嵌入式系统复习题

名词解

大端：字数据的高位字节存储在低地址中，字数据的低字节则存放在高地址中

小端：低地址中存放字数据的释：

1、ARM ：Advanced RISC Machines

2、伪指令：是ARM汇编语言程序里的特殊指令助记符，不由处理器执行，而是在汇编时被合适的机器指令代替为ARM或Thumb指令，实现真正的指令操作

3、JTAG：(Joint Test Action Group，联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。

4、EMCU：Embedded Microprocessor Unit嵌入式微处理器

5、MCU:Microcontroller Unit 嵌入式微控制器又称单片机

6、RTOS: Real-Time Operating System 实时操作系统

7、大（小）端地址模式:

低字节，高地址中存放字数据的高字节

8、IDE: Integrated Drive Electronics外部接口，主要接硬盘和光驱。

9、交叉开发环境: 由运行于宿主机上的交叉开发软件和宿主机到目标机的调试通道组成。提供调试工具对目标机上运行的程序进行调试。

10、目标系统:

1.名词解释

RISC：英文全称是Reduced Instruction Set Computer，中文是精简指令集计算机。特点是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水线技术。CISC：Complex Instruction Set Computer 复杂指令计算机

GPIO：General Purpose Input Output （通用输入/输出）简称为GPIO，或总线扩展器，利用工业标准I2C、SMBus或SPI接口简化了I/O口的扩展。

MTBF：Mean Time Between Failure平均无故障时间，是衡量一个产品的可靠性指标。

E2PROM：EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，电可擦可编程只读存储器。

EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory 可擦除可编程只读存储器。

DSP: digital signal processor数字信号处理器

gcc: GNU Compiler Collection GNU编译器套件

gpl: General Public License GNU通用公共许可证

MIPS: Million Instructions Per Second 单字长定点指令平均执行速度

DMA: Directional Memory Access 直接内存访问

A/D：将模拟信号转换成数字信号的过程称为模数转换（Analog to Digital）或称A/D转换。能够完成这种转换的电路称为模数转化器（Analog Digital Converter），简称ADC.

D/A：将数字信号转换成模拟信号的过程称为数模转换（Digital to Analog）或称D/A转换。

能够完成这种转换的电路称为数模转化器（Digital Analog Converter），简称DAC.

（1）RTOS

（2）CISC

（3）Kernel

（4）Scheduler

（5）non-preemptive

简答题：

1、国内对于嵌入式系统的定义是什么？

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

2、什么是实时系统？根据实时性，嵌入式操作系统有哪些类型？

一个优先级高的任务能够获得立即的、没有延迟的服务，它不需要等候任何其它任务，而且在得到CPU使用权后，可一直执行到工作结束或有更高级的进程出现为止。或：一个能够在指定的或确定的时间内，实现系统功能和对外部或内部、同步或异步事件作出响应的系统。或：系统内有多个程序运行，每个程序有不同的优先级，只有最高优先级的任务才能占有CPU的控制权。

强实时系统，其系统响应时间在毫秒或微秒级（数控机床）；

一般实时系统，其系统响应时间在毫秒－几秒的数量级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些（媒体播放）；

弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长。

3、选择嵌入式操作系统原则有哪些？

市场进入时间；可移植性；可利用资源；系统定制能力；成本；中文内核支持

4、列举三种以上常见的嵌入式操作系统。

Linux、uClinux、VxWorks、WinCE、ThreadX、uCOS-II、PalmOS、Symbian、android。

5、嵌入式系统有什么特点？

完成某一项或有限项功能；

在性能和实时性方面有严格的限制；

能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素；

占有资源少、易于连接；

系统功能可针对需求进行裁剪、调整，以便满足最终产品的设计要求。

6、列举一些典型的嵌入式系统应用。

1、国防军事领域：各种武器控制、军用飞机等军用电子装备；

2、工业控制：工业自动化设备；

3、交通管理：车载导航；

4、信息家电：冰箱、空调等

7、简述ARM处理器种类及特点。

特点：1)体积小，低功耗，低成本，高性能；

2)支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3)大量使用寄存器，指令执行速度更快；

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。

种类：ARM7系列，ARM9系列，ARM9E系列，ARM10E系列，SecurCore系列，Inter的Xscale，Inter的StrongARM。

8、简述S3C44B0X的体系结构。

①集成了手持设备和通用嵌入式系统应用的解决方案；

②16/32 位 RISC 体系结构和 ARM7TDMI 处理器内核强大的指令体系；

③Thumb 代码压缩机，最大化代码密度同时保持了 32 位指令的性能；

④基于 JTAG 的片上集成 ICE 调试方式支持解决方案；

⑤32×8 位硬件乘法器；

⑥实现低功耗 SAMBALL 的新型总线结构。

*S3C44B0X共有160个引脚，赛用LQFP、FBGA等封装形式，主要分为总路线控制信号、各类元器件接口信号以及电源始终控制信号等。

9、S3C44B0X的A/D转换器的类型是什么？共具有几路A/D 转换器？

逐次逼近型。8 路模拟信号输入的 10 位模/数转换器（ADC）

10 、嵌入式系统同通用型计算机系统相比具有哪些特点？

1、用于特定的任务（专用的计算机系统）

2、比通用PC系统资源少

3、极其关注成本、大多有功耗的要求、集成度高体积小

4、运行环境广泛

5、软件硬件可靠性要求更高（具有系统测试和可靠性评估体系）

6、相关产品具有较长的生命周期

7、软件要求固态化存储（ROM、EPROM、EEPROM或FLASH）

8、有实时的要求（使用RTOS）

9、需要专用开发工具和方法进行设计

10、片上包含专用调试电路

11、与SDRAM相比，Flash在ARM系统中的主要作用是什么？

作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等

12、嵌入式Linux与其他嵌入式操作系统相比，有哪些优点和缺点？

精简的内核，性能高、稳定，多任务。

适用于不同的CPU，支持多种体系结构，如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等。

能够提供完善的嵌入式GUI以及嵌入式X-Windows。

提供嵌入式浏览器、邮件程序、MP3播放器、MPEG播放器、记事本等多种应用。

提供完整的开发工具和SDK，同时提供PC上的开发版本。

用户可定制，可提供图形化的定制和配置工具。

支持常用嵌入式芯片的驱动，支持大量的周边硬件设备，驱动丰富。

针对嵌入式的存储方案，提供实时版本和完善的嵌入式解决方案。

完善的中文支持，强大的技术支持，完整的文档。

开放源码，丰富的软件资源，广泛的软件开发者的支持，价格低廉，结构灵活，适用面广。优点有：开放源代码、免费、开发周期短等；缺点是实时性较差。

13、简单描述ARM内核的四个功能模块，各自具备什么功能特点？

ARM内核有四个功能模块T、D、M、I，可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产ARM 芯片。

T功能模块表示16位Thumb，可以在兼顾性能的同时减少代码尺寸。

M功能模块表示8位乘法器。

D功能模块表示Debug，该内核中放置了用于调试的结构，通常它为一个边界扫描链JTAG，可使CPU进入调试模式，从而可方便地进行断点设置、单步调试。

I功能模块表示EmbeddedICE Logic，用于实现断点观测及变量观测的逻辑电路部分，其中的TAP控制器可接入到边界扫描链。

14、设计ARM硬件电路板一般有哪些特点和原则？

（1）新型的和适合应用场合的ARM提高系统的程序效率；

（2）低功耗器件和贴片封装，降低功耗和提高抗干扰；

（3）通用型平台，减小开发成本和开发周期；

（4）充分利用富余端口，有利于产品的升级；

（5）单芯片解决方案；

（6）LED方便调试。

15、用预处理指令#define 声明一个常数，用以表明1年中有多少秒（忽略闰年问题）。#define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL

16、在ARM硬件系统中，最耗电的模块是什么？

显示设备的耗电最多，如TFT LCD/LED。

17、列举一些典型的嵌入式系统应用。

18、嵌入式uC/OS的特点和应用。

uC/OS-II是一个非常小巧的实时操作系统；整个代码分为内核层以及移植层，这样使得它的植性很方便。

采用抢占式调度策略，保证任务的实时性。

能够管理多达64个任务。

提供了邮箱、消息队列、信号量、内存管理、时间管理等系统服务。

医疗器械；移动电话；路由器；工业控制；GPS 导航系统；智能仪器···更多

特点：公开源代码、可移植性、可固化、可裁剪、占先式、多任务、可确定性、任务栈、系统服务、中断管理、稳定性与可靠性。

应用：航空电子设备、医药、手持设备、路由、高端音箱设备、洗衣机等

19、简述ARM微处理器的七种运行模式。

1、User:非特权模式，大部分任务执行在这种模式

正常程序执行的模式

2、FIQ:当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式

高速数据传输和通道处理

3、IRQ:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式

通常的中断处理

4、Supervisor: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

5、Abort: 当存取异常时将会进入这种模式

虚拟存储及存储保护

6、Undef: 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、System: 使用和User模式相同寄存器集的特权模式

特权级的操作系统任务

20、简述μC/OS-Ⅱ操作系统的移植条件。

处理器的C编译器能产生可重入代码

在程序中可以打开或者关闭中断

处理器支持中断，并且能产生定时中断（通常在10—1000Hz之间）

处理器支承能够容纳一定量数据的硬件堆栈

处理器有将堆栈指针和其他CPU寄存器存储和读出到堆栈（或者内存）的指令

分析题：

1、分析嵌入式系统的发展趋势。

1、嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持；

2、网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构更加复杂；

3、网络互联成为必然趋势；

4、精简系统内核、算法，降低功耗和软硬件成本；

5、提供友好的多媒体人机界面。

嵌入式实时操作系统正向实时超微内核(Nanokernel) 开放发展。即将传统操作系统中的许多

共性的东西抽象出来构成操作系统的公共基础即微内核，真正具体的操作系统功能则由构造在微内核之外的服务器实现。

开发环境向开放的集成化的方向发展；

需要强有力的交叉开发工具系统的支持

2、分析嵌入式系统的工程步骤及开发流程。

A确定产品需求,B选择开发方案：选择主要芯片，确定编程语言，选择开发环境，RTOS的使,测试工具与其他辅助设备。C设计与调试D测试E产品

或1）系统定义与需求分析；

2）系统设计方案的初步确立；

3）初步设计方案性价比评估与方案评审论证；

4）完善初步方案、初步方案实施；

5）软硬件集成测试；

6）系统功能性能测试及可靠性测试。

或需求分析阶段，a对问题的识别与分析b指定规格说明文档c需求评审

设计阶段，a数据流分析b划分任务c定义任务间的接口

生成代码阶段，a代码编程b交叉编译与链接c交叉调试d测试

固化阶段。

4、分析嵌入式系统应用领域。

1家用市场：机顶盒、掌上电脑、DVD、MP3、数码相机、数字电视、WebTV、网络冰箱、网络空调、家庭网关、智能家用电器、车载导航器系统，机器人等

2通信市场：电话交换系统，电缆系统，卫星和全球定位系统（L3D），数据交换设备，移动电话等

3工业市场：制造工厂，污水处理系统，发电站和电力传输系统，自动化工厂，控制系统开发，维护和测试的工具，石油提炼和相关的贮运设施，建筑设备，计算机辅助制造系统，能源控制系统，核电站，机器人系统等

