《嵌入式系统基础教程》第04讲_第3章嵌入式调试技术_习题2 44页
ARM嵌入式系统基础教程第二版课后习题答案
第1章嵌入式系统概述(1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。
答：键盘、鼠标、扫描仪。
(2)什么叫嵌入式系统？答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
(3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。
(4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。
原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。
3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。
第2章 ARM7体系结构1.基础知识(1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。
(2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？答：3级；冯·诺依曼结构。
(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。
(4)分别列举ARM的处理器模式和状态？答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。
(5)PC和LR分别使用哪个寄存器？答：PC:R15；LR:R14。
(6)R13寄存器的通用功能是什么？答：堆栈指针SP。
(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？答：位31~28：N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：保留位；7~0：I、F、T、M4~0，控制标志位。
(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。
答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ 中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。
嵌入式系统讲课文档
第一页，共34页。
What is this?
The Von Neumann Architecture
第二页，共34页。
What is Embedded ?
第三页，共34页。
什么是嵌入式系统?
计算机 ……
，假装自己不是计算机
(Stephen A. Edwards)
第四页，共34页。
为什么要嵌入?
办公设备、建筑物设备、制造和流程控制、医疗、监视、维生设备、交通运输、 通讯业、银行金融业、测试及诊断系统、其他…
Embedded systems in everything
第十页，共34页。
应用范例 LEGO 机器人
• The LEGO Mindstorms® is a robotic building system consisting of
almost twice as fast
Wii
l ATI “Hollywood” processor handles the 遙控
graphics
SYNC. 按鍵
DC in
l Runs at 243 MHz
GFX
數位信號處理 DSP
Hollywood
圖表記憶體 3MB
內部儲存記憶體 24MB
Wi-Fi 區塊
Operating system: MAC OS X GSM: Quad-band Wireless data: WiFi, EDGE, Bluetooth
Camera: 2 Mega pixel Audio and video playback
Talk time: 8 hrs Standby time: 250 hrs
Microprocessor: TI OMAP (ARM+DSP)
嵌入式基础教程全面
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第1章 嵌入式系统基础
应用软件
针对特定的实际专业领域的， 针对特定的实际专业领域的，基于相应的嵌 入式硬件平台，能完成用户预期任务软件。 入式硬件平台，能完成用户预期任务软件。 嵌入式软件的特点如下： 嵌入式软件的特点如下： 要求固态化存储。 (1)要求固态化存储。 要求高质量、高可靠性。 (2)要求高质量、高可靠性。 高实时性是基本要求。 (3)高实时性是基本要求。 (4)多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件 的必需。 的必需。
英国数学家皮匠的儿子 George Boole 提出布 尔代数； 尔代数； 美国Claude Shannon1948年提出信息论和开关 美国Claude Shannon1948年提出信息论和开关 理论； 理论； Turing他对计算 英国数学家 Alan Mathison Turing他对计算 机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就 图灵机的概念 对于人工智能， 的概念； 是图灵机的概念；对于人工智能，提出了重要的 衡量标准“图灵测试”算法运用到计算机 运用到计算辑的奠基者， 计算机逻辑的奠基者，许多人工智能的重要 方法也源自这位伟大的科学家。 计算机之父” 方法也源自这位伟大的科学家。“计算机之父”、 人工智能之父” 图灵奖” “人工智能之父” “图灵奖”是美国计算机协 ACM， 会（ACM，Association for Computer Machinery）于1966年设立的。 Machinery） 1966年设立的。 年设立的
第1章
嵌入式系统基础
1.1.1嵌入式计算机 1.1.1嵌入式计算机
1.嵌入式计算机发展： 嵌入式计算机发展： 嵌入式计算机发展 机械和机电时代 公元前500年，最原始的人造计算工具是算筹 。 公元前 年
嵌入式课后习题答案
第八章
一、填空题。
1、Makefile、配置文件、配置工具。
2、配置命令解释器、配置用户界面。
