《单片机及嵌入式系统原理》嵌入式部分（11至14章）习题答案 尹勇

参考答案第11章1.选择题【解答】：（1）下列产品中属于嵌入式系统的是(BCD)。A、巨型计算机B、智能电饭煲C、MP4D、路由器（2）以下哪个不是嵌入式系统设计的主要目标？（D）A、低成本B、低功耗C、实时要求高D、超高性能（3）属于RISC结构的处理器有（B）。A、ARM、x86、MIPS、PowerPC、SuperHB、ARM、MIPS、PowerPC、SuperHC、ARM、x86、MIPS、PowerPCD、ARM、x86、MIPS（4）μCOS-Ⅱ操作系统不属于（C）。A、RTOSB、占先式实时操作系统C、非占先式实时操作系统D、嵌入式实时操作系统（5）可用作嵌入式操作系统的有（A）。A、Linux（Vxworks，μC/OS-Ⅱ）B、Windows2000C、WindowsXPD、DOS2.判断题（1）嵌入式系统是一种通用型计算机系统。（×）（2）嵌入式系统的特点：系统内核小、专用性强、系统精简、高实时性、多任务的操作系统、需要专门的开发工具和环境（自身不具备开发工具和环境）。（√）（3）ARMCortex分成A、R和M三类，“A”系列面向尖端应用，“R”系列针对实时系统，“M”系列针对微控制器应用。（√）（4）相较于CISC，RISC只是简单地减少指令集中指令数量。（×）（5）嵌入式实时操作系统需要额外的ROM/RAM开销，也会增加CPU额外负荷和内核的开销。（√）3.简答题（1）简述嵌入式系统的发展历程。【解答】①20世纪70年年代---单片机（嵌入式的萌芽阶段）的出现；②20世纪80年代---实时操作系统内核的出现；③20世纪90年代---实时多任务操作系统的出现；④21世纪---面向Internet应用。（2）从技术的角度，嵌入式系统的定义是什么？【解答】从技术的角度定义：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。（3）从系统的角度，嵌入式系统的定义是什么？【解答】从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。（4）请解释嵌入式系统中“ARM”这个名词的含义。【解答】ARM(AdvancedRISCMachines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。（5）请列举目前应用比较广泛的ARM微处理系列。【解答】ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，目前应用比较广泛的系列是：ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、ARMCortex、SecurCore、Xscale等。（6）ARMCortex处理器包括哪几个系统？【解答】ARM11以后的产品改用Cortex命名，并分成A、R和M三类：①“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用---如：智能手机、平板电脑等。②“R”系列针对实时系统---如：汽车制动系统等。③“M”系列针对微控制器---如：STM32基于Cortex-M0/M3/M4核。（7）什么是RISC结构？【解答】精简指令集计算机（ReducedInstructionSetComputer，RISC）结构的产生是相对于传统的复杂指令集计算机（ComplexInstructionSetComputer，CISC）结构而言的。RISC指令系统相对简单，只要求硬件执行很有限且最常用的那部分指令，大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术，由简单指令合成。但是RISC不是简单地减少指令，而是把着眼点放在：使计算机的结构更加简单；合理地提高运算速度。（8）什么是实时操作系统（RTOS）？【解答】实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中，每个任务均有一个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。第12章1.选择题（1）使用开发工具进行嵌入式系统开发过程一般包括（ABC）。A.源代码编辑B.编译或汇编C.链接D.重构（2）开发嵌入式系统时，需要构建一个调试主机-目标机的开发环境。若目标机是裸机，那么为了调试和下载软件需要将调试仿真器连接到目标机的（）接口。（B）A．