4商业和金融市场：自动柜员机，信用卡系统，售货端系统，安全系统等

5办公市场：网络可视电话系统，传真系统，复印机，计时系统照相机，摄象机

6运输市场:航空、铁路、公路运输系统，燃料服务，航空管理，信令系统，雷达系统，交通指挥系统，停车系统，售票系统，乘客信息系统，检票系统，行李处理系统，应急设备等7建筑市场:电力供应，备用电源和发电机，火警控制系统，供热和通风系统，电梯和升降系统，车库管理，安保系统，电子门锁系统，楼宇管理系统，闭路电视系统，电子保险柜，警铃等

8医疗市场:心脏除颤器，心脏起搏器，患者信息和监视系统，MN光设备，理疗控制系统，电磁成像系统等

9军事工业：武器控制，夜视扫描，全球定位，指挥通讯

10航空航天：火箭发射的主控系统，卫星信号测控系统，飞机上的飞控系统，瞄准系统，自动环境感知，实时视频拍摄，数据采集等。

名词解释：

（1）硬实时：通常将采用优先级驱动的、具有时间确定性的、可抡占调度的RTOS而设计的实时系统称为硬实时系统。

(2)优先级驱动：在一个多任务系统中，正在运行的任务总是优先级最高的任务。在任何给定的时间内，总是把处理器分配给最高优先级的任务。

(3)优先级反转：当一个任务等待比它优先级低的任务释放资源而被阻塞时，就会发生优先级反转。优先级继承技术可以解决优先反转问题。

(4)优先级继承：当优先级反转发生时，较低优先级任务的优先级被暂时提高，以匹配较高优先任务的优先级。这样，就可以使较低优先级任务尽快地执行、并且释放较高优先级所需要的资源。

(5)实时执行体：实时执行程序包括一套支持实时系统所必需的机制，如多任务支持、CPU 调度、通信和存储分配等。在嵌入式应用中，这一套机制被称为实时操作系统或实时执行体或实时内核。VxWorks就是一个实时执行体，编程人员根据实时执行体基础构造自己的应用。

(6)重调度过程：重调度过程是一段系统程序，用于判定任务优先级和任务的执行状态。一旦任务的状态发生变化，就会引起切换

(7)任务：RTOS中的任务相当于一般操作系统的进程，一个任务就是RTOS的一个可以独立运行的例程。在程序设计时，任务被设计成无限循环程序（过程）

(8)任务上下文：任务上下文是指一个未运行的任务的状态，如堆栈指针、计数器、内存字段和通用寄存器等。

(9)高度延迟：(调度延时)

(10)可伸缩的体系结构：可伸缩的体系结构是指一个软系统能够支持多种应用而无需在接口上做很大的变动。这种结构往往提供可选用的系统组件，供开发者量体裁衣。

（11）中断延迟：中断延迟是指中断发生到开始执行中断处理程序的这一段时间。

（12）互斥：互斥是用于控制多任务对共享数据进行顺序访问的同步机制。在多任务应用中，当两个或更多的任务同时访问一数据区时，就会造成访问冲突。互斥能使它们依次访问共享数据而不引起冲突。

（13）抢占：抢占是指当系统在处于核心态的内核运行时，允许任务重新调度。也就是说，一个正在执行的任务可以被打断而让另外一个任务运行，这提高了应用对外部中断的响应性。许多RTOS都是以抢占方式运行，但不是说调度在任何时候都是可以发生的。例如，当RTOS的一个任务正在通过系统调用访问共享数据时，重新调度和中断都是不允许的。（14）RISC体系结构：

RISC的基本设计思想是为了使计算机的结构更简单，运算速度更快，保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令；采用Load/Store结构，以减少指令格式，统一存储器访问方式；采用硬接线控制代替微程序控制

RISC体系结构有如下特点：

a具有大量的寄存器，大多操作都在寄存器中完成；

b寻址方式灵活简单，执行效率高；

c通过载入和存储指令访问存储器；

d采用固定长度的指令格式；

e所有的指令都可以条件执行，以提高指令执行效率；

f同一条数据处理指令中包含算术逻辑单元处理和移位处理；

g使用地址自动增加（减少）来优化程序中的循环处理；

h载入和存储指令可以批量传输数据，从而提高数据传输效率。

（15）立即寻址：操作数本身就在指令中给出，只要取出指令也就取到了操作数，这个操作数被称为立即数。如：ADD R0,#1

（16）寄存器寻址：利用寄存器中的数值作为操作数。如：ADD R0,R1,R2

（17）寄存器间接寻址：以寄存器中的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器。

如：ADD R0，R1，【R2】；R0=R1+【R2】

（18）基址变址寻址：将寄存器（该寄存器一般称做基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单元。

