/32位） 具备在线仿真调试功能 多处理器模式RISC处理器的特征与其指令特点。（1） 在相同的集成规模下，RISC的CPU核在芯片上占的面积要小的多（2） 有利于减小芯片的尺寸和降低功耗，有利于扇热（3） 结构简单，开发成本低（4） 对于实时应用，RISC指令具有均匀划一并较小的执行长度，因此有利于可预测性，并且有利于缩短中断延迟特点：（1） 指令系统较少（2） 没有较长执行时间的指令（3） 编码长度固定（4） 只能对寄存器进行算术和逻辑操作，Load/Store体系结构（5） 采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序。6、ARM的thumb指令的特点。Thumb指令为16为长度。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，同时具备32位代码的所有优点。7、ARM微处理器的工作状态32位指令的ARM状态和16位指令的Thumb状态 ARM和Thumb之间状态的切换不影响处理器的模式或寄存器的内容。 ARM指令集和Thumb指令集都有相应的状态切换命令。 ARM处理器在开始执行代码时，只能处于ARM状态。 存储格式ARM存储器以8位为一个单元存储数据，每个存储单元分配一个存储地址。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：字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节存放在高地址中小端格式：低地址存放字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节指令流水线。三级流水线ARM的组织（取指级、译码级、执行级）五级流水线ARM的组织（取值、译码、执行、缓冲数据、回写）8、ARM七种处理器模式各有何属性，切换的条件。q 用户模式(usr)：ARM处理器正常的程序执行状态,大部分任务执行在这种模式。q 快速中断模式(fiq)：当一个高优先级(fast)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q 外部中断模式(irq)：当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式。用于通用的中断处理q 管理模式(svc)：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。q 中止模式（abt）：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。q 未定义模式（und）：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。q 系统模式（sys）：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由CPSR（当前程序状态寄存器）的低5位表达当前工作模式切换的条件：软件控制主动切换、某事件发生引起切换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。（选择题）通用寄存器包括R0-R15，可以分为三类。（1） 未分组寄存器R0-R7（2） 分组寄存器R8-R14（3） 程序计数器R15寄存器R16用作CPSR即当前程序状态寄存器，SPSR备份的程序状态寄存器R13常用作堆栈指针R14称作子程序连接寄存器或连接寄调用指令存器LR，当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15（程序计数器PC）的备份。R15用作程序计数器（PC）10、CPSR、SPSR寄存器中各位的作用，怎样对它们操作以及各位状态。N，Z，C，V均为条件标志位11、ARM有哪些异常？（1）复位异常（2）未定义指令异常（3）软件中断异常（4）指令预取中止异常（5）数据访问中止（6）外部中断请求IRQ（7）快速中断请求FIQARM微处理器如何处理异常？P40、41（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中的运行模式位（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？存在内存中，每个异常中断对应的中断向量表的4个字节的空间中存放一个跳转指令或者一个向PC寄存器中赋值的数据访问指令13、ARM指令格式。寻址方式有哪些？格式：指令类型名(条件名)(S) 目标操作数，源操作数1，2寻址方式：F 立即寻址F 寄存器寻址F 寄存器间接寻址F 基址加偏址寻址F 堆栈寻址F 块拷贝寻址F 相对寻址14、什么是指令的条件域？ARM指令根据CPSR中的条件位自动判断是否执行指令，在条件满足时，指令执行，否则指令被忽略。在ARM的指令编码表中，统一占用编码的最高四位31：28来表示“条件码”（即“cond”）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？