嵌入式系统习题解答(完全修订版)

第一章

1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。

答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒

2、什么叫嵌入式系统

嵌入式系统：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。

3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？

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。

嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)

嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)

嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)

嵌入式片上系统(System On Chip)

4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？

是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了 32 位 CPU 的多任务潜力。

第二章

1.基础知识

（1）ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？

64 位乘法指令（带M 后缀的）、支持片上调试（带D 后缀的）、高密度 16 位的Thumb 指令机扩展（带T 后缀的）和EmbededICE 观察点硬件（带I 后缀的）（2）ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？

三级流水线（取指译码执行）；使用了冯·诺依曼（Von Neumann ）结构，指令和数据共用一条32 位总线。

（3）ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？

处理器模式指的是处理器在执行程序时在不同时刻所处的不同状态，处理器状态指的是处理器当前所执行的指令集。

（4）分别列举ARM的处理器模式和状态。

状态： ARM 状态 32 位，这种状态下执行的是字方式的ARM 指令

Thumb 状态 16 位，这种状态下执行半字方式的 Thumb 指令模式：用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式。

（5）PC和LR分别使用哪个寄存器？

PC使用R15寄存器，LR使用R14寄存器

（6）R13寄存器的通用功能是什么？

堆栈

（7）CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？

寄存器CPSR为当前程序状态寄存器，当控制位T置位时，处理器处于Thumb 状态，执行Thumb指令，当控制位T清零时，处理器处于ARM状态，执行ARM 指令

（8）描述一下如何禁止IRQ和FIQ中断？

标志位I和F都是终端禁止标志位，用来使能或禁止ARM的两种外部中断源

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

2、存储器格式

定义R0=0x12345678，假设使用存储指令将R0的值存放在0x4000单元中，如果存储器格式为大端格式，请写出在执行加载指令将存储器0x4000单元的内容取出存放到R2寄存器操作后所得R2的值，如果存储器格式改为小端格式，所得的R2值又为多少？低地址0x4000单元的字节内容分别是多少？

大端格式时R2的值为0x12345678，0x4000单元的内容为0x78563412，小端格式时R2的值0x12345678，0x4000单元的内容为0x12345678

3、处理器异常

请描述一下ARM7TDMI产生异常的条件是什么？各种异常会使处理器进入那种模式？进入异常时内核有何操作？各种异常的返回指令又是什么？

当一个异常导致模式切换时，内核自动地做如下处理：将异常处理程序的返回地址PC-4保存到相应异常模式下的LR；将CPSR的当前值保存到相应异常模式下的SPSR；设置CPSR为相应的异常模式；

设置PC为相应异常处理程序的中断入口向量地址，跳转到相应的异常中断处理程序执行。

第三章

1、基础知识

（1）ARM7TDMI(-S)有几种寻址方式？LOR R1，[R0，#0x08]属于哪种寻址方式？

1. 寄存器寻址；

2. 立即寻址；

3. 寄存器移位寻址；

4. 寄存器间接寻址；

5. 基址寻址；

6. 多寄存器寻址；

7. 堆栈寻址；

8. 块拷贝寻址；

9. 相对寻址；LOR R1，[R0，#0x08]属于基址寻址。

（2）ARM指令的条件码有多少个？默认条件码是什么？

16条，默认条件码是AL。

（3）ARM指令中第二个操作数有哪几种形式？举例5个8位图立即数。

(1) 立即数；(2) 寄存器；(3) 寄存器及移位常数；

0x3FC（0xFF<<2）、0、0xF0000000(0xF0<<24)、200(0xC8)、0xF0000001(0x1F<<28)。

（4）LDR/STR指令的偏移形式有哪4种？LDRB和LDRSB有何区别？

(1) 零偏移；(2) 前索引偏移；(3) 程序相对偏移；(4) 后索引偏移。LDRB就是读出指定地址的数据并存入指定寄存器，LDRSB读出指定地址的数据，并高24位用符号位扩展，再存入指定寄存器。

（5）请指出MOV指令与LDR加载指令的区别及用途。

MOV指令的源操作数是常数或（带偏移量的）寄存器，用于寄存器之间的数据传送

LDR 指令的源操作数是地址，用于存储器到寄存器的数据传送。

（6）CMP指令的操作是什么？写一个程序，判断R1的值是否大于0x30，是则将R1减去0x30。

CMP 指令将寄存器Rn 的值减去operand2 的值，根据操作的结果更新CPSR 中的相应条件标志位，以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。