如：LDR R0，【R1，#4】；R0=【R1+4】

（19）多寄存器寻址：一条指令可以完成多个寄存器值的传送。

（20）相对寻址：以程序计数器PC的当前值为基地址，指令中的地址标量作为偏移量，将两者相加后得到操作数的有效地址。

（21）堆栈寻址：堆栈是一种数据结构，按先进后出（FILO，First In Last Out）的方式工作，使用一个称做堆栈指针的专用寄存器指示当前的操作位置，堆栈指针总是只向栈顶。（22）进度调试：

（23）内存管理：在LINUX内核中，内存管理子系统允许多个进程安全地共享主内存区域。逻辑上分为两部分：硬件无关：提供进程的映射和虚拟内存的对换。硬件相关：为内存管理硬件提供了虚拟接口。

（24）虚拟文件系统：在LINUX内核中，VFS避开了各种硬件的具体细节，为所有硬件提供统一的接口。

（25）信号：用于通知接收进程有某种事件发生。

（26）管理：（管道）管道就是一种把一个进程的标准输出与另一个进程的标准输入相连接的方法。

（27）报文队列：是消息的链接表，包括POSIX消息队列、System V消息队列等。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读取队列中的消息。（28）共享存储段：即允许一个或多个进程通过在它们的虚地址空间中同时出现的存储区进行通信。

（29）信号量：主要作为进程之间及同一进程不同线程之间的同步手段。

（30）TCP（传输控制协议）：是基于连接的协议，是在需要通信的两个应用程序之间建立起一条虚拟的连接线路，而在这条线路间可能会经过很多子网、网关和路由器。TCP协议保证在两个应用程序之间可靠地传送和接收数据，并且可以保证没有丢失的或者重复的数据包。

（31）IP（网际协议）：IP工作在网络层，是TCP/IP协议族中最为核心的协议，其他的协议可以利用IP协议来传输数据。TCP和UDP数据都以IP数据包格式传输，IP信息封装在IP 数据包中。每一个IP数据包都有一个IP数据头，其中包括源地址和目的地址，一个数据校验和，以及其他一些有关的信息，

（32）UDP：UDP协议是一种无连接、不可靠的传输层协议。使用该协议只是把应用程序传来的数据加上UDP头包括端口号、段长等字段，作为UDP数据包发送出去，但是并不保证数据包能到达目的地，其可靠性由应用层来提供。

（33）软实时：软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好。

问答题:

1．着重学习有关：嵌入式系统的概念、组成及特点。

嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础，软、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。

嵌入式系统包括硬件和软件两个部分，硬件包括处理器、存储器、外设2器件、I/O端口和图形控制器等。软件包括嵌入式操作系统和应用软件编程两大部分和4个层次即设备驱动接口、实时操作系统、可编程应用接口、应用软件。

?嵌入式系统的主要特点

a通常含有面向特定应用的嵌入式CPU。

b是计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合的产物。

c其硬件和软件的设计效率要高。

d与具体应用紧密结合，其升级换代也与具体产品同步进行，因此生命周期较长。

e其软件均固化在存储芯片或单片机中，因此，速度和可靠性较高。

f不具备独立开发能力，必须借助外部开发工具或系统进行设计，因此用户不能对其中的程序功能进行修改。

2．着重学习有关：嵌入式系统的软件组成部分，以及它们之间的相互关系。

嵌入式系统分为两大部分，4个层次。

嵌入式操作系统：如VRTX、pSOS、VxWorks、Windows CE、EPOC、Linux、PALM、OS9、Java CHORUS OS、QNX、NA VIO

应用软件:为不同应用而编写的软件。

4个层次：

（1）设备驱动接口（DDI，Device Driver Interface）--负责嵌入式系统与外部设备的信息交互；

（2）实时操作系统（RTOS，Real Time Operation system）

基本模块：是操作系统的核心，负责整个系统的任务高度，存储分配、时钟管理和中断管理，提供文件、图形用户界面（GUI，Graphics User Interface）等基本服务。

扩展模块：提供操作的扩展功能，包括网络、数据库等。

（3）可编程应用接口（API，Application Programmable Interface）

也称为编程中间件、应用中间软件，是为编制应用程序提供的各种编程接口库。

（4）应用软件-----针对不同就用而由开发者自己编写的软件。

3．着重学习有关：在嵌入式系统中，嵌入式微处理器子系统与存储器系统之间的连接信号。4．着重学习有关：R14寄存器的作用，以及在使用时应该注意的问题。

R14为链接寄存器（LR），在结构上有两个特殊功能：

?在每种模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址；

?当发生异常时，将R14对应的异常模式版本设置为异常返回地址（有些异常有一个小的固定偏移量）。

注意的问题：当发生异常嵌套时，这些异常之间可能会发生冲突，R14寄存器中的PC 值将被覆盖，导致程序不能返回。

5．着重学习有关：R13寄存器的作用。

R13寄存器在ARM指令中常用作堆栈指针。当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈；而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。

6．着重学习有关：嵌入式操作系统中所采用的任务控制方式。

不同嵌入式操作系统中，任务可为进程或者是线程。操作系统采用任务控制块（TCB）对任务进行操作控制。所谓TCB，就是在操作系统中用来描述和管理一个任务的数据结构。系统为每个任务都维护了一个相应的TCB，用来保存该任务的各种相关信息。TCB内容包括

任务的管理信息、CPU上下文信息和资源管理信息。对整个任务的管理就是通过对每个任务的TCB操作实现的，具体来说，当需要创建一个新任务时，就为它生成一个TCB，并初始化这个TCB的内容；当要终止一个任务时，回收其TCB即可。

