嵌入式习题答案

第一章练习题的答案1 .什么是嵌入式系统？ 请给出一些常见的嵌入式系统。答：根据国际电气电子工程师协会(IEEE )的定义，嵌入式系统控制、监控或辅助设备、机械、生产线的运行的装置(Devices used to control，monitor，orassitytheoperationofequipment，machinery or ) 这主要是从产品应用的角度来定义的，嵌入式系统是软件和硬件的集成体，可以看出它能够复盖机器等附属装置。目前我国科学家普遍认同的定义是嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件和软件可以削减，对功能、可靠性、成本、体积和功耗要求严格的专用计算机系统。常见嵌入式系统：手机、DVD、路由器、核磁共振仪、全自动洗衣机。2 .嵌入式系统与通用计算机的区别是什么？a:(1)以应用为中心的(2)基于计算机技术的(3)软件和硬件的削减可能性(4)系统的性能要求严格的(5)软件的固件化(6)需要专用的开发工具3 .嵌入式系统的发展分为哪个阶段？答：第一阶段：无操作系统嵌入算法的阶段。 第二阶段：基于嵌入式CPU的以简单操作系统为核心的嵌入式系统。 阶段3 :标记嵌入式操作系统的嵌入式系统。 第四阶段：基于互联网的嵌入式系统。4 .请列举嵌入式系统的主要应用领域。a:(1)工业控制领域(2)交通运输领域(3)家电产品(4)家电领域(5)通信领域(6)商业金融领域(7)环境监测领域(8)医疗领域(9)建筑领域(10 )军事防卫领域(11 )宇宙航空领域第二章练习题的答案1 .简述简单嵌入式系统与复杂嵌入式系统的主要区别。答：由于简单的嵌入式系统早已存在，并且这种嵌入式系统不太复杂，通常不使用操作系统，例如常用的单片机系统。 对于复杂的嵌入式系统，其开发模式发生了很大变化。 一个复杂的嵌入式系统不仅硬件系统的开发比单片机复杂得多，更重要的是该系统采用嵌入式操作系统，其应用软件的开发使用操作系统标准接口的计算机复杂的嵌入式系统具有更强大的功能，但是即使出现复杂的嵌入式系统，简单的嵌入式系统也不会消失。2 .简述嵌入式系统的体系结构。答：嵌入式系统从结构上看，分为嵌入式硬件系统和嵌入式软件系统两大部分。 嵌入式硬件层由嵌入式微处理器、嵌入式存储器系统、通用设备、I/O接口等构成。 嵌入式系统的软件层可分成大部分嵌入式os和嵌入式应用软件。3 .嵌入式处理器分为哪些类型？答：嵌入式微处理器包括嵌入式微控制器(MCU )、嵌入式微处理器单元和EMPU。 分为嵌入式数字信号处理器(EDSP )和嵌入式芯片上系统(System on Chip，SoC )四类。4. ARM中最常用的内置存储是什么？答： arm系统的内存分为片上内存和片上内存。 片内一般以RAM和SRAM为主。 切片外通常以Flash和SDRAM为中心。 嵌入式系统中常用的一些存储器包括Flash、SRAM、SDRAM、DDRSDRAM等。5 .嵌入式系统中最常用的外围设备接口是什么？答：串行接口UART、USB接口、IrDA红外线接口、串行外围设备接口(SPI )、I2C总线接口、CAN总线接口、以太网(以太网)等。6 .嵌入式系统中常用的输入/输出设备是什么？答：嵌入式系统的输入格式通常包括触摸屏、语音识别、键盘、键盘和虚拟键盘。 输出设备主要有LCD显示和语音输出。7 .请简述嵌入式操作系统的特点，并列出一些常见的嵌入式操作系统。a:(1)拆装性(2)强实时性(3)统一的接口(4)强稳定性、弱交互性(5)硬化代码。 典型的嵌入式操作系统包括Windows CE、VxWorks、C/OS和嵌入式linux。8 .简述嵌入式系统开发的特点。答：需要互开发工具与环境、硬件与软件的协同设计，嵌入式系统开发人员以应用专家为中心，要求软件提供固体化存储，软件代码要求高质量、高可靠性、系统软件的高实时性9 .简述嵌入式系统的开发周期。答案：10 .简述嵌入式系统开发与普通PC机软件开发的区别。