arch：arch目录包括了所有和体系结构相关的核心代码。include：include目录包括编译核心所需要的大部分头文件，例如与平台无关的头文件在include/linux子目录下；init：init目录包含核心的初始化代码（不是系统的引导代码），有main.c和Version.c两个文件；mm：mm目录包含了所有的内存管理代码。与具体硬件体系结构相关的内存管理代码位于arch/*/mm目录下；drivers：drivers目录中是系统中所有的设备驱动程序。它又进一步划分成几类设备驱动，每一种有对应的子目录，如声卡的驱动对应于drivers/sound；ipc：ipc目录包含了核心进程间的通信代码；modules：modules目录存放了已建好的、可动态加载的模块；fs：fs目录存放Linux支持的文件系统代码。不同的文件系统有不同的子目录对应，如ext3文件系统对应的就是ext3子目录；Kernel：Kernel内核管理的核心代码放在这里。同时与处理器结构相关代码都放在arch/*/kernel目录下；net：net目录里是核心的网络部分代码，其每个子目录对应于网络的一个方面；lib：lib目录包含了核心的库代码，不过与处理器结构相关的库代码被放在arch/*/lib/目录下；scripts：scripts目录包含用于配置核心的脚本文件；documentation：documentation目录下是一些文档，是对每个目录作用的具体说明。
嵌入式系统课后习题及答案
第1章嵌入式系统根底什么是嵌入式系统它由哪几局部组成有何特点写出你所想到的嵌入式系统。
答：〔1〕定义：国内对嵌入式系统的一般定义是：以应用为中心，以计算机技术为根底，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、本钱、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
2〕组成：嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几局部组成。
3〕特点：a.软硬件一体化，集计算机技术、微电子技术、行业技术于一体；b.需要操作系统支持，代码小，执行速度快；c.专用紧凑，用途固定，本钱敏感；d.可靠性要求高；e.多样性，应用广泛，种类繁多。
〔4〕嵌入式系统：个人数字助理〔PDA〕、机顶盒〔STB〕、IP 。
嵌入式处理器分为哪几类2〕中高端的嵌入式微处理器〔EmbededMicroProcessorUnit,EMPU〕；3〕通信领域的DSP处理器〔DigitalSignalProcessor,DSP〕；4〕高度集成的片上系统〔SystemonChip,SoC〕。
ARM英文原意是什么它是一个怎样的公司其处理器有何特点答：〔1〕英文原意：AdvancedRISCMachines。
高级精简指令集机器。
2〕公司简介：该公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供给商，通过将其高性能、低本钱、低功耗的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术转让给合作伙伴来生产各具特色的芯片。
ARM 公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。
3〕其处理器特点：a.小体积、低功耗、低本钱而高性能；32位双指令集；c.全球的合作伙伴众多。
什么是实时系统它有哪些特征如何分类答：〔1〕实时系统的定义：实时系统〔RealTimeSystem〕是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。
〔2〕特征：实时性、并行性、多路性、独立性、可预测性、可靠性。
〔3〕分类：根据响应时间的不同，实时系统可分为3种类型：强实时系统、弱实时系统、一般实时系统。
嵌入式系统 调试方法
嵌入式系统调试方法
嵌入式系统调试方法可以根据不同的调试目标和调试需求采用不同的方法。
以下列举了一些常见的嵌入式系统调试方法：
1. 基于软件的调试方法：
- 使用断点：在代码中插入断点，停止程序运行并观察变量值，跟踪程序执行流程。
- 打印调试信息：通过在代码中插入打印语句，将程序的状态信息打印输出到终端或日志文件中。
- 使用调试工具：使用专业的调试工具，如GDB、JTAG等，通过连接到嵌入式系统的调试接口，对系统进行调试和观察。
2. 基于硬件的调试方法：
- 使用示波器：通过连接示波器到嵌入式系统的输入输出接口，观察信号波形，以了解系统在运行时的状态和行为。
- 使用逻辑分析仪：通过连接逻辑分析仪到嵌入式系统的总线上，可以观察和分析总线通信、时序等情况。
- 使用仿真器/调试器：通过连接仿真器/调试器到嵌入式系统的调试接口，可以对系统进行单步调试、观察内存和寄存器状态等。
3. 试错法和排除法：
- 通过对系统的部分功能进行临时修改或替换，以确认问题所在。
- 逐步排除可能的原因，通过修改代码或配置参数，逐步缩小问题范围。
4. 远程调试方法：
- 使用远程调试工具：通过网络连接，将调试信息传输到远程电脑进行调试。
- 使用远程监控系统：通过网络连接，远程监控嵌入式系统的运行状态，收集和分析系统的日志和运行数据。
综合使用上述方法，可以帮助开发人员在嵌入式系统开发过程中有效地定位和解决问题。
《嵌入式系统基础教程》第04讲第3章嵌入式调试技术习题2 .ppt
2008年春季
第4讲 南京大学计算机系 俞建新主讲
第3章 嵌入式微处理器技术基础
本章主要介绍以下内容： 嵌入式微处理器典型技术 主流嵌入式微处理器 嵌入式处理器的调试技术 边界扫描测试技术JTAG
2008年3月14日
南京大学计算机系
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3.3 嵌入式系统调试技术
使用集成开发环境配合JTAG仿真器进行开发是目前 采用最多的一种调试方式。
可用于开发和调试包含JTAG接口的ARM电路板。
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ARM处理器的实时JTAG仿真器 与开发板的连线图
2008年3月14日
ARM处理器的 实时JTAG协议
转换器
TCK TDI TDO TMS
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常用的片上调试技术