7．着重学习有关：嵌入式处理器的ARM状态和Thumb状态的切换方式。

状态切换方法：

?进入Thumb状态：当操作数寄存器的状态位（位0）为1时，执行BX指令，使微

处理器从ARM状态切换到Thumb状态。此外，当处理器从Thumb状态进入异常，一旦异常返回，自动切换到Thumb状态。

?进入ARM状态：当操作数寄存器的状态位（位0）为0时，执行BX指令，使微处

理器从Thumb状态切换到ARM状态。此外，在进行异常处理时，将PC指针放入异常模式链接寄存器中，并从异常向量地址开始执行程序，也可以使处理器切换到ARM状态。

8．着重学习有关：比较在ARM中系统调用和中断的差异。

中断方式才是多任务操作系统中最有效利用处理器的方式。当CPU进行主程序操作时，外设的数据已存入端口的数据输入寄存器，或端口的数据输出寄存器已空，此时由外设通过接口电路向CPU发出中断请求信号。CPU在满足一定条件下，暂停执行当前正在执行的主程序，转入执行相应能够进行输入/输出操作的子程序，待输入/输出操作执行完毕之后，CPU 再返回并继续执行原来被中断的主程序。这样，CPU就避免了把大量时间耗费在等待、查询外设状态的操作上，使其工作效率得以大大提高。

操作系统将所有的设备全部看成文件，并通过文件的操作界面进行操作,一般对文件进行操作由相关功能函数完成，每个函数即对应于一种系统调用如可以通过系统调用open()打开设备文件。

在驱动程序结构中，包含了中断服务程序，由Linux系统来接收硬件中断，再由系统调用中断服务子程序。

9．着重学习有关：中断处理的主要流程。

异常中断的响应过程和返回过程

(1）异常中断响应过程

①保存CPSR到将要执行的异常中断的SPSR；

②设置CPSR的值：设置CPSR相应位的值使处理器进入特定的处理器模式，按要求屏蔽中断；

③设置LR寄存器：将中断相应模式的LR寄存器的值设置为异常中断的返回地址；

④处理程序计数器PC：将PC值设为相应的中断向量的地址。

（2）异常中断返回过程

①恢复CPSR：将保存在中断模式中的SPSR值赋给当前的CPSR；

②将返回地址复制到PC：这样程序将返回到异常中断产生的下一条指令或出现问题的指令处执行。

当一个中断源向CPU申请中断时，它首先要在自己所在的子中断仲裁器组进行仲裁比较，如果此中断仲裁器组中没有和它同级别或高于它的中断源向CPU申请中断，则它进入主中断仲裁器组和其他组的优先中断源进行仲裁比较，决定能否向CPU申请中断。

10．着重学习有关：S3C44B0X上的PWM定时器的工作原理。

11．着重学习有关：有关S3C44B0X芯片中UART的自动流控制和非自动流控制方式。

编程题：

着重了解有关：CMN、CMP、B、SUB和SBC指令。

ARM(Advanced RISC Machines)处理器简介

嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。还有一种说法：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结合体。

单片机就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元(CPU)、存储器（RAM/ROM）和各种I/O接口的微型计算机。这样一块集成电路芯片具有一台微型计算机的功能，因此被称为单片微型计算机，简称单片机。

单片机主要应用在测试和控制领域，由于单片机在使用时，通常处于测试和控制领域的核心地位并嵌入其中，因此我们也常把单片机称为嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller Unit ），把嵌入某种微处理器或单片机的测试和控制系统称为嵌入式控制系统（Embedded Control System）。

开发其应用程序，还需要一台通用计算机，如常用的IBM-PC机或兼容机，Mindows95/98/2000或XP操作系统，256M以上内存，1G以上硬盘内存空间（运行交叉编译环境ADS1.2最低配置）。我们也称这台通用计算机为“宿主机”，称做为嵌入式控制器的单片机为“目标机”。

应用程序在“宿主机”上开发，在“目标机”上运行。“目标机”和“宿主机”之间利用计算机并口通过一台叫“仿真器”的设备相连，程序可以从“宿主机”传到“目标机”，这也叫程序下载，也可以从“目标机”传到“宿主机”，叫程序上传。

应用程序通过“仿真器”的下载和上传，在“宿主机”上反复修改，这个过程叫“调试”。

目标机上安装某种嵌入式操作系统

人们在目标机上嵌入某种功能较强且占用内存较少的操作系统，用户程序在该操作系统支持下运行。我们也把这种操作系统叫嵌入式操作系统，嵌入式操作系统有多种，如比较著名的Windows CE，Linux，μC/OS-Ⅱ等等。特别是Linux操作系统，由于代码简练、功能强大、

内核公开等优点，获得广泛应用。

ADS（ARM Developer Suite）是ARM公司推出的新一代ARM开发工具，目前最新版本是ADS1.2。ADS使用Code Warror IDE 集成开发环境替代了老的开发工具，使用AXD做为调试工具，现代集成开发环境的一些特点，如源文件编辑器语法高亮和窗口驻留功能都有体现。ADS使用并口通过JTAG仿真器与“目标机”相连，实现在线调试和仿真。

ARM有三个含义:

一是从事嵌入式微处理器开发的高科技公司的名字;

二是代表一种低功耗、高性能的32位RISC (精简指令系统)处理器的技术;

