嵌入式系统原理与应用习题解析

1.8练习题P141.选择题（1）A说明：嵌入式系统的发展趋势表现在以下几方面：1.产品种类不断丰富，应用范围不断普及2.产品性能不断提高3.产品功耗不断降低，体积不断缩小4.网络化、智能化程度不断提高5.软件成为影响价格的主要因素（2）D说明：常见的嵌入式操作系统:VxWorks，WindowsCE、uC/OS-II和嵌入式Linux。（3）A说明：VxWorks是美国WindRiver公司于1983年开发的一种32位嵌入式实时操作系统。2.填空题(1)嵌入式计算机(2)微处理器外围电路外部设备(3)板级支持包实时操作系统应用编程接口应用程序(4)嵌入式处理器微控制器数字信号处理器3.简答题（1）简述嵌入式系统的定义和特点答：定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。特点：专用性强、实时性好、可裁剪性好、可靠性高和功耗低等。（2）简述计算机系统的发展历程第一阶段大致在20世纪70年代前后，可以看成是嵌入式系统的萌芽阶段；第二阶段是以嵌入式微处理器为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统；第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统，也是嵌入式应用开始普及的阶段；第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。（3）简述MCU和DSP的区别MCU是微控制器，DSP是数字信号处理器。MCU相当于小型的电脑，内部集成的CPU、ROM、RAM、I/O总线，所以集成度高是它的特点。DSP是专用的信息处理器，内部的程序是对不同的机器和环境进行特别优化，所以处理速度是最快的。2.4练习题1.填空题(1)ARM7ARM9ARM9EARM10EARM11(2)精简指令集计算机(3)SamsungARM920TIIC总线(4)BGA显卡布线(5)1.8V3.3V(6)81281(7)S3C241064MB64MB2.选择题(1)D(2)C(3)A(4)B(5)B(6)C(7)D(8)C(9)C(10)B3.简答题(1)ARM和S3C2410X有什么关系?S3C2410是韩国三星公司生产的嵌入式处理器,它采用了ARM公司的ARM920T(即ARM9)内核(2)ARM7是32位RISC处理器，使用3级流水线，采用冯•诺依曼体系结构,不支持MMU。(3)ARM8是32位RISC处理器，使用5级流水线，采用哈佛体系结构，支持MMU。(4)S3C2410X芯片有27根地址线，8根片选线(nGCS)，32根数据线。(5)S3C2410X芯片内部集成了一个LCD控制器，SDRAM控制器，3个通道UART，4个通道DMA，4个具有PWM功能的计时器和一个内部时钟，8通道的10位ADC。(6)ARM体系结构有哪几种工作状态？又有哪几种运行模式？其中哪些为特权模式？哪些为异常模式？并指出处理器在什么情况下进入相应模式？工作状态：第1种：ARM状态。处理器执行32位的字对齐的ARM指令。第2种：Thumb状态。处理器执行16位的半字对齐的Thumb指令。运行模式：用户模式(usr)快速中断模式(fiq)外部中断模式(irq)管理模式(svc)数据访问中止模式(abt)系统模式(sys)未定义指令中止模式(und)在这7种运行模式，除了用户模式外，其他6种处理器模式都为特权模式。在这6种特权模式中，除了系统模式外的其他5种特权模式又称为异常模式。用户模式：非特权模式，也就是正常程序执行的模式，大部分任务在这种模式下执行。在用户模式下，如果没异常发生，不允许应用程序自行切换果没异常发生，不允许应用程序自行改变处理器的工作模式，如果有异常发生，处理器会自动切换工作模式。快速中断模式：支持高速数据传输和通道处理，当一个高优(fast)中断产生时将会进入这种模式。外部中断模式：也称为普通中断模式，当一个低优先级中断产生时将会进入这种模式。在这模式下按中断的处理器方式又分为向量中断和非向量中断两种。通常的中断处理都在IRQ模式下进行。管理模式：是一种操作系统保护模式，当复位或软中断指令执行时处理器将进入这种模式。数据访问中止模式：当存取异常时将会进入这种模式，用来处理存储器故障、实现虚拟存储或存储保护。