嵌入式系统复习题.docx

嵌入式系统的定义：（I EEE）嵌入式系统是?用于控制、监视或者辅助机器或设备运转的装置J （?般）以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,对功能、可靠性.成木、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统的特点：技术密集、专川性强.环境相关度高、功耗限制、成本敏感、操作系统内核小.不可垄断

硬件组成：处理器核（核心处理器、时钟分频器、定时器、DMA、中断控制、I/O端口、A/D转换）2、外围电路（电源、晶振、复位、端口、DRAM、Flash、ROM、网口.调试接口］和外设与扩展（USB. LCD.手写笔、键盘、红外等）o 软件组成（由底层向上）:嵌入式硬件层、BSP［嵌入式RTOS（基本组件:功耗管理、文件管理、GUI、操作系统内核、冇线无线网络；扩展组件：汽车电子.浏览器、信息家电.嵌入式数据库）、API ］.嵌入式应用系统。

嵌入式处理器分类：微控制器:偏匝程序流程控制，响应速度；微处理器:偏重运算功能，数据流较大：城入式:偏重数字信号处理功能；片上系统:集成度高，可编程模拟电路，可重川IP软核。

体系结构：冯?诺依曼:山CPU、存储器系统和丨/0设备组成，存储器系统负责存储全部数据利指令，并可以根据拨给的地址对其进行读写操作，数据和指令存在同-存储器中; 辿：程序存储器和数据存储器分开, 程序计数器只指向程序存储器而不指向数据存储器。（哈佛优势:数据和程序不必再竞争同一端口，加快了机器运行时间）

Cl SC：指令数量很多；冇些指令执行时间很长，如整块的存储器内容拷贝或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器；编码长度1-15字节；寻址方式多样；可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作；难以用优化编译器生成高效的H标代码程序。Rl SC：较少，通常少于100；没有较长执行时间的指令；编码长度尚定，通帘为4个字节；简单寻址：只能对寄存器进行算术和逻辑操作，Load/St ore体系结构；采用优化编译技术.生成高效的H标代码程序。

指令流水线技术：儿个指令可以并行执行。提高了CPU的运行效率，内部信息流要求通畅流动。PC指向正被取指的指令，而非正在执行的指令。

cache：为什么采用高速缓存：微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均性能。高速缓存的丄作原理:高速缓存是-?种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的拷贝。

存储器分类：RAM： Random Access Memory 随机存取存储器（SRAM、SDRAM. DDR）； ROM： Read Onl y Memory 只读存储器（EEPROM、FLASH： NOR> NAND） : SD 卡、CF 卡:Secure Di gi t al Me mory Card 安全数码卡，Compact Flash；硬盘。

数据在存储器中的组织方式：小端極袁（Litt le?endian）：数据字或双字的高字节存放在存储器的高地址, 低字节存放在存储器的低地址；人端模式（Bi q?endi an）:数据字或双字的高字节存放在存储器的低地址，低字节存放在存储器的高地址。

例：与存储模式无关的：

unsi gned I ong a = 0x 1 2345678; / / a 在地址0x 4000

unsi gned I ong * b = &a; //b = 0x 4000

unsi gned char * c = （unsi gned char *）&a; 11 c = 0x 4000

取决于存储模式的：

unsi gned char d = （unsi gned char）a;

unsi gned char e = * c ; / / 小端时e = 0x78 ,人端时e = 0x 1 2

ARM处理器工作状态：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ARM指令。两个状态之间的切换并不影响处理器模式或寄存器内容。

ARM处理器的模式：川户（usr）:正常程序执行模式；不能直接切换到其它模式。

系统（SYS）:运行操作系统的特权任务；与usr类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权。

快中断（fid）:支持高速数据传输及通道处理；FIQ界常响应时进入此模式。

中断（i rq）:川于通川中断处理；I RQ异常响应时进入此模式。

管理（SVC）:操作系统保护模式；系统复位和软件中断响应时进入此模式。

屮止（abt ）:用于支持虚拟内存和/或存储器保护；在ARM9TDMI没有大用处。

未定义（und）:支持硬件协处理器的软件仿真；未定义指令异常响应时进入此模式。

所有寄存器:通用寄存器和程序计数器（R0-R15） >状态寄存器［CPSR、SPSRfusr和sys模式时不含）］。所有的37个寄存擀，分成两大类：31个通用32位寄存器和6个状态寄存器。