以太网B.JTAGC.SPID.串行（3）STM32在通过仿真器下载时，应选择（A）。A.主闪存存储器模式B.系统存储器模式C.内置SRAM模式D.外置SRAM模式（4）STM32在进行软件模拟仿真时，不需要（D）。A.编译生成目标文件B.将调试方式设置为软件模拟仿真方式C.进入软件模拟调试模式D.使用仿真器连接目标板2.判断题（1）一般来说，常用的开发工具会使用集成开发环境，其包含以下部分：编辑软件、编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、工程管理及函数库的集成开发环境。（√）（2）使用ST公司提供的STM32F10x标准外设库，可以像在标准C语言编程中调用printf()一样，在STM32F10x的开发中调用标准外设库的库函数，进行应用开发。（√）（3）根据STM32的启动模式，在通过串行口下载时，应选择系统存储器模式。（√）（4）对STM32进行硬件仿真时，不需要使用仿真器连接目标板。（×）3.简答题（1）嵌入式系统一般的开发过程包括哪些？【解答】嵌入式系统一般的开发过程包括：源代码编辑---生成源程序；编译或汇编---通过编译器或者汇编器生成目标代码文件；链接---通过链接器生成可执行文件。（2）嵌入式调试系统应包括哪些部分？有哪些调试方法？【解答】嵌入式调试系统应含调试主机、仿真器和目标板3个部分。调试方法一般有如下4种：指令集模拟器（软调试）；驻留监控软件；JTAG仿真器；在线仿真器（仿真头）。（3）KeilMDK-ARM开发环境有哪些主要特点？【解答】KeilMDK-ARM是适用于基于Codex-M、Codex-R4、ARM7和ARM9等处理器的集成软件开发环境。主要特点如下：完美支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列器件；行业领先的ARMC/C++编译工具链；确定的KeilRTX，小封装实时操作系统（带源码）；μVisionIDE集成开发环境，调试器和仿真环境；TCP/IP网络套件提供多种的协议和各种应用；提供带标准驱动类的USB设备和USB主机栈；为带图形用户接口的嵌入式系统提供了完善的GUI库支持；ULINKpro可实时分析运行中的应用程序，且能记录Cortex-M指令的每一次执行；关于程序运行的完整代码覆盖率信息；执行分析工具和性能分析器可使程序得到最优化；大量的项目例程帮助你快速熟悉MDK-ARM强大的内置特征；符合CMSIS(Cortex微控制器软件接口标准)。（4）STM32固件库的作用是什么？【解答】ST公司提供的STM32F10x标准外设库是基于STM32F1系列微控制器的固件库进行STM32F103开发的一把利器。可以像在标准C语言编程中调用printf()一样，在STM32F10x的开发中调用标准外设库的库函数，进行应用开发。（5）利用MDK开发工具创建一个工程模板的主要步骤是什么？【解答】第一步：利用内核固件库创建或复制工程模板文件夹；第二步：建工程模板文件，建立文档分组；第三步：设置输出文件夹，添加预编译变量，包含头文件路径；第四步：创建相关头文件，重写main.c文件，对整个工程进行编译调试。工程模板创建完毕，接下来就可以在main.c中写用户的主程序。（6）利用MDK开发工具进行软件模拟仿真的主要步骤是什么？【解答】第一步：创建项目工程，并编译生成目标文件；第二步：将调试方式设置为软件模拟仿真方式；第三步：进入软件模拟调试模式；第四步：打开相关窗口添加监测变量或信号；第五步：软件模拟运行程序，观察仿真结果；第六步：退出模拟仿真调试模式。（7）STM32通过串口下载程序时要注意哪些问题？【解答】根据STM32的启动模式，在通过串行口下载时，应选择系统存储器模式，因此需要将其启动模式选择引脚设置为：BOOT1=0，BOOT0=1。或者在已经上电的情况下，设置BOOT1=0，BOOT0=1，然后按一下复位键。在该启动模式下，系统ROM中有厂家提供的BootLoader，提供了串口下载程序的固件，可以通过这个BootLoader将程序下载到系统的Flash中。下载时先打开下载软件（常用的下载软件有：FlyMCU、ST官方的FlashLoaderDemonstrator）。然后加载经过编译链接后所生成的HEX文件。在下载完后，目标系统即使经过掉电后重启，所下载的应用程序也是不会直接运行的。如果要上电即运行该应用程序，还需要把BOOT设置回主闪存启动模式，即启动模式选择引脚设置为：BOOT1=0，BOOT0=0，然后再掉电重启，应用程序即可正常运行。第13章1.