CMP{cond} Rn，operand2

CMP R1,0x30 ；将R1与常数0x30比较

LDRLE PC，LR 如果小于或等于0x30，则程序返回

SUBHI R1,R1,#0x30 ；大于0x30，则将R1减去0x30，结果存回R1

（7）调用子程序是用B还是用BL指令？请写出返回子程序的指令？

BL 指令用于子程序调用。

MOV PC， R14

或 BX LR

（8）请指出LDR伪指令的用法。指令格式与LDR加载指令的区别是什么？

LDR 伪指令用于加载 32 位的立即数或一个地址值到指定寄存器。它还常用于加载芯片外围功能部件的寄存器地址（32位立即数），实现各种控制操作，与ARM指令的LDR相比，伪指令的LDR参数有=号。

（9）ARM状态与Thumb状态的切换指令是什么？请举例说明。

BX指令，

从ARM状态切换到Thumb状态

CODE32

LDR R0,=Lable+1

BX R0

CODE16

Lable MOV R1,#12

;从Thumb状态切换到ARM状态

CODE16

LDR R0,=Lable

BX R0

CODE32

Lable MOV R1,#10

（10）Thumb状态与ARM状态的寄存器有区别吗？Thumb指令对哪些寄存器的访问受到一定限制？

Thumb状态下不能更新CPSR 中的ALU 状态标志。，Thumb指令对R8~R15寄存器访问受限。

（11）Thumb指令集的堆栈入栈、出栈指令是哪两条？

PUSH POP

（12）Thumb指令集的BL指令转换范围为何能达到±4MB？其指令编码是怎样的？

Thumb 采用两条16 位指令组合成22 位半字偏移(符号扩展为32 位)，使指令转移范围为±4MB。

2 有符号和无符号加法

下面给出A 和B 的值，您可先手动计算A+B，并预测N、Z、V 和 C 标志位的值。然后修改程序清单4.1 中R0、R1 的值，将这两个值装载到这两个寄存器中(使用LDR 伪指令，

如LDR R0,=0x FFFF0000)，使其执行两个寄存器的加法操作。调试程序，每执行一次加法操作就将标志位的状态记录下来，并将所得结果与您预先计算得出的结果相比较。如果两个操作数看作是有符号数，如何解释所得标志位的状态？同样，如果这两个操作数看作是无符数，所得标志位又当如何理解？

0xFFFF000F 0x7FFFFFFF 67654321 (A)

+ 0x0000FFF1 + 0x02345678 + 23110000 (B)

结果： (0x00000000) (0x82345677) (0x0568F421)

NZCV: 0110 1001 0000

1如果两个操作数是有符号的，A负B正，和为0，没有溢出，所以V=0, 如果两个操作数是无符号数，和为0，有进位，所以C=1

2如果两个操作数是有符号数，A正B正，和是负数，有溢出，所以V=1，如果两个操作数是无符号数，没有进位，所以C=0

3如果两个操作数是有符号数，A正B正，和是正数，没有溢出，所以V=0，如果两个

操作数是无符号数，没有进位，所以C=0

3 数据访问

把下面的 C 代码转换成汇编代码。数组 a 和 b 分别存放在以 0x4000 和 0x5000 为起始地址的存储区内，类型为long(即32 位)。把编写的汇编语言进行编译连接，并进行调试。

for (i=0; i<8; i++) { a[i] = b[7-i]; }

第四章

1、基础知识：

（1）LPC2114可使用的外部晶振频率范围是多少（使用/不使用PLL功能时）？

晶振频率范围：1~30 MHz，若使用PLL 或ISP 功能为：10～25MHz。（2）描述一下LPC2210的PO.14、P1.20、P1.26、BOOT1和BOOT0引脚在芯片复位时分别有什么作用？并简单说明LPC2000系列ARM7微控制器的复位处理流程。

P0.14 的低电平强制片内引导装载程序复位后控制器件的操作，即进入ISP 状态。

P1.20 的低电平使 P1.25～P1.16 复位后用作跟踪端口。

P1.26 的低电平使 P1.31～P1.26 复位后用作一个调试端口。

当RESET 为低时，BOOT0 与BOOT1 一同控制引导和内部操作。引脚的内部上拉确保了引脚未连接时呈现高电平。外部复位输入：当该引脚为低电平时，器件复位，I/O口和外围功能进入默认状态，处理器从地址0 开始执行程序。复位信号是具有迟滞作用的TTL 电平。