三是代表一种微处理器产品。

ARM处理器是一种低功耗、高性能的32位RISC (精简指令系统)处理器。

通过中断仲裁组和中断优先寄存器配合，对中断的优先级进行二级管理；

可处理两类中断：通用中断( IRQ,Interrupt Request )和快速中断(FIQ, Fast Interrupt Request) ；使屏蔽寄存器控制中断的开启和关闭；

使用中断源挂起寄存器和中断挂起寄存器来反映哪个中断源向CPU申请了中断和CPU正在响应的中断的中断源。

中断控制逻辑（interrupt controller logic）的任务是在片内和外部中断源组成的多重中断发生时，选择其中一个中断，通过FIQ (快速中断请求）或IRQ（通用中断请求）向CPU内核发出中断请求。

中断源是指给出中断向量的那些中断，子中断源是指与其它中断共用一个中断向量的中断。端口控制寄存器(GPACON～GPHCON)。

?外部中断控制寄存器(EXTINTN)

?端口上拉寄存器(GPBUP~GPHUP)

?多状态控制寄存器

?端口数据寄存器(GPADAT~GPHDA T)

ADS是ARM集成开发环境，它主要包括编译器、链接器、调试器、C和C++库等，

S3C2410微处理器是一款由Samsung公司为手持设备设计的低功耗、高度集成的基于ARM920T核的微处理器。

为了降低系统总成本和减少外围器件，这款芯片中还集成了下列部件：16KB指令Cache、16KB数据Cache、MMU、外部存储器控制器、LCD控制器(STN和TFT)、NAND Flash控制器、4个DMA通道、3个UART通道、1个IIC总线控制器、1个IIS总线控制器，以及4个PWM定时器和一个内部定时器、通用I/O口、实时时钟、8通道10位ADC和触摸屏接口、USB主、USB从、SD/MMC卡接口等。

现在它广泛应用于PDA、移动通讯、路由器、工业控制等领域

嵌入式系统复习题

二、名词解释：

1、ARM处理器：先进的RISC指令集处理器。广泛地使用在许多嵌入式系统设计。

2、交叉编译：在一种计算机环境中运行的编译程序，能编译出在另外一种环境下运行的代码，这个编译过程就叫交叉编译。

3、异常：异是导致程序中断运行的一种指令流。（是指CPU在执行指令时出现的错误，即不正常的情况。异常是与当前所执行的程序有关的，如存取数据或指令错误、计算结果溢出等。）

4、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放在高地址中。

5、小端格式：低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。

6、寻址方式：处理器根据指令中给出的（地址）信息，寻找操作数（物理地址）的方式。

7、嵌入式系统：广义上：凡是不用于通用目的的可编程计算机设备，就可以算是嵌入式计算机系统。狭义上而言，嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。

8、GNU：GNU（GNU’s Not Unix），它的目标是建立可自由发布和可移植的类Unix操作系统。

9、伪指令：是汇编语言程序里的特殊指令助记符，在汇编时被合适的机器指令替代。

10、伪操作：为汇编程序所用，在源程序进行汇编时由汇编程序处理，只在汇编过程起作用，不参与程序运行。

11、RTOS ：实时系统，能够对外部事件做出及时响应的系统。

12、微控制器：俗称“单片机＂，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。

三、简答题：

1、请从广义和狭义两个方面简述嵌入式系统的含义。

答：嵌入式系统:Embedded System

广义上：凡是不用于通用目的的可编程计算机设备，就可以算是嵌入式计算机系统。

狭义上:，嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。

2、简述采用RISC架构的ARM微处理器的特点。

a.采用固定长度的指令格式，指令规整，简单，基本寻址2~3种。

b.使用单周期指令，便于流水线操作。

c.大量使用寄存器，提高指令的执行效率。

d.所有的指令都可以根据前面的执行后，决定是否执行从而提高指令的执行效率。

e.可以加载/存储指令，批量传输数据，以提高数据的传输效率。

3、选择嵌入式微处理器时，应考虑那些因素？

a, 调查市场上已有的CPU供应商。

b, CPU的处理速度

c,技术指标。

d,处理器的低功耗。

e,处理器的软件支持工具。

f,处理器是否内置调试工具。

g,处理器供应商是否提供评估板。

h,片内存储容量。

4、简述嵌入式系统的特点。

（1）软硬件一体化，集计算机技术、微电子技术、行业技术于一体；

（2）需要操作系统支持，代码少，执行速度快；

（3）系统内核小、专用性强、系统精简。

（4）高实时性的系统软件(OS)是嵌入式软件的基本要求。

（5）嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。

（6）嵌入式系统开发需要开发工具和环境。

5、画出当前主流嵌入式系统的硬件组成结构框图。

6、比较ARM920T和ARM720T的主要异同。

ARM9 5级流水线独立的指令总线哈佛结构

ARM7 3级流水线数据与指令一起冯·诺依曼结构

7、ARM9指令是几级流水线，各阶段执行什么操作？

答：ARM9采用5级流水线。

取指：从指令Cache中读取指令。

译码：对指令进行译码，识别出是对哪个寄存器进行操作并从通用寄存器中读取操作数。

执行：进行ALU运算和移位操作，如果是对存储器操作的指令，则在ALU中计算出要访问的存储器地址。

数据缓冲：如果是对存储器访问的指令，用来实现数据缓冲功能（通过数据Cache）

回写：将指令运算或操作结果写回到目标寄存器中。

8、写出不少于12类嵌入式产品中的常用接口。

UART接口、SPI接口、I2C接口、ADC和触摸屏接口、USB接口、以太网接口、外存接口、LCD接口、时钟接口、PWM接口、中断接口、JTAG接口、VGA接口、音频接口