第二个源操作数即为立即数，要求以“”为前缀，对于以十六进制表示的立即数，还要求在“”后加上“0x”。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？如何传送立即数？P82附近小范围的地址读取伪指令，ADR指令将基于相对偏移的地址值读取到寄存器中，在汇编编译过程中，伪指令被编译器替代成为一条合适的指令。伪指令，将基于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，比伪指令可以读取更大范围的地址。在汇编编译器编译程序时，被编译成两条合适的指令。，用于加载位立即数或一个地址值到指定的寄存器。若加载的常数未超过或的范围，则使用或者指令代替该伪指令，否则汇编器将常量放入文字池，并使用一条程序相对偏移的LDR指令从文字池读取常量。17、跳转、加载存储命令、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）18、ATPCS基本规则这些基本规则包括子程序调用过程中寄存器的使用规则、数据栈的使用规则和参数的传递规则了解。寄存器的使用规则 子程序间通过寄存器R0R3来传递参数 在子程序中，使用寄存器R4R11来保存局部变量。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4R7来保存局部变量 。 寄存器R12用作过程调用中间临时寄存器 寄存器R13用作数据栈指针，记作SP。 寄存器R14称为链接寄存器，记作LR。 寄存器R15是程序计数器，记作pc。数据栈的使用规则ATPCS规定数据栈为FD（满递减）类型，并且对数据栈的操作是8字节对齐的。参数的传递规则 子程序参数传递规则：当参数不超过4个时，可以使用寄存器R0R3来传递参数；当参数超过4个时，还可以使用数据栈来传递参数 子程序结果返回规则 结果为一个32位的整数时，可以通过寄存器R0返回；结果为一个64位整数时，可以通过寄存器R0和R1返回，依次类推。 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。20、嵌入式软件开发的交叉开发环境如何组成。21、嵌入式系统存储器有哪几种？存储器有SRAM，DRAM，ROM，Namd-Flash和Nor-FlashNand-Flash与Nor-Flash的区别，NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 NOR Flash 的特点是芯片内执行（XIP ，eXecute In Place），这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR 的传输效率很高，在14MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响到它的性能。 NAND的结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于Flash的管理和需要特殊的系统接口。通常读取NOR的速度比NAND稍快一些，而NAND的写入速度比NOR快很多在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD(Memory Technology Devices)。SRAM与DRAM。SRAM不需要刷新电路即能保存它内部的数据，而DRAM每隔一段时间就要刷新充电一次，否则内部数据会丢失。SRAM集成度较低，相同容量的DRAM内存设计为较小的体积，但SRAM体积较大，且功耗较低。22、s3c2410的引脚OM1:0的作用。其三种启动方式不同点。OM【1:0】在产品测试的时候，可以将S3C2410置于测试模式下，他还决定了nGCS0使能区域的总线宽度。上拉或者下拉电阻器可以决定复位期间的逻辑电平具有三种启动方式，由OMl：0管脚选择：在00时处理器从NAND Flash 启动；在01时从16位宽的ROM 启动；在10时从32位宽ROM启动。23、s3c2410存储系统的特征，设置存储器系统涉及的内容。设置的内容：24、s3c2410各个外围接口的功能：iic，iis，jtag，lcd。iis： 1) 1通道音频 IIS 总线接口，可基于 DMA方式工作； 2) 串行，每通道 8/16 位数据传输； 3) 发送和接收具备 128 字节(64 字节加64 字节)FIFO； 4) 支持 IIS 格式和 MSB-justified 数据格式。jtag：S3C2410X内置标准的JTAG接口的Embedded ICE调试模块。硬件仿真器可以通过JTAG接口对开发板进行在线仿真调试，也可以使用sjf2410等烧写工具通过JTAG接口对其扩展的Flash存储器进行编程。目前普遍使用标准的20针JTAG接口。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。