南邮ARM嵌入式期末复习

1.嵌入式系统定义：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，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。

2.嵌入式系统的组成结构，层次关系、硬件：

[书]硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和 I/O接口。

[课件]硬件层由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其它I/O 接口（A/D、D/A、通用I/O 等）以及电源等组成。

3.嵌入式处理器的分类，有哪些典型的嵌入式处理器：

嵌入式处理器的分类：嵌入式微处理器，嵌入式微控制器，嵌入式 DSP处理器，SoC片上系统。典型的嵌入式处理器有：Am186/88，386EX，SC-400，Power PC，68000，MIPS，ARM/StrongARM 4. ARM处理器模式、内核版本（TDMI）、工作状态、寄存器组织、CPSR、SPSR

1）ARM微处理器支持 7种运行模式。

①用户模式（usr）：ARM处理器正常的程序执行状态。

②快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理。

③外部中断模式（irq）：用于通用的中断处理。

④管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式。

⑤数据访问终止模式（abt）：当据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护

⑥系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务。

⑦未定义指令中止模式（und）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

2）T—支持 16位的 Thumb指令集。

D—支持 JTAG片上调试。M—支持用于长乘法操作（64位结果）的 ARM指令，包含快速乘法器。I—带有嵌入式追踪宏单元ETM（Embedded Trace Macro），用来设置断点和观察点的调试硬件。3）工作状态：

①ARM状态（32位，执行字对齐的 32位 ARM指令）：当操作数寄存器的状态位【0】为 0时，执行 BX指令进入此状态，当 ARM处理器进行异常处理时，如果把 PC指针放入异常模式链接寄存器中，则程序从异常向量地址开始执行，也可以使处理器进入 ARM状态。

②Thumb状态（16位，执行半字对齐的 16位 Thumb指令）：当操作数寄存器的状态位【0】为 1时，执行BX指令进入此状态，如果 ARM处理器在 Thumb状态进入异常，则异常处理返回时，自动切换到此模式。

⑤程序计数器 PC（R15）寄存器 R15用作程序计数器（PC）。在 ARM状态下，位[1:0]为0，位[31:2]用于保存 PC；在 Thumb状态下，位[0]为0，位[31:1]用于保存PC。在 ARM状态下，PC 的 0和 1位是0，在 Thumb状态下，PC的 0位是 0。

⑥寄存器 R16用作当前程序状态寄存器（CPSR）它包括条件标志位、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。每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为备份的程序状态寄存器（SPSR），当异常发生时，SPSR用于保存 CPSR的当前值，当异常退出时则由 SPSR来恢复CPSR。

5.异常的处理

1）异常类型：

复位：当处理器的复位电平有效时产生复位异常，程序跳转到到复位异常处理程序处执行

未定义指令：当ARM处理器遇到不能处理的指令时产生未定义指令异常可使用该机制进行软件软件中断：该异常由执行SWI指令产生，可用于用户模式下程序调用特权操作指令。

指令预取中止：若处理器预取指令地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，存储器会向处理器发出中止信号，但当预取指令被执行时，才会产生指令预取中止异常

数据中止：若处理器数据访问指令的地址不存在或该地址不允许当前指令访问时产生中止异常IRQ(外部中断请求)：当处理的外部中断请求引脚有效，且CPSR中的I位为0时，产生IRQ异常。系统的外设可通过该异常请求中断服务

FIQ（快速中断请求）：当处理器的快速中断请求引脚有效，CPSR中的F为0时，产生FIQ异常

2）处理流程：当一个异常出现以后，ARM微处理器会执行以下几步操作。

①将下一条指令的地址存入相应连接寄存器 LR，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。若异常是从 ARM状态进入，LR寄存器中保存的是下一条指令的地址；若异常是从 Thumb状态进入，则在 LR寄存器中保存当前 PC的偏移量。在软件中断异常SWI，指令 MOV PC，R14_svc总是返回到下一条指令，不管 SWI是在 ARM状态执行，还是在 Thumb状态执行。

