2015-嵌入式系统试题(带答案)

《嵌入式系统》课程研2011级试题一、填空题(每空1分，共30分)1、嵌入式操作系统的内核构成包括：任务管理、时间管理、中断服务处理。2、嵌入式系统的设计可以分成识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目四个阶段。3、目前使用的嵌入式操作系统主要有WinCE、Symbian、Nucleus、μCOSII、Linux。4、微处理器有两种总线架构，使用数据和指令使用同一接口的是冯诺依曼，分开的指令和数据接口、取指和数据访问可以并行进行的是哈佛结构。5、ARM微处理器有7种工作模式，它们分为非特权模式、特权模式两类。其中用户模式属于非特权模式。6、冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部数据和指令都存储在统一存储器中，而哈佛结构则是分开储存。7、通常嵌入式系统开始启动时，将存有启动代码的NorFlash地址空间映射到0x000000。嵌入式系统的中断向量和异常向量表在启动时也从0号地址存放。因为FlashROM的读出速度慢，因此需要采用地址重映射把SDRAM地址空间迁移到0地址开始处，把FlashROM的地址空间迁移到系统存储器的高端地址。8、异常向量是异常服务程序的入口，在某些ARM的应用中，允许异常向量的位置由32位地址空间低端的正常位置，既0x00000000~0x0000001C，移到地址空间高端的另一地址范围0xFFFF0000~0xFFFF001C。这些改变后的地址位置称为高端向量。目标系统可通过输入硬件配置来选择是使用正常向量还是高端向量。9、ARM微处理器复位后，PC（R15）的地址通常是0X0，初始的工作模式是supervisor。10、ARM指令集和Thumb指令集分别是32和16位的。11、总线定时方式有三种，分别为同步定时、异步和半同步定时。二、选择题（在备选答案中有一个或多个是正确的，将它选出填入空格中，每小题2分，共20分）1．下列描述不属于RISC计算机的特点的是_____C______。A．流水线每周期前进一步。B．更多通用寄存器。C．指令长度不固定，执行需要多个周期。D．独立的Load和Store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传输。2、存储一个32位数0x2168465到2000H～2003H四个字节单元中，若以大端模式存储，则2000H存储单元的内容为______D________。A0x21B0x68C0x65D0x023．嵌入式系统最小硬件系统包括ABE。A.时钟系统B.供电系统（电源）C.存储器系统D.调试测试接口E.复位及其配置系统4、在ARM处理器中，______A_____寄存器包括全局的中断禁止位，控制中断禁止位就可以打开或者关闭中断。A．CPSRB．SPSRC．PCD．IR5、μCOS-II操作系统属于____B_______。A、顺序执行系统B、占先式实时操作系统C、非占先式实时操作系统D、分时操作系统6、在下列ARM处理器的各种模式中，_____D_______模式有自己独立的R8-R14寄存器。A、系统模式(System)B、终止模式(Abort)C、中断模式(IRQ)D、快中断模式(FIQ)7、下面异常中，优先级最高的是____A_______。A.复位B.预取中止C.FIQD.IRQ8、嵌入式系统组成一般由_____ABCD___。A．嵌入式微处理器B．嵌入式操作系统C．嵌入式应用软件D．外围设备E．寄存器9、ARM处理器的工作模式中属于异常模式的有__CDE___。A．用户模式usrB．系统模式sysC．外部中断模式irqD．中止模式abtE．快速中断模式fiq10、在复杂的嵌入式系统中，存储器系统的组织结构按作用可以划分为_ABCD_。A.寄存器B.cacheC.主存储器D.辅助存储器三、简答题（共50分)1．当异常产生，处理器进入一个异常程序、退出异常时需进行哪些操作？（7分）答：当一个异常出现以后，处理器在处理进入异常和退出异常时会分别执行以下几步操作：1）进入异常（1）把断点处的下一条指令的地址保存到相应的R14寄存器中。（2）把状态寄存器CPSR的值复制到相应的SPSR寄存器中，以保存断点处的状态。（3）根据异常模式，把CPSR寄存器的模式位M[4:0]设置成对应的值。（4）自动使PC指向相关的异常向量，从该向量地址处取一条指令进行执行。2）退出异常（1）将保存在R14寄存器的值再回送到PC中。（2）再将SPSR寄存器的值送回到CPSR寄存器中。（3）对中断禁止位标志进行清除。2．ARM核中什么寄存器用于存储PC？R13通常用来存储什么？R14通常用来存储什么?（7分）答：存储PC：R15程序计数器寄存器R13：保存堆栈指针SP寄存器R14：用作子程序链接寄存器，也称为LR，用以保存返回地址。3．简述NANDFlash和NORFlash的特点？（7分）答：NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。。1）NANDFlash特点（1）以页为单位进行读和编程操作，1页为256或512B（字节）；（2）以块为单位进行擦除操作，1块为4K、8K或16KB。具有快编程和快擦除的功能，器块擦除时间为2ms；（3）数据、地址采用同一总线，实现串行读取；（4）随机读取速度慢；（5）芯片尺寸小，引脚少，是位成本（bitcost）最低的固态存储器；（6）芯片包含有失效块，其数目最大可达到3~35块（取决于存储器密度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。2）NORFlash特点（1）程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许系统直接从Flash中读取代码执行，而无需先将代码下载到RAM中再执行；（2）可以单字节或单字编程；（3）不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片执行擦除操作；（4）在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作。4．试说明看门狗Watchdog的作用和原理。（8分）答：watchdog一般是一个硬件模块，其作用是，在嵌入式操作系统中，很多应用情况是系统长期运行且无人看守，所以难免怕万一出现系统死机，那就杯具了，这时，watchdog就会自动帮你重启系统。watchdog硬件的逻辑就是，其硬件上有个记录超时功能，然后要求用户需要每隔一段时间（此时间可以根据自己需求而配置）去对其进行一定操作，比如往里面写一些固定的值，俗称“喂狗”，那么发现超时了，即过了这么长时间还不给喂食，那就认为系统是死机了，出问题了，就得重启系统。如果不禁用watchdog，那么就要单独写程序去定期“喂狗”，会很麻烦。毕竟此处另是去用uboot初始化必要的硬件资源和系统资源而已，完全用不到返个watchdog的机制。需要用到，那也是linux内核跑起来了，是系统关心的事情，和uboot没有关系，所以肯定此处要去关闭watchdog（的reset功能）了。5．BootLoader在嵌入式系统中主要起什么作用？完成哪些主要的工作？（7分）答：BootLoader是在嵌入式系统复位启动时，操作系统内核运行前，执行的一段程序。通过BootLoader，初始化硬件设备，建立内存和I/O空间映射图，为最终加载操作系统内核调整好适当的系统软硬件环境。6．简述IRQ异常处理过程。（7分）答：IRQ异常处理过程为：（1）链接寄存器R14_irq保存：被执行指令地址+4；（2）状态寄存器SPSR_irq保存：CPSR寄存器的内容；（3）状态寄存器CPSR的位[4:0]=0b10010；（4）CPSR位[5]清0，[6]位不变；（5）CPSR位[7]置1；（6）如采用大端配置，则PC=0xffff0018，否则PC=0x00000018。7．结合实际说明一下ARM的中断进入和返回的过程。（7分）答：1)中断的进入过程：（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。（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。也可以设置中断禁止位来阻止其他无法处理的异常嵌套。2)中断的返回过程：（1）将链接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中。（2）将SPSR复制回CPSR中。（3）如果进入时设置了中断禁止位，那么清除该标志。