目前常用的片上调试技术主要有三种：
背景调试模式 BDM，Background Debug Mode
JTAG IEEE 1149.1
Nexus IEEE-5001 ISTO
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背景调试模式
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JTAG仿真器和ETM的功能区别
基于JTAG的仿真器debug方法是利用芯片内部的 EmbeddedICE模块来控制内核，达到单步/断点等调试 目的，这种方法的特点是需要把目标CPU停住后才能 观察现场情况。在真正的实时系统中，停止CPU运行 往往导致现场失真，ETM就能够在CPU运行过程中把 现场信息捕捉压缩进行输出，然后在PC端就可以对这 些数据进行解压分析；用户还可以对ETM设置很多过 滤及触发条件，对一些随即出现的异常进行捕捉（还 能得到异常前后一段时间内的系统信息）。本质上 ETM相当于一个嵌入芯片内部的逻辑分析仪。
嵌入式系统课后习题-部分答案(PDF)
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。
1-6.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。
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）。
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可用于开发和调试包含JTAG接口的ARM电路板。
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ARM处理器的实时JTAG仿真器 与开发板的连线图
2008年3月14日
ARM处理器的 实时JTAG协议
转换器
TCK TDI TDO TMS
调试目标机
以ARM7TDMI为处理 器的开发系统
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英蓓特公司的ARM仿真器照片
JTAG实时在线协议转换器通常称为JTAG调试器 （或JTAG仿真器），由于ARM处理器广泛使用， 通常也把ARM处理器的JTAG实时在线协议转换器 称为ARM仿真器。
右面给出了深 圳市英蓓特公 司的ARM仿真 器照片。
南京大学计算机系
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指令集模拟器主要用途
指令集模拟器主要用在以下几种场合：
没有目标机开发板 有目标机开发板，但使用目标机开发板成本较高 调试的程序模块不需要在实际开发板上执行，例如
学习ARM汇编语言程序 模块代码的先行调试，以加快调试速度
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流行的ARM指令集模拟器
调试器
通信 信道
目
调试代理
标 运行在目标机上的
机
被调试程序
（嵌入式软件）
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(a) 一般嵌入式系统的调试结构
(b) ARM体系的调试结构
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3.3.1 指令集模拟器
指令集模拟器
ISS，Instruction Set Simulator 在一台计算机上模拟另外一台计算机上目标程序
《嵌入式系统原理与开发》
2008年春季
第4讲 南京大学计算机系 俞建新主讲
第3章 嵌入式微处理器技术基础
本章主要介绍以下内容： 嵌入式微处理器典型技术 主流嵌入式微处理器 嵌入式处理器的调试技术 边界扫描测试技术JTAG
2008年3月14日
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3.3 嵌入式系统调试技术
指令集模拟器 ROM仿真器 实时在线仿真 片上调试器与背景
ROM仿真器
用RAM以及附加电路制成的替代ROM进行离线编程的工具 MCS-51单片机研发过程中常常使用ROM仿真工具
2008年3月14日
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ROM仿真器照片
支持各种51系列芯片的JY-E2300仿真器照片
2008年3月14日
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3.3.3 实时在线仿真
实时在线仿真
（机器指令）运行过程的软件工具 有时也叫做软仿真器 嵌入式系统开发的不可或缺工具
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指令集模拟器的结构
指令集模拟器是一个纯软件系统
内部有一个反映目标处理器硬件的数据结构 以时序状态机的方式工作 可以根据目标机指令集定义执行目标指令 按照实现方法的不同指令集模拟器分为
边界扫描测试技术和JTAG接口是嵌入式系统 最具特色的技术
集成电路研制时的内部电路测试 嵌入式软件开发时的程序调试 将在后续课程中详细介绍
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ARM处理器的JTAG调试结构
主控协议
实时在线 协议转换器
运行有ARM公司或者第三 方提供的调试软件的PC机
负责与Debug主控端发出的高级 ARM调试命令以及底层的和ARM内 核JTAG命令进行通讯。
理器内核中的嵌入式微处理器厂商。 BDM首先在68300系列处理器上实现 现在在其他微控制器上得到应用
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BDM与ICE的区别
传统ICE调试时，使用ICE中的CPU来取代目标板中的 CPU，目标板和ICE之间使用多芯扁平电缆连接。而 ICE在使用时一般还需要与主机（一般是PC）连接。
嵌入式处理器 指令寄存器 边界扫描寄存器 测试访问端口
系统PCB板
地址
数据 闪存
控制
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实时在线仿真（ICE）与JTAG的区别