②将 CPSR复制到相应的 SPSR中。

③根据异常类型，强制设置 CPSR的运行模式位。

④强制 PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。还可以设置中断禁止位，以禁止中断发生。如果异常发生时，处理器处于 Thumb状态，则当异常向量地址加载入 PC时，处理器自动切换到 ARM状态。

⑤异常处理完毕之后，ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回：

将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中；

将 SPSR复制回 CPSR中；

若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。

可以认为应用程序总是从复位异常处理程序开始执行的，因此，复位异常处理程序不需要返回。

6. ARM两种指令系统（切换指令）、指令寻址方式

两种指令系统：ARM指令和 Thumb指令1）立即寻址2）寄存器寻址3）寄存器间接寻址4）基址变址寻址5）多寄存器寻址6）寄存器移位寻址7）相对寻址8)堆栈寻址

7.流水线技术及问题（P26第二段，不能多级同时占用同一硬件）

不论是三级流水线还五级流水线，当出现多周期指令，跳转分支指令和中断发生的时候，流水线都会发生阻塞，而且相邻指令之间也可能因为寄存器冲突导致流水线阻塞（流水线正常工作的条件是在任意时刻、每一级所使用的硬件必须能独立操作，不能多级同时占用同一硬件资源）9.伪指令（概念）：伪指令是 ARM处理器支持的汇编语言程序里的特殊助记符，它不在处理器运行期间由机器执行，只是在汇编时将被合适的机器指令代替成 ARM或 Thumb指令，从而实现真正的指令操作。

11.硬件系统（P77第一段的介绍）

嵌入式系统的硬件平台除了嵌入式处理器外，还包括存储器系统、外围接口部件以及连接各种设备的总线系统。其中，存储器是嵌入式系统存放数据和程序的功能部件，操作系统和应用程序都可以固化在 ROM或 flash中，而外围设备决定了应用于不同领域的嵌入式系统的独特功能。目前，嵌入式系统中常用的通用设备接口有A/D、D/A、I/O接口有 RS-232接口、LCD、键盘接口、Ethernet、USB、音频接口、VGA视频输出接口、I 2C(现场总线)、SPI(串行外围设备接口)、IrDA(红外线接口)等。

12.存储系统的分级结构存储系统分为四级，即寄存器组、高速缓存、内存和外存。它们在存取速度上依次递减，而在存储容量上逐级递增。

https://www.360docs.net/doc/7419298082.html,B构成、传输方式，总线

1）硬件结构：USB系统采用级联星型拓扑，由三个基本部分组成：主机、集线器、功能设备。主机包括 USB总线接口、USB设备层和功能层三层结构。

2）软件构成：USB总线接口，USB系统，USB客户软件。

3）数据和控制信号在主机和 USB设备之间的交换存在两种通道：单向和双向。对任何给定的设备进行设置时，一个通道上的数据传输只能支持下列四种 USB数据传输方式中的一种，即同步（isochronous）、控制（control）、中断（interrupt）和批量（bulk）。

4）USB总线是基于令牌的总线，类似于令牌环网络。

14.总线四周期握手协议

总线握手的作用是控制每个总线周期中数据传送的开始和结束，从而实现两个设备间协调和配合，保证数据传送的可靠性。握手使用两根用来进行握手的电线enq（表示查询）和ack（表示应答）。在握手期间，使用专用的电线来传输数据。数据握手线必须以某种方式用信号的电压变化来表明整个总线传输周期的开始和结束，以及在整个周期内每个子周期的开始和结束。

15.存储器格式

ARM的体系结构可以用两种方法存储字数据，称之为大端格式和小端格式。

大端格式：在这种格式中，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。小端格式：与大端存储格式相反，在小段存储格式中，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。

16.看门狗的定义和原理：正常运行的程序，每隔一段时间必然运行其中的一部分代码，如果在用户设定的最大时间内没有运行其中的某一部分代码，则认为系统出现问题，看门狗电路产生复位信号，使系统重新开始运行。