答：系统软件开发模式可分为本地开发模式和交叉开发模式两种。 嵌入式系统的开发与普通PC机的软件开发大不相同，现有PC机的软件开发过程从程序的编制、编译、运行等过程全部在同一个PC机平台上完成，并在本地开发(native ) 的嵌入式开发的程序的创建和编译在与以往相同的PC机器(host )上进行，但编译的结果在嵌入式目标平台(target )上执行。 通常，在这样的主机上进行开发编译，在目标平台上进行调试的开发模型称为交叉开发。 在主机上运行的编译器(例如GCC )也将生成在目标上运行的可执行文件的编译过程称为交叉编译。 嵌入式系统之所以采用这样的交叉开发、交叉编译的开发环境，是因为嵌入式系统是专用的计算机系统，是以量体裁断的定制方法制造的。11 .简述汇/靶机的开发模式。答：交叉开发环境与在编译、链接和调试嵌入式应用程序的环境中运行嵌入式应用程序的环境不同，通常采用宿主机/目标模型。 主机主机(host )通常采用PC和工作站等通用计算机，通过串行(Serial )和以太网(Ethernet )接口与目标进行通信。 汇流排主机的硬体与软体资源丰富，不仅有功能强大的作业系统(例如Windows与Linux )，还有WindRiver的Tornado、Microsoft的Embedded Visual C等各种优异的开发工具目标机通常用于开发并调试嵌入式应用程序，以区分与嵌入式系统通信的宿主机。 目标计算机可以是嵌入式应用程序的实际运行环境，也可以是代替实际运行环境的模拟系统，但硬件和软件资源通常是有限的。 嵌入式系统的交叉开发环境通常包括交叉编译器、交叉调试器和用于生成可在主机上执行的代码的系统仿真器，其中，交叉调试器和系统仿真器可以在宿主机和目标机之间生成嵌入式软件的第三章练习题的答案1 .简述arm处理器的特点。答： arm处理器采用RISC体系结构，具有RISC的一般特点l采用大量寄存器，指令执行速度快l地址方式灵活简单，执行效率高l采用固定长度的指令格式l大多数数据操作是在寄存器中进行的，通过Load/Store的体系结构在内存和寄存器之间传输数据。因此，ARM处理器的核心较小，功耗也较低。 ARM处理器还采用了专门的技术来最大限度地减少芯片体积并降低芯片功耗，同时保证高性能。 这些技术包括：l在同一数据处理指令中包含算术逻辑处理部处理和移位处理利用l地址的自动增加(减少)，优化程序内的循环处理由于l Load/Store指令可以统一传输数据，因此提高了数据传输的效率l所有指令可基于前述指令的执行结果确定是否执行以提高指令的执行效率支持双指令集Thumb(16位)/ARM(32位)，与8位/16位设备兼容。2 .嵌入式RISC处理器ARM7TDMI中TDMI的基本含义是什么答：支持a:t:16位压缩指令集Thumb。 支持JTAG调试器并允许调试。 m :支持64位长乘法指令I :嵌入式跟踪宏单元(ICE )。3 .一般的ARM处理器系列是什么？答： arm处理器目前有许多系列，包括ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、Intel strong arm和Xscale，最新系列为ARM11系列。4. ARM处理器通常支持哪种数据类型？a:8位带符号字节型数据8位无符号字节型数据16位带符号半字型数据16位无符号半字型数据32位带符号字符类型数据32位无符号字体数据。5 .什么是大端模式？ 什么是小模式？ 请举例说明不同点。所谓大端模式，数据的低位存储在存储器的高位地址，数据的高位存储在存储器的低位地址。 小端模式是指数据的低位被存储在存储器的低位中而数据的高位被存储在存储器的高位中。 寄存器R1=0x时，分别以较小的模式和较大的模式存储在0x2000字单元中，下图分别是2个模式下存储器的存储内容。请简单说明ARM7TDMI采用哪一层流水线结构，并说明ARM状态下各阶段指令地址的关系。