程序计数器R15（PC）：正常操作时，从R1 5读取的值是处理器正在取指的地址，即当前正在执行指令的地址加上8个字节（两条ARM指令的长度）。宙于ARM指令总是以字为单位.所以R15寄存器的最低两位总是为0。

ARM处理器寻址方式：寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找宾实操作数地址的方式。ARM处理器具冇9种基本寻址方式：

1?寄存器寻址:操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段指出的是寄存器编号，指令执行时直接取出寄存器值來操作。寄存器寻址指令举例如2

MOV R1, R2 ;将R2的值存入R1

SUB R0, R1, R2 ;将刖的值减去R2的值,结果保存到R0

2?立即寻址:立即寻址指令屮的操作码字段后面的地址码部分即是操作数木身，也就是说，数据就包含在指令当中.取出指令也就取出了可以立即使用的操作数（这样的数称为立即数）。立即寻址指令举例如下：

SUBS R0, R0, #1 ;代减1,结果放入R0,并且影响标志位

MOV R0, #0xFF000 ；将立即数OxFFOO0装入R0寄存器

3. 寄存器移位寻址：寄存器移位寻址是ARM指令集特冇的寻址方式。当第2个操作数是寄心器移位方式时，笫2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，选择进行移位操作。寄存器移位寻址指令举例如下: MOV RO, R2, LSL #3 ; R2的值左移3位，结杲放入R0,即是R0 = R2x8

ANDS R1, R1, R2, LSL R3 ； R2的值左移R3位，然后和R1相“与，操作，结果放入R1

4. 寄存器间接3址:寄存器间接寻址指令小的地址码给岀的是一?个通用寄存器的编号，所需的操作数保存在寄存器指

定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针。寄存器间接寻址指令举例如2

LDR R1JR2]:将R2指向的存储单元的数据读出保存在R1中

SWP R1,R1,[ R2];将寄存器R1的值和R2指定的存储单元的内容交换

5. 兀址寻址（变址寻址）:基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令屮给出的偏移暈（＜4K）相加/减，形成操作数的

冇效地址。基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于査表.数组操作.功能部件寄存器访问等。寄存器间接寻址是

偏移量为0的基址寻址。基址寻址拆令举例如下（前索引寻址）:

LDR R2, [ R3, #0x00]；读取R3 + 0x0C地址上的存储单元的内容,放入R2

STR R1, [ R0, #-4] !;先R0 = R0-4,然后把R0的值寄存到保存到R1指定的存储单元

基址寻址指令举例如下：

LDR RO, [ R1, #4] ; R0 = [ R1 +4],前索引基址寻址

LDR R0,[R1t#4]l ;R0 = [R1+4]l R1=R1+4,前索引基址寻址，！表示要更新基址寄存器

LDR RO, R1] , #4 ; R0 = [ R1] , R1=R1 +4,后索引基址寻址

STR RO, R1, R2] ; [ R1+R2] =R0

6?多寄存器寻址：多寄存器寻址一次可传送几个寄存器值，允许一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器寻址指令举例如下：

LDMI A R1!,{R2-R7,R12}；将R1指向的单元中的数据读出到R2~R7、R1 2屮（R1自动加4）

STMI A RO! , { R2- R7, R12}；将寄存器R2~R7、R1 2的值保存到R0指向的存储单元中（R0自动加4）

7?堆栈寻址：堆栈是一个按特定顺序进行存取的存储区，操作顺序为“后进先堆栈寻址是隐含的，它使用一个专门的寄存器（堆栈指针）指向一块存储区域（堆栈），指针所指向的存储单元即是堆栈的栈顶。

STMFD SP! , { R1- R7, LR};将R1-R7, LR 入栈

LDMFD SP! JR1-R 7, LR）；数据出栈，放入R1-R7, LR 寄存器

8?块拷贝寻址：多寄存器传送指令用于将一块数据从存储器的某一位置拷贝到另一位置。如：

STMI A RO! ,{R1-R7};将R1-R7的数据保存到存储器屮。存储指针R0在保存第一个值Z后增加，增长方向为向上增长

STMI B RO! JR1-R7};将R1-R7的数据保存到存储器中。存储指针R0在保存第一个值之前增加，增长方向为向上增长

9?相对寻址：相对寻址是基址寻址的一种变通。山程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为偏移晶两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。相对寻址指令举例如下：