17.Bootloader概念和作用、特点（依赖硬件）

1）Bootloader是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

2）作用：①初始化处理器②初始化必备的硬件③下载系统映像④初始化操作系统并准备运行。3）特点：BootLoader是依赖于目标硬件实现的，可以从两个方面来理解：每种嵌入式微处理器体系结构都有不同BootLoader，BootLoader还依赖于具体的嵌入式板级硬件设备配置。18. 典型的嵌入式操作系统有哪些

Linux, μC/OS, Windows CE, VxWorks, Palm OS, QNX, 苹果iOS， Andoid，pSOS、

19.嵌入式系统的开发过程。

系统定义阶段:确定系统最终实现的目标，可行性，采用的策略估计资源和成本，安排计划，制定需求，包括功能，性能，生产成本，功耗，物理尺寸和重量。

系统总体设计阶段：描述系统如何实现由系统定义的功能。如结构设计软硬件划分等。

构件设计阶段：包括软件和硬件等。元器件选择，原理图设计，制版测试，硬件测试，操作系统移植，驱动程序，应用程序，软件测试等。

编码阶段：构件设计的实现阶段，即设计算法并编写相关代码。

集成测试阶段：将测试完的软件系统装入制作好的硬件系统，进行系统综合测试验证系统功能20.文件系统的概念和类型

概念：文件系统是对一个存储设备上的数据和元数据进行组织的机制，Linux文件系统接口为分层的体系结构，从而将用户接口层、文件系统实现和操作存储设备的驱动程序分隔开。

类型：1）ext2,ext3文件系统 2）基于FLASH的文件系统（jffs2,yaffs,Cramfs,Romfs）3)基于RAM的文件系统（Ramdisk,ramfs/tmpfs）4）网络文件系统 NFS

21.进程的状态及其转换，任务调度，任务管理（任务通常是一个无限的循环。任务间的通信有两个途径：共享数据结构和消息机制。）

1）Linux进程的状态：用户状态、内核状态、内存中就绪、内存中睡眠、就绪且换出、睡眠且换出、被抢先、创建状态、僵死状态（zombie）（僵死状态：进程调用exit结束，进程不再存在，但在进程表项中仍有记录，该记录可由父进程收集）

2）大多数实时内核是基于优先级调度法，即CPU总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。但是，高优先级任务何时掌握CPU的使用权，由使用的内核来决定。通常，基于优先级调度法的内核有2种：占先式内核和非占先式内核。

3）任务通常是一个无限的循环。任务间的通信有两个途径：共享数据结构和消息机制。

22.闪速存储器的特点

闪速存储器（Flash Memory）是一类非易失性存储器NVM（Non-Volatile Memory）即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息；而诸如DRAM、SRAM这类易失性存储器，当供电电源关闭时片内信息随即丢失。 Flash Memory集其它类非易失性存储器的特点：与EPROM相比较，闪速存储器具有明显的优势——在系统电可擦除和可重复编程，而不需要特殊的高电压；与EEPROM相比较，闪速存储器具有成本低、密度大的特点。其独特的性能使其广泛地运用于各个领域，包括嵌入式系统，如PC及外设、电信交换机、蜂窝电话、网络互联设备、仪器仪表和汽车器件，同时还包括新兴的语音、图像、数据存储类产品，如数字相机、数字录音机和个人数字助理（PDA）。

#include

extern void s_copy(const char * s0,char *d0) int main(){const *S="gnmlgb";

char d[20];

s_copy(s,d);

printf("old:%s\n",s);

printf("new:%s\n",d);

return 0;

}

AREA asmfunc,CODE，READONLY

EXPORT s_copy

s_copy

loop

ldrb r5,[r0],#1

cmp r5,#0

beq over

strb r5,[r1],#1 //r5->[r1],r1++

b loop

over

mov pc,lr

END

#include

void s_copy(const char * s0,char * d0)

{

char c;

__asm

{loop:

#ifdef _arm //ARM状态

ldrb c,[s0],#1

strb c,[d0],#1

#else //thumb

ldrb c,[s0]

add s0,#1

strb c,[d0]

add d0,#1

#endif

cmp c,#0

bne loop

}}

int main()

{char *s="gnmlgb!";

char d[20];

s_copy(s,d);

printf("old:%s\n",s);

printf("new:%s\n",d);

return 0;

}

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