嵌入式期末复习提纲包含答案.docx

考试题型： 1、判断题 10分 2、填空题 20分 3、选择题 20分 4、简答题 30分（5个） 5、应用题 20分（3个） 6、名字解释 复习资料： 书本 PPT课件，平时课堂例题。 平时作业和练习 考试范围：1-5章 其他说明： 课后习题是重点。 简答题来源于前5章，每章一个。每章重点：第一章：1.什么是嵌入式系统？试简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。 嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，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. 嵌入式系统具有哪些特点？3. 嵌入式系统由哪些部分组成？简单说明各部分的功能和作用。4. 嵌入式系统是怎样分类的？ 5. 嵌入式系统的定义。 嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，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。6. 什么是交叉编译，试说明交叉编译的实现过程。7嵌入式系统有哪些应用领域。嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括：工业控制：基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。信息家电：这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。家庭智能管理系统：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。第二章：1.嵌入式处理器有哪几类？简述各类嵌入式处理器的主要特点和应用领域。(P6) 嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP、嵌入式片上系统。 (1)嵌入式微处理器集成处理器内核，存储管理器高速缓存芯片，存在体积小、重量轻、成本低和可靠性高等特点，其又称为单板机。（2）嵌入式微控制器是集成了微处理器、存储器和片内外设芯片称为微控制器，片上外设资源丰富适合于控制单片化、体积小、功耗低、成本低等特点。（3）嵌入式DSP专门用于信号处理的嵌入式芯片，适合执行DSP算法，能够对离散信号进行集化处理，提高速度。（4）嵌入式片上系统SOC软硬件的无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块，在单个芯片上实整个系统的功能2. 简单说明ARM7 TDMI的含义。(P7) ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。TDMI的基本含义为：T：支持16为压缩指令集Thumb；D：支持片上Debug；M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）I：嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；3. 选择ARM处理器时需要考虑哪些问题？(P34-P35)4. ARM处理器总共有多少个通用寄存器？这些通用寄存器的组成结构是什么样的? 这些寄存器按其在用户编程中的功能是如何划分的？特殊寄存器有哪些？他们的作用分别是什么？（P39-P40） ARM微处理器共有37个32位的寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。31个通用寄存器根据其编程特点可分为如下几种类型：a.不分组寄存器R0-R7，为所有模式共享;b.分组寄存器R8-R12，R8_fiq-R12_fiq，FIQ模式下的寄存器，R8-R12，其它模式共享c.分组寄存器R13-R14分为6组，用户、系统一组，其他每种模式一组：R13_通常用作堆栈指针SP，R14_通常用作子程序链接寄存器，当进入子程序时，常用来保存PC的返回值其中，mode为以下几种模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。d.程序寄存器R15（PC），为所有模式共享6个状态寄存器：一个CPSR当前程序状态寄存器，保存当前程序状态。五个程序状态备份寄存器SPSR(svc,abt,und,irq,frq)，只有在异常模式下，才能被访问，各异常模式都拥有属于自己的SPSR，当发生异常时，SPSR用来保存CPSR的值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。5. CPSR各状态位的作用是什么？如何进行操作，以改变各状态位？(P40-P41) CPSR可在任何运行模式下被访问，它包含条件码标志位、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。条件码标志位： N:当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正数或零；Z:Z=1表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非零；C:加法（包括比较指令CMN）运算结果产生进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。 