实时在线仿真系统的硬件主体是在线仿真器 （ICE）。在8位单片机调试过程中，可以用 这种ICE仿真器完全取代目标板上的MCU。 因而目标系统对开发者来说完全是透明的、 可控的。对16和32位的单片机还不能做到完 全取代。
▪ 基于ARM7TDMI的内核
SkyEye还能够模拟其它一些硬件外设，如串口、 网络芯片、内存、时钟等
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3.3.2 ROM仿真器
嵌入式系统的程序存储器为ROM时，如果调试需要修 改代码、设置断点及更新程序代码，就需要进行离线 编程。
离线编程是一个费时间的工作，用RAM替代ROM可 以解决这个问题
的一个项目 目前已经有24个团体会员 该论坛提出的调试标准称为Nexus 调试标准
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3.3.8 Nexus调试标准
Nexus 5001论坛
飞思卡尔公司、福特汽车公司和风河公司等世 界领先的嵌入式系统开发厂商于1998年成立了 该论坛。
官方网址是： 属于IEEE工业标准和技术组织（IEEE-ISTO）
解释型 编译型
2008年3月1
指令集模拟器的操作界面与IDE类似
模仿目标机的取指、译码和执行操作 将中间执行结果或者最终执行结果存入目标机映
像数据结构 调试人员可以观察目标机映像寄存器或者映像存
储器的单元，了解目标代码的执行结果
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有两种比较流行的指令集模拟器： ARMulator SkyEye 还有一些研究中的ARM指令集模拟器
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ARM公司推出的ARMulator
ARMulator是业界著名的指令集仿真器
运行在PC平台上 ARM体系结构的指令集模拟器 集成在SDT 2.51和ADS 1.2上的插件 由四个部分组成：处理器核模型、存储器接口、
调试模式
基于Angle的调试方案 边界扫描测试技术和
JTAG接口概述 跟踪接口ETM Nexus调试标准 半主机调试方式
2008年3月14日
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嵌入式系统调试技术概貌
嵌入式计算机调试基本结构
主机—目标机结构 主机常常是PC平台
原因：
运算能力相对较弱 存储能力和显示能力较小 数据吞吐率较小 很难在目标程序运行的计算设备上直接进行硬件软件调
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JTAG仿真器连接
JTAG仿真器连接比较方便，通过现有的JTAG边界扫 描口与ARM CPU 核通信，属于完全非插入式(即不使 用片上资源)调试，它无需目标存储器，不占用目标 系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。 另外，由于JTAG调试的目标程序是在目标板上执行， 仿真更接近于目标硬件，因此，许多接口问题，如高 频操作限制、AC和DC参数不匹配，电线长度的限制 等被最小化了。
Angel是ARM公司的调试监控程序
也称为调试代理 由多个程序部件组成 与传统调试监控程序相类似 驻留在目标机上 Angel接收主机上发送过来的调试命令，执行
指定的调试操作，并将调试结果反馈回主机。 适用于各种ARM硬件平台。
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3.3.6 边界扫描测试技术
试。
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主机和目标机之间调试信道
主机往往和 目标机的体 系结构不同。 因此，需要 有通信转换 器对调试信 息进行转换。
运行在 主 主机上 机 的调试器
（调试工具）
通信 信道
目 运行在目标机上的 标 被调试程序 机 （嵌入式软件）
ARM集成 主 开发环境 机 ADS或SDT的
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常用的片上调试技术
目前常用的片上调试技术主要有三种：
背景调试模式 BDM，Background Debug Mode
JTAG IEEE 1149.1
Nexus IEEE-5001 ISTO
2008年3月14日
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背景调试模式
背景调试模式
Motorola公司专有的片上调试器。 Motorola公司是第一个把片上调试器集成在处
处理器接口、操作系统接口。
2008年3月14日
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指令模拟精度的级别
指令模拟精度有三个级别
指令级 周期级 时序（节拍）级
ARMulator完全实现了指令级和周期级模拟 精度，但是没有完全实现时序级精度。
2008年3月14日
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指令集模拟器ARMulator对ARM程序运行 进行指令周期数统计的结果快照
ICE，In-Circuit Emulator 目前最为有效的调试嵌入式系统的手段 通过ICE的实际执行，开发者可以排除人们难以
发现的隐藏在设计方案中的逻辑错误。 ICE的另外一个主要功能是在应用系统中仿真微
控制器的实际执行 优点是功能强大，软硬件均可以做到完全实时
在线调试；缺点是价格昂贵。
2008年3月14日
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Armulator的指令周期统计结果说明
2008年3月14日
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SkyEye
一个ARM体系结构的嵌入式仿真和集成开发环 境
国内开放源码的自由软件项目
运行环境：Linux平台和Windows的Cygwin
能够仿真的CPU包括：