9、若允许FIQ、IRQ中断，CPSR如何设置？

FIQ: CPSR[4:0]=0B10001 IRQ: CPSR[4:0]=0B10010

CPSR[5]=0

CPSR[6]=0

CPSR[7]=0

10、举例说明ARM的各种寻址方式。

寄存器寻址：LDR R1,R2

寄存器间接寻址：LDR R1,[R2]

寄存器偏移寻址：LDR R1,[R2,-R4,LSL#3]

立即寻址:LDR,R3，#34

多寄存寻址：LDMIA R0,{R1,R3,R4,R5}

11、对比说明ADR、ADRL与LDR的区别与联系。

ADR：小范围的地址读取伪指令。

ADRL：中等范围的地址读取伪指令。

LDR：大范围的地址读取伪指令。

ADR伪指令功能：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。

ADRL伪指令功能：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，比ADR 伪指令可以读取更大范围的地址。

LDR伪指令功能：用于加载32位立即数或一个地址值到指定的寄存器。

12、（没找到）

13、简述S3C2410 Nand flash存储器的启动过程。

(1)完成复位

(2)如果自动启动模式使能，NAND Flash存储器的前4KB自动复制到Steppingstone内部缓冲器中

(3)Steppingstone映射到nGCS0

(4)CPU在Steppingstone的4KB内部缓冲器中开始执行启动代码

14、简述Bootloader启动过程。

第一阶段

(1)、基本的硬件设备初始化

(2)、为阶段2代码准备RAM空间

(3)、拷贝阶段2代码到RAM空间

(4)、设置好堆栈

(5)、跳转到阶段2的C程序入口点

第二阶段

(1)、初始化本阶段要使用到的硬件

(2)、检测系统内存映射(memory map)

(3)、将kernel和根文件系统映像从flash读到RAM空间

(4)、为kernel设置启动参数

(5)、调用内核

15、请简述嵌入式软件Bootloader的两种工作模式。

（1)启动加载模式：启动加载模式称为“自举”（Autonomous）模式。即Bootloader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。启动加载模式是 Bootloader 的正常工作模式，在嵌入式产品发布的时侯，Bootloader必须工作在这种模式下。

(2)下载模式：在这种模式下，目标机上的Bootloader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机下载文件。下载内容及存储：主要是下载内核映像和根文件系统映像等。从主机下载的文件通常首先被Bootloader保存到目标机的RAM中，然后再被 Bootloader写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。

16、简述ARM9处理器的7种运行模式。

(1)用户模式（usr)：非特权模式，大部分任务执行在这种模式。（正常程序执行的模式）

(2)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。（高速数据传输或通道处理）

(3)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。（通常的中断处理）

(4)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)

(5)中止模式（abt）：当存取异常时将会进入这种模式。(虚拟存储及存储保护)

(6)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)

(7)系统模式（sys）：供需要访问系统资源的操作系统任务使用。（特权级的操作系统任务）

17、ARM9处理器的寻址方式有那些？

立即寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、堆栈寻址、块拷贝寻址、相对寻址

18、ARM9有哪些处理器模式？哪些是特权模式？哪些是异常模式？

异常模式：除用户模式、系统模式之外的五种模式称为异常模式。特点：以各自的中断或异常方式进入，并且处理各自的中断或异常。

特权模式：除用户模式之外的工作模式又称为特权模式特点：应用程序可以访问所有的系统资源，可以任意地进行处理器模式的切换

19、ARM9的7种工作模式中用户模式为非特权模式，与特权模式相比有哪些权限限制？

（1）在用户模式下，应用程序不能访问受操作系统保护的系统资源，不能进行处理器模式的切换。（2）在特权模式下，应用程序可以访问所有的系统资源，可以任意进行处理器模式的切换。

20、S3C2410存储器组织及地址分配。

S3C2410X的存储器管理器提供访问外部存储器的所有控制信号：26位地址信号、32位数据信号、8个片选信号、以及读/写控制信号等。

S3C2410X的存储空间分成8组，最大容量是1GB，bank0---bank5为固定128MB，bank6和bank7的容量可编程改变，可以是2、4、8、16、32、64、128MB，并且bank7的开始地址与bank6的结束地址相连接，但是二者的容量必须相等。

bank0可以作为引导ROM，其数据线宽只能是16位和32位，复位时由OM0、OM1引脚确定；其它存储器的数据线宽可以是8位、16位和32位。

S3C2410X的存储器格式，可以编程设置为大端格式，也可以设置为小端格式。

21、ARM7在ARM状态下有多少个寄存器？通常堆栈指针使用哪个寄存器？连接寄存器LR有什么功能？答：有37个32位的寄存器其中31个为通用寄存器；6个为状态寄存器。

R13：寄存器R13在ARM指令中常用作堆栈指针SP。而在Thumb指令集中，某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针。

R14：寄存器R14也称作子程序链接寄存器（Subroutine Link Register）或链接寄存器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。其他情况下，R14用作通用寄存器。

