嵌入式系统设计考试考题

一．简答题：

1.在PXA270和Exynos 4412实验系统中，都采用了核心板及母板（主板）结构，请简述这种结构设计的优点和缺点。

答：核心板是一个六层的小板，主板是一个两层的大板。两种板子的特征以及要求不同：核心板的特征是集成性高，结构复杂，成本相对较高，要求要可以高速运行。主板的特征是扩展性强，可搭载外围设备，成本低廉，相对低速。设计成两块板子，让成本高的核心板尽量缩小，成本低廉，也便于设计以及维修更换，并且让两种板子都发挥了各自的特性，所以通常设计成两块板。如果设计成一块板子，两种板子的速度不匹配，设计过程、制作工艺复杂，成本高，出现问题也不好解决，同时主板扩展性强的特性也不好发挥。但是设计成两块电路板，可能出现的问题集中在两块板子的连接上，如电路设计，传输信息的方式，速度(传输时延)，准确性等。

2.Arm处理器有哪些工作模式和状态？

答：工作模式：用户模式、系统模式、快速中断模式、中断模式、管理模式、终止模式、未定义指令模式，

从编程的角度看，ARM处理器的工作状态一般有两种，并可以在两种状态下切换：

第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令；

第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。

3.ATPCS（ARM-Thumb Produce Call Standard）的主要内容是什么？

答：为了使单独编译的

C语言和汇编语言之间能够相互调用，必须为子程序间的调用规定一定的规则。ATPCS 就是ARM程序和Thumb程序中子程序调用的基本规则。其使用规则为：

1. 子程序通过寄存器R0~R3来传递参数. 这时寄存器可以记作: A1~A4 , 被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0~R3的内容.

2. 在子程序中,使用R4~R11来保存局部变量.这时寄存器R4~R11可以记作: V1~V8 .如果在子程序中使用到V1~V8的某些寄存器,子程序进入时必须保存这些寄存器的值,在返回前必须恢复这些寄存器的值,对于子程序中没有用到的寄存器则不必执行这些操作.在THUMB程序中，通常只能使用寄存器R4~R7来保存局部变量.

3.寄存器R12用作子程序间scratch寄存器,记作ip; 在子程序的连接代码段中经常会有这种使用规则.

4. 寄存器R13用作数据栈指针,记做SP,在子程序中寄存器R13不能用做其他用途. 寄存器SP在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等.

5. 寄存器R14用作连接寄存器,记作lr ; 它用于保存子程序的返回地址,如果在子程序中保存了返回地址,则R14可用作其它的用途.

6. 寄存器R15是程序计数器,记作PC ; 它不能用作其他用途.

7. ATPCS中的各寄存器在ARM编译器和汇编器中都是预定义的。

4.在嵌入式系统设计中，JTAG的主要作用是什么？

答：1 用于烧写FLASH，烧写FLASH的软件有很多种包括jatg.exe fluted flashpgm等等，但是所有这些软件都是通过jtag接口来烧写flash的，由于pc机上是没有jtag接口的，所以利用并口来传递信息给目标板的jtag接口。所以就需要并口转jtag接口的电路。

2 用于调试程序，同时应该注意到jtag接口还可以用来调试程序。而调试程序（如ARM 开发组件中的AXD）为了通过jtag接口去调试目标板上的程序，同样是使用pc的并口转jtag接口来实现与目标板的通信。这样，并口转jtag接口的电路就有了两种作用。

3 仿真器，根据1和2的总结，并口转jtag接口的电路是两种应用的关键，而这种电路在嵌入式开发中就叫仿真器。并口转jtag接口的电路有很多种，有简单有复杂的，常见的仿真器有Wigger，EasyJTAG，Multi-ICE等。这些所谓的仿真器的内部电路都是并口转jtag接口，区别只是电路不同或使用的技术不同而已。

二. 原理图设计部分

在PXA270实验系统中，有四个七段数码管，其中每两个数码管为一组。两组数码管的地址分别为0x10300000和0x10400000。假定系统的驱动程序和测试程序都能够正常运行，测试程序的功能是使四个数码管显示EEEE，请回答如下问题：（1）如果将驱动程序中数码管的地址0x10300000误写为0x10500000，驱动程序的其他内容不变，执行测试程序会出现什么现象？

答：EEEE移了一组数码管。

（2）如果将驱动程序中数码管的地址0x10300000误写为0x103000A0，驱动程序的其他内容不变，执行测试程序会出现什么现象？

答：程序正常运行。

（3）由于系统的需要，与数码管对应的两组地址0x10300000和0x10400000，需要修改为0x04300000和0x04400000，其原理图应当做如何修改？

