嵌入式系统课后习题部分答案1.doc

第一章1-1.简述嵌入式系统的定义。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。1-2.简述嵌入式系统的组成。从体系结构上看，嵌入式系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成。其中嵌入式处理器通常是单片机或微控制器，支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显示部件等，嵌入式软件则包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、支撑软件及应用中间件等。嵌入式系统的组成部分是嵌入式系统硬件平台、嵌入式操作系统和嵌入式系统应用。嵌入式系统硬件平台为各种嵌入式器件、设备（如ARM 、PowerPC、Xscale、MIPS等）；嵌入式操作系统是指在嵌入式Linux、uCLinux、WinCE等。1-3.ARM7处理器使用的是（ARMv4）指令集。ARM7内核采用冯诺依曼体系结构，数据和指令使用同一条总线。内核有一条3级流水线，执行ARMv4指令集。1.4.Cortex-M3主要应用在哪些方向？ 主要用在平衡ARM的产品的性能和功耗，提高ARM的性能,降低其功耗1.5.简述StrongARM处理器和ARM处理器的关系 StrongARM是第一个包含5级流水线的高性能ARM处理器，但它不支持Thumb指令集1-6.ARM9采用的是（5）级流水线设计。存储器系统根据哈佛体系结构（程序和数据空间独立的体系结构）重新设计，区分数据总线和指令总线。1.7.简述ARM9和ARM9E的不同点 硬件处理器不一样指令集不一样 1.8.ARM11采用的是什么架构的指令 ARMv6嵌入式操作系统的特点 （1） 体积小（2） 实时性（3） 特殊的开发调试环境SecureCore处理器系列的特点 （1） 支持ARM指令集和Thumb指令集，以提高代码密度和系统性能（2） 采用软内核技术一提供最大限度的灵活性，可以防止外部对其进行扫描探测（3） 提供了安全特性，可以抵制攻击（4） 提供面向智能卡和低成本的存储保护单元MPU（5） 可以集成用户自己的安全特性和其它的协处理器第二章2-1.简述ARM可以工作在几种模式。ARM处理器共有7种工作模式：用户模式（User）、快速终端模式（FIQ）、外部中断模式（IRQ）、特权模式（svc）、数据访问中止模式（Abort）、未定义指令中止模式（Undef）、系统模式（System）。除用户模式外其他6种模式称为特权模式。在特权模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以任意地进行处理器模式切换。再除去系统模式，其余5种模式又称为异常模式。2-2.ARM核有多少个寄存器？ARM处理器有如下37个32位长的寄存器： （1）30个通用寄存器； （2）6个状态寄存器：1个CPSR（Current Program Status Register，当前程序状态寄存器），5个SPSR（Saved Program Status Register，备份程序状态寄存器）；（3）1个PC（Program Counter，程序计数器）。2-3.什么寄存器用于存储 PC和LR寄存器？寄存器R15称为程序计数器（Program Counter，PC），寄存器R14又被称为连接寄存器（Link Register，LR）。2-4.R13通常用来存储什么？R13（the Stack Point，SP，栈指向），用于存储堆栈指针。2-5.哪种模式使用的寄存器最少用户模式和系统模式2-6.CPSR的（第5位T位）反映了处理器的状态。P152-7.ARM有哪几个异常类型？P20ARM体系结构中，存在7种异常处理。复位异常、未定义指令异常、软中断、预取指令异常、数据访问中止异常、外部中断请求、快速中断请求。2-8.复位后,ARM处理器处于何种模式、何种状态？管理模式（svc），软中断和系统复位后进入管理模式，ARM状态（异常中断(Exception)处理。在进入异常中断后，内核自动切换到ARM状态。即在异常中断处理程序入口的一些指令是ARM指令，然后根据需要程序可以切换到Thumb状态，在异常中断处理程序返回前，程序再切换到ARM状态。 ARM处理器总是从ARM状态开始执行。因而，如果要在调试器中运行Thumb程序，必须为该Thumb程序添加一个ARM程序头，然后再切换到Thumb状态，调用该Thumb程序。）2-9.BIC指令有什么作用？BIC（Bit Clear）位清零指令，将寄存器Rn的值与第2个源操作数shifter_operand的值的反码按位做“逻辑与”操作，结果保存到Rd中。指令的语法格式 BICS ,2-10.当指令SWI指令时，会发生什么？软件中断指令（Software Interrupt，SWI）用于产生软中断，从而实现从用户模式变换到管理模式，CPSR保存到管理模式的SPSR中，执行转移到SWI向量，在其他模式下也可以使用SWI指令，处理器同样切换到管理模式。流水线的 概念和原理 流水线是RISC处理器执行指令时采用的机制。使用流水线，可在取下一条指令的同时译码和执行其他指令，从而加快执行的速度。可以把流水线看作是汽车生产线，每个阶段只完成专门的处理器任务。 流水线的分类3级流水线ARM组织 取指令 译码执行5级流水线ARM组织 取指令 译码执行缓冲/数据回写5级流水线ARM组织取指令发射译码执行存储 回写影响流水线性能的因素： 1互锁：一条指令的结果被用作下一条指令的操作数 2 跳转指令存储管理单元（MMU） 在创建多任务嵌入式系统时，最好有一个简单的方式来编写、装在及运行各自独立的任务。目前大多数的嵌入式系统不再使用自己定制的控制系统，而使用操作系统来简化这个过程。较高级的操作系统采用基于硬件的存储管理单元（MMU）来实现管理操作。 MMU提欧诺个的一个关键服务是使各个任务作为各自独立的程序在其自己的私有存储空间中运行。在带MMU的操作系统下，运行的任务无需知道其他与之无关的任务的存储需求情况，这就简化了各个任务的设计。 