通过JTAG接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前JTAG接口的连接有两种标准，即14针接口和20针接口。25、IIC总线有关知识的了解。n I2C总线是飞利浦公司开发的一种常用于将微处理器连接到系统的串行总线。n 常将其用于连接串行存储器和LCD控制器，D/A等功能扩展芯片。n 使用I2C总线接口有4种操作模式：主传送模式、主接收模式、从传送模式、从接收模式。 n 只使用两条线：串行数据线（SDL）用于数据传送， 串行时钟线（SCL）用于指示什么时候数据线上是有效数据。工作于全双工通信形式。26、LCD有关知识的了解。LCD的驱动控制通常由两种大类：一种是LCD显示屏后边有印刷板并在板上带有驱动芯片的LCD模块，显示寄存器。使用普通总线方式传送显示的数据.直接使用微处理器芯片上的内置LCD控制器来构造显示模块.使用其专用LCD接口实现数据输出n 像素:一个像素就是LCD 上的一个点，是显示屏上所能控制的最小单位。n 分辨率:指LCD 上象素的数目，用“横向点数纵向点数”，如：320240、640480 等。27、电阻式触摸屏有关知识的了解。最常见的触摸屏是电阻式触摸屏，其屏体部分是一块与显示屏表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层上面在盖有一层外表面硬化处理，光华防刮的塑料层，它的内表面也涂一层透明导电层。在两个导电层之间有许多细小（小于千分之一英寸）的透明隔离点把它们隔离绝缘。电阻式触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络。当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度。如有外力使得上下两层在某一点接触，则在另一层未加电压的电极上可以测的接触点处的电压。然后用模/数转换器来测量电压，以此得出位置。触摸屏通过交替使用水平和垂直电压梯度来获得x和y的位置。具体常用的有四线电阻式触摸屏。28、Bootloader的概念及其功能，系统上电之后，对系统进行初始化工作。关闭看门狗，改变系统时钟，初始化存储控制器，将更多的代码复制到内存中等。BootLoader程序的内容：n 处理器时钟，看门狗初始化n 异常向量表n 初始化存储器系统n 初始化堆栈,中断处理n 初始化有特殊要求的I/O端口、设备n 初始化C应用程序执行环境,进入C代码应用程序n 加载启动操作系统n 更新操作系统n 其他管理功能其初始化包含有哪些基本的操作？n 存储器的类型，总线宽度n 存储器的地址分布n 地址重映射n 存储器时序配置Bootloader中进行内存映射的目的。由于Flash的访问速度大大低于RAM，每次产生异常 后，都要从 Flash 的异常向量表跳转到相应的处理程序，会影响异常的响应速度，因此，系统便提供一种灵活的地址重映射方法，加快访问速度。29、Bootloader的烧写方式。n 使用ADS软件和ARM仿真器：先将编译后的Flash烧写程序加载到SDRAM中，运行Flash烧写程序，在指定Flash烧写的起始地址后，Flash烧写程序将从电脑上把编译好的Bootloader映像烧写到Flash的指定位置 n 使用专门的Flash编程器：将Bootloader写入Flash，然后将烧写完毕的Flash插入板子上，这是针对Flash还没有插入板子的情形n 使用Bootloader：这是针对Bootloader已经驻留在Flash的情形，可以通过Bootloader烧Bootloader，Bootloader之所以具有这种功能，是由Bootloader的分段执行特性决定的，当Bootloader在Flash中执行时，主要是把自身剩余的代码复制到SDRAM中，然后进入到SDRAM运行后就可以反过来更新Flash中的Bootloader映像了。如果Bootloader不分段一直在Flash中执行，同时又更新Flash中的数据，这样将造成逻辑错误。30、Bootloader启动流程。启动分为哪2个阶段，每个阶段主要完成的操作。由于BootLoader的实现依赖于CPU的体系结构，大多数BootLoader都分为stage1和stage2两个部分。依赖于CUP体系结构的代码，如设备初始化代码等，通常是党在stage1中，而且通常是用汇编语言实现的，已达到短小精悍的目的。而stage2则通常是由C语言来实现的，这样可以实现更复杂的功能，而且代码带具有更好的可读性和可移植性。第一阶段（stage1）：n 硬件设备初始化n 加载第二阶段的程序在RAM中n 设置堆栈n 跳转到第二阶段的C程序入口点第二阶段（stage2）：n 初始化本阶段要使用的硬件设备n 检测系统内存映射n 等待命令决定进入何种模式n 更新Linux：进入操作菜单，执行用户命令n 启动Linux：将Kernel映像和根文件系统映像从Flash拷贝到RAM中n 为内核设置启动参数n 调用内核31、嵌入式Linux应用系统的开发涉及的内容。1. 内核配置2. 内核的编译3. 根文件系统的构建4. 内核及文件系统的烧写32、ARM中的存储器管理单元MMU的作用是什么？MMU是存储器管理单元的