减法（包括比较指令CMP）运算产生借位（无符号数溢出），C=0，否则C=1。 对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。 V:对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出。CPSR的低8位（包括I、F、T和M4：0）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。状态寄存器（PSR）中的其余位为保留位，当改变PSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要被改变，在程序中也不要使用保留位来存储数据。6. 试述ARM处理器对异常中断的响应过程。 ARM处理器对异常中断的响应过程如下所述：保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位；设置当前程序状态寄存器CPSR中的相应位；将寄存器lr_mode设置成返回地址； 将程序计数器值PC，设置成该异常中断的中断向量地址，跳转到相应异常中断处执行。7. ARM指令的寻址方式有哪几种？试分别叙述其各自的特点并举例说明。（P36-P38） 8. ARM指令系统中对字节、半字、字的存取是如何实现的？(P37) Byte:字节，8位 Halfword：半字，16位 Word:字，32位9.课后习题2-13，2-14要掌握，包括上课讲过的常用指令。10.采用RISC架构的ARM微处理器一般具有什么特点？1、体积小、低功耗、低成本、高性能。 2、支持Thumb (16位)/ARNI (32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件。 3、大量使用寄存器，指令执行速度更快。 4、大多数数据操作都在寄存器中完成。 5、寻址方式灵活简单，执行效率高。 6、指令长度固定。11.ARM7和ARM9分别是几级流水线？流水线的概念以及简述三级流水线分为哪三级？(P35-P36)12. 简述ARM体系结构的T变种，M变种和E变种。（P32）13.ARM处理器支持哪些数据类型，分别是多少位？ Byte:字节，8位 Halfword：半字，16位 Word:字，32位12.ARM处理器有几种处理器模式？ARM处理器有哪两种特殊的工作状态？(P38-P39) ARM有7种处理器模式。用户模式： 正常程序运行的工作模式，不能直接从用户模式切换到其它模式系统模式： 用于支持操作系统的特权任务等，可以直接切换到其它模式快中断模式：用于快速中断处理，支持高速数据传输及通道处理，只有在FIQ异常响应时， 才进入此模式。中断模式： 用于通用中断处理，只有在IRQ异常响应时，才进入此模式。管理模式： 供操作系统使用的一种保护模式，只有在系统复位和软件中断响应时，才进入 此模式。中止模式： 用于虚拟内存和/或存储器保护。未定义模式：支持软件仿真的硬件协处理器，只有在未定义指令异常响应时，才进入此模式。15. ARM存储器系统的存储格式分为哪两种？课本图2-13，2-14要求熟练掌握。(P43-P44)ARM存储器有大端格式和小端。大端格式中，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；小端格式则相反。16.ARM寻址方式中涉及的指令都要求掌握。17.ARM指令格式、ARM存储器访问指令、ARM数据处理指令、ARM分支指令，课堂上讲过的都要掌握。18.试写出ARM汇编语言的语句格式及其注意事项。（P74）19.在ARM汇编语言编程中如何进行子程序调用及其返回？在 ARM 汇编语言程序中，子程序的调用一般是通过 BL 指令来实现的。在程序中，使用指令： BL 子程序名 如（BL PRINT_TEXT） 即可完成子程序的调用。 该指令在执行时完成如下操作：将子程序的返回地址存放在连接寄存器 LR 中，同时将程序计器 PC 指向子程序的入口点，当子程序执行完毕需要返回调用处时，只需要将存放在 LR 中的返回地址重新拷贝给程序计数器 PC 即可。在调用子程序的同时，也可以完成参数的传递和从子程序回运算的结果，通常可以使用寄存器 R0 R3 完成。 以下是使用 BL 指令调用子程序的汇编语言源程序的基本结构： AREA Init ， CODE ， READONLY ENTRY Start LDR R0 ， =0x3FF5000 LDR R1 ， 0xFF STR R1 ， R0 LDR R0 ， =0x3FF5008 LDR R1 ， 0x01 STR R1 ， R0 BL PRINT_TEXT PRINT_TEXT 20.什么是内嵌汇编？它的特点是什么？第三章：1.嵌入式系统的硬件有哪几个组成部分？（P87） 以嵌入式系统处理器为核心，加上存储器，I/O接口电路，必要的附属电路（电源，时钟，复位，中断）以及相应的总线，以及辅助接口组成。2. 试简单描述总线的四周期握手过程。（P89） （1） 设备一升高它的输出电平来发出查询信号,他告诉设备二应准备好接受数据。 （2） 设备二准备好接收数据,升高它的它的输出电平来发出应答信号,这时设备一准备好 发送数据,设备二已准备好接收数据。 （3） 一旦看到数据传输完毕,设备二降低它的输出电平表示它已经接受完数据。 （4） 看到设备二的应答信号变低,设备降低它的输出电平。3. 什么是DMA？DMA主要用来完成哪种总线操作？（P91） 直接存储器访问（DirectMemery-Access，DMA）是允许读/写不由CPU控制的总线操作。专用硬件来完成外设与存储器之间的高速数据传输。除CPU以外的操作外设和存储器的读写操作。4. 请画图说明分级存储器系统的结构。（P94） 5. RAM存储器有哪几种？它们的特点是什么？（P95-P96） 静态RAM，特点：价高，容量小，功耗低，稳定性要求高的场合。 动态RAM，特点：电路简单，价低，容量大，稳定性低，6. ROM存储器有哪几种？它们的特点分别是什么？ （1）可编程ROM，只可编程一次。 （2）紫外线可擦可编程ROM，该类ROM可以通过紫外线擦出后重复编程。 （3）电可擦除可编程ROM，用户以字节为单位多次用电擦除和改写存储内容。7.总线的概念是什么？（P88）基本的总线操作包括？结合图3-3说明总线的读写操作过程。8.触摸屏的电阻式和电容式应用。（P103）第四章：1.驱动层软件可以分为哪三种类型？（P119） 板级初始化程序、与系统软件相关驱动程序、与应用相关的驱动程序2.什么是BootLoader?为什么说BootLoader是依赖于目标硬件实现的？（P120） Bootloader是系统加电后首先运行的一段程序代码，其目的是将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为调用操作系统内核准备好正确的坏境。 每种嵌入式微处理器体系结构都有不同的Bootloader，Bootloader还依赖于具体的嵌入式板级硬件设备的配置，所以依赖于目标硬件实现。3. 硬件抽象层一般实现哪些功能？（P136） 硬件抽象层的目的是为了将硬件抽象化，通过程序来控制CPU、I/O存储器等硬件的操作，从而使得系统的十倍驱动程序与硬件无关，在功能上，抽象层一般应实现相关硬件的初始化、数据的I/O操作、硬件十倍的配置操作等4. 设计板级支持包的主要目的是什么？它实现的主要功能有哪些？（P136） 为驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包5.嵌入式软件的体系结构分为哪几层？6. BootLoader包含哪两种操作模式？试简述其特点。第五章：1.什么是嵌入式操作系统？请列举几个典型的嵌入式操作系统，并简述其主要特点。 1)VxWorks:性能优越，开发调试便利，强大的技术支持，但是昂贵的价格让开发者望而却步。 2)WindowsCE:精简的模块化操作系统多硬件平台支持支持有线和无线的网络连接稳健的实时性支持丰富的多媒体和多语言支持强大的开发工具 3)PalmOS:3Com公司产品，专门为掌上电脑开发的32位的嵌入式操作系统占有非常小的内存，基于PalmOS编写的应用程序占用的空间也非常小（通常只有几十KB）Palm提供了串行通信接口和红外线传输接口，利用它可以方便地与其它外部设备通信、传输数据拥有开放的OS应用程序接口，开发商可根据需要自行开发所需的应用程序具有强开放性，现在有大约数千种专门为PalmOS编写的应用程序，从程序内容上看，小到个人管理、游戏，大到行业解决方案，PalmOS无所不包。在丰富的软件支持下，基于PalmOS的掌上电脑功能得以不断扩展。操作系统的节能功能。在PalmOS的应用程序中，如果没有事件运行，则系统设备进入半休眠（doze）的状态；如果应用程序停止活动一段时间，则系统自动进入休眠（sleep）状态。合理的内存管理。Palm的存储器全部是可读写的快速RAM，动态RAM（DynamicRAM）类似于PC机上的RAM，它为全局变量和其它不需永久保存的数据提供临时的存储空间；存储RAM（StorageRAM）类似于PC机上的硬盘，可以永久保存应用程序和数据。PalmOS的数据是以数据库（database）的格式来存储的。4)嵌入式Linux:嵌入式LinuxOS逐渐形成了可与WindowsCE等EOS相抗衡的局面。目前正在开发的嵌入式系统中，49%的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。Linux现已成为嵌入式操作系统的理想选择。开放源码，丰富的软件资源，广泛的软件开发者的支持，价格低廉，结构灵活，适用面广。精简的内核，性能高、稳定，多任务。适用于不同的CPU，支持多种体系结构，如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等。能够提供完善的嵌入式GUI以及嵌入式X-Windows。提供嵌入式浏览器、邮件程序、MP3播放器、MPEG播放器、记事本等应用程序。提供完整的开发工具和SDK，同时提供PC上的开发版本。用户可定制，可提供图形化的定制和配置工具。常用嵌入式芯片的驱动集，支持大量的周边硬件设备，驱动丰富。针对嵌入式的存储方案，提供实时版本和完善的嵌入式解决方案。2. 非占先式内核与占先式内核的主要区别是什么？非占先式内核的优点：（1）响应中断快（2）可以使用不可重入函数（3）共享数据方便。占先式内核是任务级响应时间最优化而且是确定的，不应直接使用不可重入函数3进程和线程的概念是什么？区别和联系是什么？4.每个任务都可以处于哪几种状态之一？名词解释：RTOS ARM RISC DMA BSP HAL