答：将B_CS4和和CS5的连线交换。

三．Arm工作模式及汇编部分（10分）

在下面的程序注释中，qij表示问题编号，i∈（0 ? 4）, j∈（0 ? 4）。请回答如下问题：

1：q00，q01所在行的指令执行的是什么操作？如果系统在IRQ使能的情况下，有IRQ发生的话，系统能够正常运行吗？

答：所执行的是中断操作；不能。

2：q11 ? q13所在行的指令执行的是什么操作？arm是什么工作模式？

答：初始化R0，此时处于管理模式。

2：q21 ? q24所在行的指令执行后，arm处于什么工作模式？

答：处于用户模式。

3：执行完q31行的指令后，arm是什么模式？

答：向量中断模式。

4：执行完q41行的指令后，R0=？

答：R0 = 0x1F

AREA INIT, CODE, READONLY

ENTRY

B RESET_HANDIER

UNDEFINED_HANDIER

B UNDEFINED_HANDIER

B SWI_HANDIER

PREFETCH_HANDIER

B PREFETCH_HANDIER

ABORT_HANDIER

B ABORT_HANDIER

NOP

IRQ_HANDIER ;q00

B IRQ_HANDIER ;q01

FIQ_HANDIER

B FIQ_HANDIER

SWI_HANDIER

MOV PC,LR

RESET_HANDIER

MOV R0,#0x000001F0 ;q11

LDR R1,=0xF0000000 ;q12

STR R0,[R1] ;q13

mov r13,#3

MOV R14,#4

MRS R0,CPSR ;q21

BIC R0,R0,#0x1f ;q22

ORR R0,R0,#0x10 ;q23

MSR CPSR_c,R0 ;q24

mov r13,#1

MOV R14,#2

MRS R0,CPSR

BIC R0,R0,#0x1f

ORR R0,R0,#0x12

MSR CPSR_c,R0 ;q31

ADD R13,R13,R14

MOV R0,R13

ADD PC,PC,#0x8

ADD R0,R0,#0x7

ADD R0,R0,#0x6

ADD R0,R0,#0x5

ADD R0,R0,#0x4

ADD R0,R0,#0x3 ;q41

ADD R0,R0,#0x2

ADD R0,R0,#0x1

STOP

B STOP

END

四．驱动程序部分（20分）

Exynos 4412嵌入式系统的Keypad结构和编号如图1所示。

第四题图1

在Keypad驱动程序中，扫描键码的程序如下：

for(i=0;i<4;i++) {

*keypad_row_addr = tmp[i];

value = *keypad_col_addr & 0x0f;

if(value > 0) {

for(k=0;k<4;k++) {

if(value == tmp[k]){

value = j+(i*4);

if(value != 0x00) goto stop_poll;

}

j++;

}

}

}

stop_poll:

1.试结合驱动程序fpga_keypad.c和测试程序fpga_keypad_test.c,说明测试程序是怎

样获取按键的编号的。

答：首先，驱动程序将存储键盘输入数据的缓冲区清空。按下按钮后，测试程序将按下按钮的返回的数据存入缓冲区。驱动程序中，程序对键盘输入数据缓冲区中的数据逐个对比，当对比发现当前对比的存储空间存在数据时，通过行列值计算，得出按键的编号。

2.请说明当有 13 号键按下时，驱动程序扫描按键并获取键号的过程。

答：按下13号键时，测试程序将按键数据存入缓冲区。测试程序将COL1开始，将每行所对应缓冲区数值与空值比较。ROW1、ROW2对应缓冲区数值为空值，ROW3非空值。

则依次将9、10、11、12号键COL值对应的数值(0x01、0x02、0x04、0x08)分别与ROW3缓冲区数值比较，到扫描到9号键对应数值时，判断0x01与ROW3缓冲区数值相等，通过当前行列值的计算，得出按键号。

3.由于系统设计的需要，如果希望Keypad 编号顺时针旋转270°，如图2所示。请问

如何设计程序，达到扫描键盘的目的？（用文字说明实现原理，并写出具体程序）答：用数值13减去将原程序得出的Keypad编号即可。

for(i=0;i<4;i++) {

*keypad_row_addr = tmp[i];

value = *keypad_col_addr & 0x0f;

if(value > 0) {

for(k=0;k<4;k++) {

if(value == tmp[k]){

value = 13-j-(i*4);

if(value != 0x00) goto stop_poll;

}

j++;

}

}

}

第四题图2