选择题【解答】：（1）下面是有关嵌入式系统的最小系统组成的叙述：Ⅰ.嵌入式最小系统包括嵌入式处理器；Ⅱ.嵌入式最小系统包括电源电路；Ⅲ.嵌入式最小系统包括时钟电路；Ⅳ.嵌入式最小系统包括复位电路。上述叙述中，正确的是（D）。A、仅Ⅰ和ⅢB、仅Ⅰ和ⅡC、仅Ⅱ、Ⅲ和ⅣD、全部（2）Cortex-M3处理器采用（A）。A.ARMv7-M架构B.ARMv4-M架构C.ARMv6-M架构D.ARMv8-M架构（3）ARMv7架构不包含的子系列是（A）。A.“X”系列B.“A”系列C.“R”系列D.“M”系列2.判断题（1）在不需要大容量存储器时，可以考虑选用有内置存储器的ARM芯片。（√）（2）在系统设计时，实际可以使用的GPIO引脚数量和手册上标明的最大可用GPIO引脚数量是一致的。（×）（3）从硬件的角度看，以太网接口电路由MAC控制器和物理层接口构成。（√）（4）嵌入式系统的硬件电路板设计时，若已经设置了电源的滤波电容器，则不再需要设置芯片的退耦电容器。（×）3.简答题（1）嵌入系统中CPU的选择主要考虑哪些因素？【解答】CPU的选择往往要考虑其使用的操作系统、处理速度、内部资源等方面。（2）嵌入式系统的体系结构中硬件系统主要包括哪些部分？【解答】嵌入式系统的体系结构中硬件系统部分的嵌入式微处理器是整个嵌入式系统硬件的核心。嵌入式微处理器外围包括输入输出接口、外部设备、存储器、总线等部分。（3）ARMv7架构包含了哪三大子系列？【解答】ARMv7架构包含了三大子系列：①“A”系列：ARMCortex-A为应用型处理器，应用于需要运行复杂操作系统和复杂应用程序的设备，例如智能手机、机顶盒、服务器等。ARMCortex-A系列具有完全的应用兼容性，支持传统的ARM、Thumb指令集和紧凑型Thumb-2指令集。②“R”系列：ARMCortex-R主要应用于需要运行实时操作系统，进行实时控制应用的系统。③“M”系列：ARMCortex-M主要针对成本和功耗敏感的MCU和终端应用，如工业控制、智能仪表、消费电子等领域。（4）什么是看门狗电路？【解答】硬件看门狗(WATCHDOGTIMER，WDT)是利用了一个定时器，来监控主程序的运行。也就是说在主程序的运行过程中，CPU要在定时时间到来之前对定时器的计数值进行复位(喂狗)。如果出现死循环，或者说PC指针不能回来。那么定时时间到达后，如果CPU还没有产生喂狗信号给WDT，WDT就会输出信号使CPU复位。（5）在嵌入式目标板上，JTAG接口电路的作用是什么？【解答】JTAG接口可以用来对目标系统下载程序、仿真调试、测试，只需要将目标板的CPU的JTAG相关引脚接至JTAG插座，并连接上拉电阻和下拉电阻。（6）常见的以太网接口芯片主要包括哪两大部分？【解答】从硬件的角度看，以太网接口电路两大部分，即MAC（MediumAccessControl）控制器、物理层接口（PhysicalLayer，PHY）。（7）什么是STM32最小系统？【解答】STM32+电源电路+晶振电路+复位电路+JTAG/SWD接口电路可构成真正意义上的最小系统。程序可运行于STM32内部的FLASHROM中，也可运行于RAM中。在最小系统中，程序运行于内部的FLASHROM或内部RAM中时，因为存储器容量有限，程序大小受限，只能通过JTAG/SWD接口调试程序。（8）在嵌入式系统的印刷电路板的设计过程中，设计人员要注意哪些关键问题？【解答】在印刷电路板的设计过程中，应该遵循一些高频电路的设计基本原则，否则会使系统工作不稳定，甚至不能正常工作。印刷电路板的设计人员应注意：电源的质量与分配；同类型信号线应该成组、平行分布。在各种微处理器的输入输出信号中，总有相当一部分是相同类型的，例如数据线、地址线。对这些相同类型的信号线应该成组、平行分布，同时注意它们之间的长短差异不要太大。采用这种布线方式，不但可以减少干扰，增加系统的稳定性，还可以使布线变得简单，印刷电路板的外观更美观。第14章1.选择题（1）STM32F103处理器GPIO的输入模式包括（ABCD）。A.输入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）B.输入上拉(GPIO_Mode_IPU)C.输入下拉(GPIO_Mode_IPD)D.模拟输入(GPIO_Mode_AIN)（2）STM32F103处理器GPIO的输出模式包括（ABCD）。A.开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)B.开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD)C.