（3）LPC2000系列ARM7微控制器对向量表有何要求（向量表中的保留字）？

向量表所有数据32 位累加和为零(0x00000000～0x0000001C 的8 个字的机器码累加)，才能脱机运行用户程序，这是LPC2114/2124/2212/2214 的特性。

（4）如何启动LPC2000系列ARM7微控制器的ISP功能？相关电路应该如何设计？

有两种情况可以使芯片进入ISP状态（1）将芯片的P0.14引脚拉低后，复位芯片，可进入ISP状态（2）在芯片内部无有效用户代码时，Boot Block自动进入ISP状态。

如果用户需要使用ISP功能，则可以设计一个跳线将P0.14接到地，若需要进入ＩＳＰ，将此跳线短接即可，想要脱机运行程序，将此跳线断开即可。（5）LPC2000系列ARM7微控制器片内Flash是多位宽度的接口？它是通过哪个功能模块来提高Flash的访问速度？

128位, 通过存储器加速模块（MAM）来提高Flash的访问速度

（6）若LPC2210的BANK0存储块使用32位总线，访问BANK0时，地址线A1、A0是否有效？EMC模块中的BLSO~BLS4具有什么功能？

无效,( 如果存储器组配置成 16 位宽,则不需要 A0；8 位宽的存储器组需要使用 A0 。)；字节定位选择信号。

（7）LPC2000系列ARM7微控制器具有引脚功能复用特性，那么如何设置某个引脚为指定功能？

通过引脚功能选择寄存器的设定来设置某个引脚为指定功能

（8）设置引脚为GPIO功能时，如何控制某个引脚单独输入/输出？当前要知道

某个引脚当前的输出状态时，是读取IOPIN寄存器还是读取IOSET寄存器？

GPIO方向寄存器，IOPIN。

（9）P0.2和P0.3口是I2C接口，当设置它们为GPIO时，是否需要外接上拉电阻才能输出高电平？

具有Ｉ２Ｃ总线功能的引脚为开漏输出，设置为GPI0时需要接上拉电阻才能输出高电平或以引脚状态输入

（10）使用SPI主模式时，SSEL引脚是否可以作为GPIO？若不能，SSEL引脚应如何处理？

不能用作GPIO，SSEL应设这高电平，处于末激活状态。

（11）LPC2114具有几个UART是符合什么标准？哪一个UART可用作ISP通信？哪一个UART具有MODEM接口？

UART0，UART1；UART0用于ISP通信，UART1具有MODEM接口。

（12）LPC2114具有几个32位定时器？PWM定时器是否可以作通用定时器使用？

两个32位定时器，PWM定时器不能用作通用定时器使用

（13）LPC2000系列ARM7微控制器具有哪两种低耗模式？如何降低系统的功耗？

2 个低功耗模式：空闲和掉电；

2、计算PLL设置值：

假设有一个基于LPC2114的系统，所使用的晶振为11.0592MHZ石英晶振。请计算出最大的系统时钟（ccls）频率为多少MHZ？此时PLL的M值和P值各为多少？

请列出计算公式，并编写设置PLL的程序段。

Focs=11.0592=Fcclk/M 系统LPC2114的最大系统时钟频率为60Hz

所以 M = Fcclk/Fosc 约等于5

最大的cclk频率Fcclk=M·Fosc=5*11.0592=55.296 MHz

因为 156MHz＜Fcco＜320 MHz所以 P = Fcco /（Fcclk*2）=1.4 ~ 2.89 因为p的值只能去2 、4、8 故 P=2

PLLCON = 1;

PLLCFG = plldat;

PLLFEED = 0xaa;

PLLFEED = 0x55;

While((PLLSTAT&(1<<10))==0);

PLLCON = 3;

PLLFEED = 0xaa;

PLLFEED = 0x55;

M - 1 = 5;

P = 2;

PLLCFG = 5|(2<<5)

return (TRUE);

3、存储器重影射：

（1）LPC2210具有（ 4 ）种存影射模式。

①3 ②5 ③1 ④4

（2）当程序已固化到片内Flash，向量表保存在0x00000000起始处，则MAP〔1:0〕的值应该为（ 2 ）。

①00 ②01 ③10 ④11

（3）LPC2000系列APM7微控制器ccq重影射的目标起始地址为（），共有（）个字。

①0x00000000，8 ②0x40000000，8 ③0x00000000，16 ④0x7FFFE000，8

4、外部中断唤醒掉电设计：

以下代码是初始化外部中断0，用它来唤醒掉电的LPC2114，请填空。

PINSEL0=0x00000000；

PINSELI = (PINSEL1&0XFFFFFFFC)|0X01； //设置I/O连接，PO.16设置为EINTO

EXTMODE =0X00； //设置EINT0为电平触发模式

EXTPOLAR=0X00； //设置EINT0为低电平触发

EXTWAKE =0X01； //允许外部中断0唤醒掉电的CPU

EXTINT=0x0F； //清除外部中断标识

第五章

1.写出最小系统的定义，并画出最小系统原理框图.