22、嵌入式处理器ARM7/9TDMI中TDMI的基本含义是什么？

TDMI的基本含义为（对其它系列也适用）：

T：支持16位压缩指令集Thumb，称为T变种

D：支持片上Debug，称为D变种

M：内嵌硬件乘法器 Multiplier，称为M变种

I：嵌入式ICE，支持片上断点和调试，称为I变种

23、简述冯-诺伊曼、哈佛结构的特点

（1）冯·诺曼结构特点：

必须有一个存储器；必须有一个控制器；必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。但是，这种指令和数据共享同一总线的结构，读取数据不能在同一时刻进行，影响了数据处理速度的提高。

（2）哈佛结构的特点

使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。

24、CPSR各位的含义及作用。

31 30 29 28 27 … 8 7 6 5 4 3 2 1 0

N Z C V （保留） I F T M4 M3 M2 M1 M0

1、条件码标志位（保存ALU中的当前操作信息）

N：正负号/大小标志位

Z：零标志位

C：进位/借位/移出位

V：溢出标志位

2、控制位

I、F中断控制位——控制允许和禁止中断

T控制(标志)位——反映处理器的运行状态

M控制位——决定了处理器的运行模式

25、简述ARM9异常的优先级

由高到低依次为：复位、数据中止、FIQ 、IRQ、预取中止、未定义指令、SWI；

26、ARM处理器支持的数据类型有哪些？

ARM微处理器支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）3种数据类型，可以表示有符号数和无符号数。

27、Linux的主要特点有哪些？

开放性、多用户、多任务、良好的用户界面、设备独立性、丰富的网络功能、可靠的安全系统、良好的可移植性。

28、Linux常用命令。

ls---文件及子目录名列表

cat---连续显示

cd---改变工作目录（目录切换）

cp---复制文件和目录

29、Linux文件系统目录树结构是怎样的？

Linux文件系统是一个目录树结构，最上层是根目录，其他的所有目录都是从根目录出发而生成的。Linux 下，任何一个目录都可以是一个分区。因此，在分区时，必须将一个分区安装在树根下面。Linux不仅将分区安装为一个目录，而且还将所有的硬件设备都安装成一个个设备文件。对设备的操作是通过文件的操作完成的。

30、常用的Bootloader有那些？

（1）vivi

（2）RedBoot

（3）U-Boot

31、Makefile和Make各实现什么功能？

Makefile文件内容按照规则，对系统中本目录下的文件（.c、.s、.o、.h、.lib等）根据相互关系和要求进行组织，设定各自的编译方法，指定所生成的目标。 Makefile是一种文本格式文件。

Make是Makefile文件的解释器

Make对Makefile文件解释后，生成Linux的shell命令和gcc编译命令，接着对命令执行，最终生成目标文件。

Makefile是工程系统编译批处理文件。

32、ARM有哪两种工作状态，怎样有指令进行切换？

从ARM状态切换到Thumb状态

有两种情况ARM处理器自动切换到Thumb状态。

（1）执行BX指令，当操作数寄存器的位[0]为1时，则微处理器从ARM状态切换到Thumb状态。此为主动切换。

（2）当处理器处于Thumb状态时发生异常（如IRQ、FIQ等），处理完异常后，在异常处理返回时，自动切换到Thumb状态。此为自动切换。

从Thumb状态切换到ARM状态

有两种情况ARM处理器自动切换到Thumb状态。

（1）执行BX指令，当操作数寄存器的位[0]为0时，则微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。

（2）当处理器在Thumb状态时发生异常（如IRQ、FIQ等），则处理器从Thumb状态自动切换到ARM状态进行异常处理

33、熟悉ARM9指令系统、伪指令、伪操作。

34、S3C2410有那些数据通信接口？

UART接口、SPI接口、IIC接口、JTAG接口、以太网接口、USB接口

35、简述JTAG借口、串口和以太网接口在一般嵌入式系统调试中的作用

（1） JTAG一般用于Bootloader等底层程序的调试，下载；

（2）串口是在已有Bootloader/BIOS的前提下用于操作系统的调试，下载；

（3）以太网口是在操作系统内核已经调试好了的前提下用于应用文件的调试，下载。

36、ARM所有的37个寄存器，分为哪两大类？

31个通用寄存器和 6个状态寄存器。

37、在异常发生后，ARM9TDMI内核会做哪些工作？

在异常发生后，ARM7TDMI内核会作以下工作：

1.在适当的LR中保存下一条指令的地址

2.将CPSR复制到适当的SPSR中；

3. 将CPSR模式位强制设置为与异常类型相对应的值；

4.强制PC从相关的异常向量处取指。

38、ARM9处理器有哪些堆栈方式,各堆栈的特点是什么？

（1）Full descending 满递减堆栈，堆栈首部是高地址，堆栈向低地址增长。栈指针总是指向堆栈最后一个元素（最后一个元素是最后压入的数据）。

（2）Full ascending 满递增堆栈，堆栈首部是低地址，堆栈向高地址增长。栈指针总是指向堆栈最后一个元素（最后一个元素是最后压入的数据）。

（3）Empty descending 空递减堆栈，堆栈首部是低地址，堆栈向高地址增长。栈指针总是指向下一个将要放入数据的空位置。

（4）Empty ascending 空递增堆栈，堆栈首部是高地址，堆栈向低地址增长。栈指针总是指向下一个将要放入数据的空位置。

39、比较Nor Flash 和Nand flash 存储器的优缺点

Nor Flash：读数据速度快，而擦写速度慢，容量小，价格高；

Nand flash: 读数据速度不如Nor，但擦写速度快，容量大，价格低。

40、gcc的整个编译过程有哪4个步骤？

预处理、编译、汇编、连接