BL SUBR1 ;调用到SUBR1子程序

BEQ LOOP ；条件跳转到LOOP标号处

ARM存储器访问指令：

加载:LDR RD, address! ng ;加载字数据。后缀:B无符号字节；H无符号半字；SB冇符号字节；SH冇符号半字。存储:STRRD? address! ng ;存储字数据。后缀：B字节、H半字。LDR/ STR指令用于对内存变量的访问、内存缓冲区数据的访问、査表.外围部件的控制操作等。若使JIJ LDR指令加载数据到PC寄存器，则实现程序跳转功能，这样也就实现了程序散转。

数据传送:MOV Rd, operand2 ;数拯传送；MVN Rd,operand2 ;数据非传送。后缀：S根据指令结果更新标志N和Z；计算ope rand 2时更新标志C,不影响V,

算术运算:ADD Rd, Rn, oper and2 ; Rd＜- Rn + oper and2 ； SUB； RSB ; Rd＜- oper and2- Rn 逆向减法；ADC? SBC带进位减法；RSC带进位逆向减法。这些指令影响N, Z, C和V标志位。

逻辑运算指令:AND与；ORR或；EOR异或；BIC位淸除。当后缀S时，这些指令根据结果更新标志N和Z, 在计算operand2时更新标志C,不影响标志V。

轮询系统（Pol I i ng Syst ems）:简单循环控制系统。程序依次检查系统的每一个输入条件，一旦条件成立就进行相应的处理。

前后台系统（For egr ound - Backgr ound Syst ems）:中断驱动系统。前台:中断服务子程序;后台：轮询结构。

多任务结构特点：由操作系统对任务进行调度，根据-定的调度算法依次占川计算机资源，任务切换通常由外部事件、或周期性时钟触发；在宏观上可以看作是同时执行多个任务，微观上是各个任务轮流执行-?段时间；每个任务可以看着是单独占有计算机资源。

RTOS内核：

韭山先式:不可剥夺型内核（Non-Pr eempt i ve Ker nel ）也称作合作型多任务（cooperative multitask! ng），各个任务彼此合作共享一个CPU°1.非占先式内核要求每个任务自我放弃CPU的所有权。

2.异步爭件还是山屮断服务來处理。屮断服务可以使一个高优先级的任务山挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务.点到该任务主动放弃CPU的使用权时.那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。

图示：低优先级任务? ＞l SR-＞中断服务程序使高优先级任务就绪?＞低优先级任务释放CPU使用权?＞高优先级任务。

不町剥夺型内核优人L不对剥夺烈内核的一个优点是响应中断快。「在任务级，不町剥夺烈内核允许使用不可重入函数。2?毎个任务都可以调用菲可重入性函数，不必担心其它任务可能正在使用该函数，从而造成数据的破坏。因为毎个任务要运行到完成时才释放CPU的控制权。不町剥夺世内核儿乎不需要使用信号就保护共享数据。

不町剥夺型内核缺点:1 ?不可剥夺型内核的址人缺陷在于其响应时间。与前后系统一样，不可剥夺型内核的任务级响应时间是不确定的。2.商业软件儿乎没冇不可剥夺型内核。

占?先式:1 ?当系统响应时间很重要时，要使用占先式内核。因此绝人多数商业上销售的实时内核都是山先式内核。2?瑕高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态，

当前?任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。3?如果是屮断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态，中断完成时，屮断了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行。图示：低优先级任务?＞l SR-＞屮断服务程序使高优先级任务就绪?＞高优先级任务? ＞高优先级任务得到CPU 使川权。

占先式内核特点:「使川可剥夺型内核?最高优先级的任务什么时候可以执行，可以得到CPU的控制权是可知的。2?使用可剥夺型内核使得任务级响应时间得以最优化。3.使用可剥夺型内核时，应用程序不应直接使用不可重入型函数。调用不可重入型函数时，要满足互斥条件，这一点可以用互斥型信号量來实现。

可重入性(Reent rancy) ： 1 ?可重入型函数可以被一个以上的任务调用而不必担心数据的破坏。2.可垂入型函数任何时候都可以被屮断，一?段时间以后又对以运行，而相应数据不会丢失。3?可重入烈函数只使用局部变量，即变量保存在CPU寄存器屮或堆栈屮。如使用全局变量，则要对全局变量予以保护。