ARM7体系结构采用三级流水线，分为读取(fetch )、解码(decode )和执行(execute )。 程序计数器R15(PC )总是指示出来的指令，而不是指示正在执行的指令或解码期间的指令。 ARM状态下的指令时，PC值=当前程序执行位置。7 .简要介绍arm和THUMB状态之间的差异，以及从arm状态转换到THUMB状态的命令示例。a:ARM状态：处理器执行32位字对齐的arm指令Thumb状态：处理器执行16位半字对齐的Thumb命令。ARM指令集和Thumb指令集中有切换处理器状态的指令BX。从ARM状态迁移到Thumb状态：ADR R0，TSTART 1BX R08. ARM处理器的工作模式是什么特权模式？ 什么是异常模式？a:arm架构支持七种操作模式：用户模式(usr )、高速中断模式(fiq )、中断模式(irq )、管理模式(svc )、数据访问终止模式(abt )、系统模式(sys )以及命令中止模式(und ) 用户模式以外的6个处理器的动作模式称为特权模式。 用户模式和系统模式以外的5个处理器的动作模式称为异常模式(Exception Modes )9.ARM处理器有多少个寄存器？ 在所有动作模式下，哪个寄存器指向相同的物理寄存器？答： arm处理器包括37个物理上独立的寄存器，包括31个通用寄存器和6个状态寄存器。 R0-R12寄存器在所有动作模式下指向相同的物理寄存器。10 .简要阐述了cpsr寄存器控制位的作用。a:(1)禁止中断位I，f:I=1IRQ中断禁止f=1FIQ中断。 (2)T标志位：该位反映处理器的工作状态。 该位为1时，程序以Thumb状态运行，该位为0时，表示以ARM状态运行。 (3)运行模式位M4:0:M0、M1、M2、M3、M4为模式位。 这些位确定处理器的运行模式。11. ARM的异常中断包括哪些类型？ 优先顺序是什么样的？ 那些异常矢量地址是多少？答案：12 .处理例外时，ARM核心会做什么处理？答： arm处理器对异常中断的响应如下：(1)保存处理器的当前状态、中断掩码比特及各条件标志比特。 这是通过将当前的程序状态寄存器CPSR的内容保存到与执行的异常中断对应的SPSR寄存器中来实现的。 每个异常中断都有自己的物理SPSR寄存器。(2)设定与当前程序状态寄存器CPSR对应的位。 设置CPSR控制模式位，设置包括将处理器设置为正确执行模式的CPSR中的中断禁止位，在进入IRQ模式时禁止IRQ中断，而在进入FIQ模式时禁止FIQ中断。(3)将寄存器LR_mode设置为返回地址。(4)通过将程序计数器值(PC )设定为该异常中断的中断矢量地址，跳至相应的异常中断处理程序的执行。13 .异常结束时，ARM核心会进行什么样的处理？答： arm系统处理中断后，异常中断处理程序返回以下步骤(1)恢复被中断的程序的处理状态，即将SPSR_mode寄存器的内容复制到当前程序状态寄存器CPSR。(2)返回发生异常中断的指令的下一个指令执行。 即，将LR_mode寄存器的内容复制到程序计数器PC中。 由于整个应用程序系统由重置异常中断处理程序执行，因此不需要返回重置异常中断处理程序。第四章练习题的答案1 .请举出arm处理器的指令地址方式。 ARM指令集有哪种特定的地址方法？a:arm处理器具有9个基本地址方式，即立即地址、寄存器地址、寄存器移位地址、寄存器间地址、基地地址、多寄存器地址、堆栈地址、块复制地址、相对地址。 寄存器移位地址是ARM命令集特有的地址方式。2 .在arm数据处理指令中，第二个操作数是什么形式？答：第二个操作数的三种形式是： 即时数。 例如MOV R0、#0x0000F200； 寄存器方式，例如ADD R1、R1、R2； 寄存器移位方式： ANDS R1、R1、R2、LSL R3。3 .请分别导出调用子程序、子程序使用的命令，对使用的命令的动作过程进行简单说明。a :用bl命令调用子程序。 BL指令首先将以下指令的地址复制到R14 (即LR )连接寄存器中，并跳至指定的地址运行指令。 子程序返回的命令是M