MMU提供了一些资源以允许使用虚拟存储器（将系统物理存储器重新编址，可将其看成一个独立于系统物理存储器的存储空间）。MMU作为转换器，将程序和数据的虚拟地址（编译时的连接地址）转换成实际的五物理地址，即在物理主存中的地址。这个转换过程允许运行的多个程序使用相同的虚拟地址，而各自存储在物理存储器的不同位置。 这样存储器就有两种类型的地址：虚拟地址和物理地址。虚拟地址由编译器和链接器在定位程序时分配；物理地址用来访问实际的主存硬件模块（物理上程序存在的区域）高速缓冲存储器（Cache） Cache是一个容量小但存取速度非常快的存储器，它保存最近用到的存储器数据副本。对于程序员来说，Cache是透明的。它自动决定保存哪些数据、覆盖哪些数据。现在Cache通常与处理器在同一芯片上实现。Cache能够发挥作用是因为程序具有局部性特性。所谓局部性就是只在任何特定的时间，处理器趋于对相同区域的数据（如堆栈）多次执行相同的指令（如循环）。 异常ARM体系机构中，存在7种异常处理。当异常发生时，处理器会把PC设置为一个特定的存储地址。这一地址放在被称为向量表的特定地址范围内。向量表的入口是一些跳转指令，跳转到专门处理某个异常或中断的子程序。存储器映射地址0x00000000是为向量表（一组32位字）保留的。在有些处理器中，向量表可以选择定位在存储空间的高地址（从偏移量0xffff0000开始）ARM的7种异常异常类型响应后处理器模式执行低地址执行高地址复位异常（Reset）管理模式0x000000000xFFFF0000未定义指令异常（Undefined interrupt）未定义指令中止模式0x000000040xFFFF0004软中断异常（Software Abort）管理模式0x000000080xFFFF0008预取异常（Prefetch Abort）数据访问中止模式0x0000000C0xFFFF000C数据异常（Data Abort）数据访问中止模式0x000000100xFFFF0010外部中断请求（IRQ）外部中断请求模式0x000000180xFFFF0018快速中断请求（FIQ）快速中断请求模式0x0000001C0xFFFF001C注：0x00000014 和0xFFFF0014被保留异常返回时，SPSR内容恢复到CPSR，连接寄存器R14的内容恢复到程序计数器（PC）异常的优先级优先级异常最高 1复位异常 2数据中止 3快速中断请求 4外部中断请求 5预取指令异常 6软中断最低 7未定义指令软中断异常和未定义指令异常享有相同的优先级异常处理向量表快速中断请求0x1C外部中断请求0x18保留数据异常0x10预取异常0x0C软中断异常0x08未定义指令异常0x04复位异常0x00当一个异常处理返回时，一共有3件事情需要处理: 通用寄存器的恢复、状态寄存器的恢复及PC指针的恢复。（ARM指令集请看附件）第三章3-1.比较ARM指令和Thumb指令的不同。P52 第一 第二段3-2.如何从ARM状态切换到Thumb状态？P54使用Bx指令3-3.在ARM汇编中如何定义一个全局的数字变量？P61GBLA、GBLL和GBLS伪操作用于定义一个ARM程序中的全局变量并将其初始化。其中GBLA伪操作用于定义一个全局的数字变量并初始化为0。格式为：GBLA3-4.ADR和LDR的用法有什么区别ADR的地址范围比较小，LDR的地址范围比较大3-5.AAPCS过程调用标准的内容是什么？（书上没有，一下为网上收集的内容，如果有听课的同学，请更正并通知大家）P89汇编程序，C程序及C+程序相互调用时，要遵守AAPCS规则。3-6.什么是内联汇编？什么是嵌入型汇编？两者之间的区别是什么？形式不一样3-7.汇编代码中如何调用C代码中定义的函数？P90Import语句3-8.C+代码中如何包含C头文件？从C+调用C头文件之前，C头文件必须包含在extern“C”命令中。（1） 在C+中使用系统的C头文件 ： 要包括标准的系统C头文件，如stdio.h,不必进行任何特殊的操作，由编译器自动包含标准C头文件（2） 在C+中使用自定义的C头文件：要包含自己的C头文件，用户必须将#include命令包在extern“C”语句中。第五章5-1.S3C2410核心电压是多少？ 1.8或者2.0V 内部存储器和外围设备供电电压为3.3V5-2.JTAG接口电路的作用是什么？ 主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试5-3.本章介绍的系统采用的是什么样的复位电路？ 系统监督复位芯片IMP811S5-4.Nor Flash的特点是什么？P134 1) Nor Flash带有通用的SRAM接口，可以轻松的挂接在CPU的地址、数据总线上，对CPU接口要求低。其特点是芯片内执行（XIP），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。2) 容量较小，一般在116M之间，但是价格要比 Nand Flash高。3) 不存在坏块问题，位翻转现象出现的几率较小。4) 寿命：擦写次数在十万次。5) 其升级比较麻烦，更换不同容量的器件时不方便。6) 读写性能：要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为1.，执行一个写入/擦除操作的时间约为5s，而Nand为4ms，但是读速度稍快一些。5-5.比较 Nand Flash和Nor Flash的不同 。（同上，见P134）6方面不同1接口对比2容量和成本对比3可靠性对比4寿命对比5升级对比6读写性能对比5-6.SDRAM的特点与作用是什么？ 特点：不具有掉电保持数据的性能，存储速度大大高于Flash存储器，具有读/写的属性。单位空间存储容量大，价格便宜。 作用：主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。5-7.MAX232的作用是什么？ 9针RS232信号电平转换5-8.S3C2410处理器上集成的A/D转换器性能参数是什么？