可重入代码：町重入的代码指的是一段可以被多个任务同时调用.而不必担心会破坏数据的代码(比如：一个函数)。H|J：ujift入型函数在任何时候都可以被中断执行，过一段时间以后又可以继续运行，而不会因为在函数屮断的时候被其他的任务匝新调用，而影响函数屮的数据。

例：不可重入型函数

i nt Temp;

Voi d swap (i nt * x, i nt * y)

{

Temp = * x;

*X=* Y;

* y = T e mp;

}

例：可重入型函数

Voi d swap (i nt * x, i nt * y)

{

i nt Temp;

Temp = * x;

*X=* Y;

* y = T e mp;

} //因参数保存在堆栈屮，故函数可被多个任务调用，不必担心各任务调用函数期间会破坏对方的指针。

makef i I e文件：makef i I e的规则如下:

目标：依赖关系—

命令

目标：.o目标文件，或可执行文件

依赖关系：为了生成目标所需耍的文件，或其它目标

命令：为生成H标需要执行的命令

如：hello:hello.o

ar mv4l- unknown ?l inux?gcc hel I o.o ?o hel I o

makef i I e宏：宏的定义:宏名=字符串；宠的使用：$(宏名)。

女II： c c = a r mv 4 l?u nknow n?l inux ?gcc

sr c = f 1. c f 2. c

obj =f 1. o f 2. o

exe = t est

al I : $( obj )

$(cc) $(obj ) -o $(exe)

$( obj ):$(sr c)

$( cc) -c $(sr c)

多线程程序设计：

Z 「在?个无限循环屮，用Mintf函数显示?个整数的值，并IL每循环?次幣数的值増加「2?接受用户输入.卅输入“s詐时停止上述循环，输入时继续上述循环，输入飞刀时退出整个程序。

//整数值递加循环的线程函数

i nt status = 0;

voi d* f 1 ( voi d* a)

{

i nt i =0;

whi I e( 1)

{

i f (st at us == 1)(

pr i nt f ("%d \n\ i );

i + +;

si eep( 1); }

el sei f(st at us ==?1) br eak;

//接受用户输入的线程函数

voi d* f 2(voi d* a)

{

char cmd;

whi I e( 1)

{

s c a n f (" %c M, &cmd);

i f (c md = = 1 r * ) status = 1; Il run

else i f (c md == c s' ) status = 0; /1 stop else i f (c md == c e1 ) { status =?1; / / exi t break; } //退出本循坏

//主函数?主线程

mai n()

{

void * r et val ;

pt hr ead_t t h_a, t h_b;

pt hr ead_cr eat e &t h_a t NULL, f 1, 0);

pt hr ead_cr eat e &t h_b, NULL, f 2, 0);

pt hr ead_j oi n( t h_a, &r et val );

pt hr ead_j oi n( t h_b, &r et val );

} —一

之J 1?在?个无限循环中，丿IJprintf函数显示?个整数的值，并H毎循环?次整数的值加1或减1； 2.

接受用八输入，当输入.±2应1）屮的整数每循环?次加1，输2「厉（1）中的整数每循环?次减1，输入? （T 时退出整个程序。

//幣数值递加递减循环的线程函数

i nt status = 0; void* f 1 ( voi d* a)

{

i nt i =0;

whi I e( 1)

{

i f(st at us == 1)(

pr i nt f ("%d \ n", i ); i + + ；

si eep( 1); }

else i f (st at us == 1) pr i nt f ("%d \ n", i ); i…；

si eep( 1); }

el sei f (st at us ==? 1) br eak;

//接受用戸输入的线程函数

void* f 2( voi d* dat)

{

char cmd;

whi I e( 1)

{

scant (" %c w, &cmd);

i f ( c md = = 1 +1 ) status = 1; Il + +

else if(cmd == '-*) status = 0; Il … else i f (c md == ‘0’j{ status = -1; 11 exi t

break; } //退出本循环

//主函数?主线程

mai n()

{

voi d * r et val ;

pt hr ead_t t h_a, t h_b;

pt hr ead.cr eat e &t h_a, NULL, f 1, 0);

pt hr ead_cr eat e &th_b, NULL, f 2, 0);

pt hr ead_j oi n( t h_a, &r et val j;

pt hr ead_j oi n(t h_b, &r et val );