东师2014年春季嵌入式系统期末考核试题和答案

2014年春季期末作业考核

《嵌入式系统》

满分100分

一、判断题（每题3分，共30分）

1. 嵌入式系统一般具有实时约束，有时限要求，因此，嵌入式系统一般都采用分时操作系统。(√)

2．嵌入式系统本身具备自举开发能力，用户可以直接在嵌入式设备上做开发。（×）3．硬件资源是硬件设计工程师在设计和调试硬件必备的工具，这些资源不包括示波器。(√)

4．嵌入式常用编程语言有汇编语言、C语言、C++语言以及Java语言等。(√)

5．嵌入式 Linux是以Linux为基础的嵌入式操作系统，它是一种开放源代码、软实时、多任务的嵌入式操作系统。(√)

6．uCLinux是面向支持MMU的处理器平台设计的。（×）

7．ARM指令中的第二个操作数可以是一个8位的立即数，也可以是一个任意的32位立即数。（×）

8．当异常发生时，需要保护程序执行现场，再进行异常处理。其中，现场保护包括返回地址和CPSR的值两个方面的内容。(√)

9．MAP用于定义一个结构化的内存表的首地址，可以用“*”代替。（×）

10．SPACE分配的内存单元用0初始化，DCB分配的内存用指定的值初始化。(√)

二、简答题（每题8分，共40分）

1. 什么是可编程片上系统（SOPC）？

答:SOPC(System On Programmable Chip)即可编程的片上系统，或者说是基于大规模FPGA的单片系统。SOPC技术是一门全新的综合性电子设计技术，涉及面广。

在二○世纪九十年度末，可编程逻辑器件（PLD）的复杂度已经能够在单个可编程器件内实现整个系统。完整的单芯片系统（SOC）概念是指在一个芯片中实现用户定义的系统，它通常暗指包括片内存储器和外设的微处理器。最初宣称真正的SOC――或可编程单芯片系统（SOPC）――能够提供基于PLD的处理器。在2000年，Altera发布了Nios 处理器，这是Altera Excalibur嵌入处理器计划中第一个产品，它成为业界第一款为可编程逻辑优化的可配置处理器。本文阐述开发Nios处理器设计环境的过程和涉及的决策，以及它如何演化为一种SOPC工具。

SOPC是基于FPGA解决方案的SOC，与ASIC的SOC解决方案相比，SOPC系统

及其开发技术具有更多的特色，构成SOPC的方案也有如下多种途径

2. 什么是嵌入式交叉调试？交叉调试的方式有哪几种？

答：就是宿主机（一般是电脑）与目标机（嵌入式系统）之间跨平台进行调试（一个是x86架构处理器，一个是ARM或其他嵌入式微处理器），这种跨平台的调试就叫交叉调试。当然，宿主机与目标机之间存在某种通信方式，以太网通信或串口通信等。

常用的调试方法有Monitor方式和片上调试方式。

3．嵌入式ARM Linux系统的一般开发步骤是什么？

第一步、建立交叉编译环境

没有交叉开发经验的读者，可能一时很难接受这个概念。首先，要明白两个概念：一般我们工作的机器，称为开发机、主机；我们制作好的系统将要放到某台机器，如手机或另一

台PC机，这台机我们称为目标主机。

我们一般开发机上已经有一套开发工具，我们称之为原生开发套件，我们一般就是用它们来写程序，那么，那什么又是交叉编译环境呢？其实一点也不神秘，也就是在开发机上再

安装一套开发工具，这套开发工具编译出来的程序，如内核、系统工作或者我们自己的程序，

是放在目标主机上运行的。

那么或许有初学者会问，直接用原生开发工具为目标主机编译程序不就完了？至少我当初是这么想的。一般来说，我们的开发机都是X86 平台，原生开发套件开发的工具，也针

对X86 平台，而我们的目标主机可能是PowerPC、IXP、MIPS……所以，我们的交叉编译

环境是针对某一类具体平台的。

一般来讲，交叉开发环境需要二进制工具程序、编译器、C链接库，嵌入式开发常用的这三类软件是：

Binutils

Gcc

uClibc

当然，GNU包含的工具套件不仅于此，你还要以根据实际需要，进行选择

第二步、编译内核

开发工具是针对某一类硬件平台，内核同样也是。这一步，我们需要用第一步中建立的工具，对内核进行编译，对于有内核编译经验的人来说，这是非常简单的；

第三步、建立根文件系统

也就是建立我们平常看到的bin、dev、proc……这一大堆目录，以及一些必备的文件；

另外，我们还需要为我们的目标系统安装一些常用的工具软件，如ls、ifconfig……当然，一个办法是找到这些工具的源代码，用第一步建立的交叉编译工具来编译，但是这些软件一

是数量多，二是某些体积较大，不适合嵌入式系统，这一步，我们一般都是用busybox 来完

成的，包括系统引导软件init；

最后，我们为系统还需要建立初始化的引导文件，如inittab……

4．试举例说明LDR和STR指令的前变址、后变址和回写前变址3种变址模式。

5．从IRQ和FIQ处理程序返回时，如何写返回指令？

简单说，把要返回的地址移入PC中即可。说复杂一点，这个输入的地址在进入中断处理例程的时候，保存在LR中，所以一般的做法是做一个movs pc, lr即可实现。

三、问答及应用题（每小题15分，共30分）

1．简述ARM的CPSR各状态位的作用，并说明如何对其进行操作，以改变各状态位。答：CPSR可在任何运行模式下被访问，它包含条件码标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

条件码标志位：

∙N 当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0 表示运算的结果为正数或零；

∙Z Z=1 表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非零；

∙ C ①加法（包括比较指令CMN）运算结果产生进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。②减法（包括比较指令CMP）运算产生借位（无符号数溢出），C=0，否

则C=1。③对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。

∙V ①对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出。

∙CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。

状态寄存器（PSR）中的其余位为保留位，当改变PSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要被改变，在程序中也不要使用保留位来存储数据。