单片机最小系统即单片机的时钟电路和单片机的复位电路。

2.电源电路设计有哪些要点？

必须考虑的因素有：输出的电压、电流和功率；输入的电压、电流；安全因素；输出纹波；电磁兼容和电磁干扰；体制限制；功耗限制；成本限制。

3.LPC2000系列ＡＲＭ时钟系统如何设计？

设计电路

4.写出Nand和Nor型Flash的异同点。

区别：两者工艺不一样，Nor读取速度快，成本高，容量不易做大，Nand读取慢，成本低，容量很容易作大。

相同点：都是采用FLASH技术生产

功能： Nor适合作为芯片程序存储的ROM使用，Nand适合作为非易失性数据存储器

程序清单

4.1寄存器相加；文件名：TESTI.S

；功能：实现两个寄存器相加

；说明：使用ARMulate软件仿真调试

AREA Examplel,CODE,READONLY ；声明代码段Examplel

ENTRY ；标识程序入口

CODE32 ；声明32位ARM指令

START MOV R0，#0 ；设置参数

MOV R1，#10

LOOP BL ADD_SUB ；调用子程序ADD_SUB

B LOOP ；跳转到LOOP

ADD_SUB

ADDS R0，R0，R1 ；R0=R0+R1

MOV PC，LR ；子程序返回

END ；文件结束

4.2读取SMI立即数

T_bit EQU 0X20

SWI_Handler

STMFD SP！，{R0_R3，R12，LR} ；现场保护

MRS R0，SPSR ；读取SPSR

STMED SP！，{R0} ；保存SPSR

TST R0，#T_bit ；测试T标志位

LDRNEH R0，[LR，#_2] ；若是Thumb指令，读取指令码（16位）BICNE R0，R0,，#0xFF00 ；取得Thumb指令的8位立即数LDREQ R0，[LR，#_4] ；若是ARM指令，读取指令码（32位）BICEQ R0，R0，#0Xff000000 ；取得ARM指令的24位立即数

……

LDMFD SP！，｛ R0_R3，R12，PC｝；SWI异常中断返回

4.3使用IRQ中断

ENABLE_IRQ

MRS R0，CPSR

BIC R0，R0，#0x80

MSR CPSR_C，R0

MOV PC，LR

4.4禁能IRQ中断

DISABLE_IRQ

MRS R0 CPSR

ORR R0，R0，#0x80

MSR CPSR_C，R0

MOV PC，LR

4.5堆栈指令初始化

INTSTACK

WOV R0，LR ；保存返回地址

；设置管理模式堆栈

MSR CPSR_C，#0xD3

LDR SP，stacksvc ；

设置中断模式堆栈

MSR CPSR_C，#0xD2

LDR SP，Stacklrq

……

4.6小范围地址的加载

……

ADR R0，DISP_TAB ；加载转换表地址

LDRB R1，[R0，R2] ；使用R2作为参数，进行查表

……

DISP_TAB

DCB 0xC0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90 4.7中等范围地址的加载

……

ADR LR，RETURNI

ADRL R1，Thumb_sub＋1

BX R1

.

RETURNI

……

CODE 16

Thumb_sub

MOV R1，#10

……

4.8加载32位立即数

……

LDR R0，=IOPIN ；加载GPIO的寄存器IOPIN的地址LDR R1，[R0] ；读取IOPIN寄存器的值

……

LDR R0，=IOSET

LDR R1，=0x00500500

STR R1，[R0] ；IOSET=0x00500500

……

4.9软件延时

……

DELAYI

NOP

NOP

NOP

SUBS R1，R1，#1

.

BNE DELAYI

……

4.10 ARM到Thumb的状态切换

；文件名：TEST8.S

；功能：使用BX指令切换处理器状态

；说明：使用ARMulate软件仿真调试

AREA Example8，CODE，READONLY

ENTRY

CODE32

ARM_CODE ADR R0，THUMB_CODE+1

BX R0 ；跳转并切换处理器状态CODE16

THUMB_CODE

MOV R0，#10 ；R0=10

MOV R1，#20 ；R1=20

ADD R0，R1 ；R0=R0+R1

B

END