推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP)D.推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP)（3）STM32F103处理器内部集成了多个可编程定时器，其类型包括（ABC）。A.基本定时器B.通用定时器C.高级定时器D.普通定时器（4）SPI接口所使用的信号线有（ABCD）。A.SCKB.MOSI C.MISOD.SS（5）ADC进行模数转换包含的关键步骤包括（ABC）。A.采样B.量化C.编码D.解码2.判断题（1）GPIO是GeneralPurposeInput/Output的缩写，即通用输入输出。（√）（2）STM32F103基本定时器只有向上计数工作模式。（√）（3）如果将STM32F103的I/O引脚映射为EXTI的外部中断/事件输入线，必须将该引脚设置为输入模式。（√）（4）在“一主多从”的SPI互连方式下，一个SPI主设备可以和多个SPI从设备相互通信。（√）（5）STM32F103处理器ADC转换时间等于采样时间。（×）3.简答题（1）什么是GPIO？【解答】GPIO是GeneralPurposeInput/Output的缩写，即通用输入输出。是单片机及嵌入式系统数字输入输出的基本模块，可以实现嵌入式系统与外部环境进行数字信息交互。（2）STM32F103处理器内部集成的可编程定时器可以分为几种类型？【解答】STM32F103处理器内部集成了多个可编程定时器，可分为基本定时器（TIM6和TIM7）、通用定时器（TIM2~TIM5）和高级定时器（TIM1、TIM8）3种类型。（3）什么是通用同步异步收发器？【解答】通用同步异步收发器(UniversalSynchronous/AsynchronousReceiver/Transmitter，USART)提供了一种灵活的方法与使用工业标准NRZ异步串行数据格式的外部设备之间进行全双工数据交换。USART利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率选择。它支持同步单向通信和半双工单线通信，也支持LIN(局部互连网)，智能卡协议和IrDA(红外数据组织)SIRENDEC规范，以及调制解调器(CTS/RTS)操作。它还允许多处理器通信。使用多缓冲器配置的DMA方式，可以实现高速数据通信。（4）SPI接口信号线有哪些？【解答】SPI接口所使用的信号线如下：①SCK（SerialClock），即时钟线，由主设备产生。不同的设备支持的时钟频率不同。②MOSI（MasterOutputSlaveInput），即主设备数据输出/从设备数据输入线。③MISO（MasterInputSlaveOutput），即主设备数据输入/从设备数据输出线。④SS（SlaveSelect），有的时候也叫CS（ChipSelect），SPI从设备选择信号线。（5）ADC进行模/数转换一般包含哪些关键步骤？【解答】ADC进行模/数转换一般包含三个关键步骤：采样、量化、编码。（6）ADC主要有哪些类型?【解答】ADC主要类型有：逐次逼近式、双积分式、V/F变换式。4.编程题编程实现如下功能：8个LED同时点亮1秒后熄灭1秒，然后再点亮1秒后熄灭1秒，如此循环反复。【解答】如需实现点亮LED灯L1～L8，即设置PC0～PC8为低电平即可，对应GPIOC端口写入数据0x00；若需要熄灭L1～L8，对应GPIOC端口写入数据0xFF。 实验操作步骤为：第一步：复制已创建的工程模板文件夹到桌面，并将文件夹改名为“LED”。 第二步：将原工程模板编译一下，直到没有错误和警告为止。点击“File/New”新建两个文件，将其改名为LED.C和LED.H并保存到工程模板下的APP文件中。并将LED.C文件添加到APP项目组下，并再次编译一下。第三步：在LED.C文件中输入如下源程序，在程序中首先包含LED.H头文件，然后创建三个函数，分别是延时函数“voiddelay(u32i)”，LED流水灯初始化函数“voidLEDInit()”，以及流水灯显示函数“voidLEDdisplay()”。#include"LED.h"voidLEDInit(){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; SystemInit(); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_All; GPI