系统模式：使用和user模式相同寄存器组的特权模式，用来运行特权级的操作系统任务。未定义指令中止模式：当执行未定义指令时会进入这种模式，主要是用来处理未定义的指令陷阱，支持硬件协处理器的软件仿真，因为未定义指令多发生在对协处理器的操作上。(7)ARM体系结构支持的数据类型？有多少寄存器？如何组织？支持的数据类型：1.字节(byte)，各种处理器体系结构中，字节的长度均为8位。2.半字(half-word)，在ARM体系结构中，半字的长度为16位。3.字(word)，在ARM体系结构中，字的长度为32位。ARM处理器共有37个寄存器，其中31个通用寄存器，6个状态寄存器。(8)S3C2410的存储控制器如何对内存空间进行管理？S3C2410X存储控制器为片外存储器提供控制信号。它将系统的存储空间分成8组(Bank),每组的大小为128MB,共1GB。(9)分析程序状态寄存器各位的功能描述，并说明C、Z、N、V在什么情况下进行置1和清0状态寄存器(PSR)的具体格式为V—溢出标志位对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出，其它指令通常不影响V位。例如：两个正数(最高位为0)相加，运算结果为一个负数(最高位为1)，则符号位溢出，相应V=1.C--进位或借位标志位对于加法指令（包括比较指令CMN），结果产生进位，则C＝1，表示无符号数运算发生上溢出，其他情况下C＝0；在减法指令中（包括比较指令CMP），结果产生借位，则C＝0，表示无符号数运算发生下溢出，其他情况下C＝1；对于包含移位操作的非加/减法运算指令，C中包含最后一次溢出位的数值；对于其他非加/减法运算指令，C位的值通常不受影响。Z--结果为0标志位Z＝1表示运算结果是0，Z＝0表示运算结果不是零；对于CMP指令，Z＝1表示进行比较的两个数大小相等。N--符号标志位本位设置成当前指令运算结果的bit[31]的值。当两个补码表示有符号整数运算时，N＝1表示运算的结果为负数，N＝0表示结果为正数或零。(10)ARM指令可分为哪几类？说出哪几条指令是无条件执行的。ARM指令可分为：数据处理指令，跳转指令，程序状态寄存器处理指令，加载/存储指令，协处理器指令，异常产生指令。无条件执行指令：BLX指令，BKPT指令(产生软件断点中断)(11)如何实现两个64位数的加法操作，如何实现两个64位的减法操作，如何求一个64位数的负数？实现64位数据加法运算：假设R0和R1存放了一个64位数据（作为被加数），R0存放数据的低32位；R2和R3中存放了另一个64位数据（作为加数），R2中存放低32位数据。运算结果送回到[R1：R0]中（R0中存放低32位）。ADDSR0,R0,R2；低32位相加并影响标志位ADCR1,R1,R3；高32位相加再加上C标志位（进位值）实现64位数据减法运算：如果寄存器R0和R1中放置一个64位的被减数，其中R0中放置低32位数值；寄存器R2和R3中放置一个64位的减数，其中R2中放置低32位数值。运算结果送回到[R1：R0]中（R0中存放低32位）。SUBSR0，R0，R2;低32位相减并影响标志位SBCR1，R1，R3;高32位相减再减去C标志位的反码求一个64位数的负数：如果寄存器R0和R1中放置一个64位数，其中R0中放置低32位数值；寄存器R4和R5中放置其负数，其中R4中放置低32位数值。RSBSR4，R0，#00减去低32位并影响标志位RSCR5，R1，#00减去高32位再减去C标志位的反码4.程序题(1)分析下列每条语句，并说明程序实现的功能。CMPR0,#0//判断R0是否等于0MOVEQR1,#0//当R0等于0，则R1等于0MOVGTR1,#1//当R0为正数时，则R1等于1此功能码段可以判别R0中的值为正数还是0。(2)写一条ARM指令，分别完成下列操作。R0=16MOVRO,#16R0=R1/16MOVRO,R1,LSR#4R1=R2*4ADDR1,R2.R2.LSL#1R0=-R0RSBRO,RO,#0(3)写出实现下列操作的ARM指令。当Z=1时，将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0。MOVEQR0,[R1]当Z=1时，将存储器地址为R1+R2的字数据读入寄存器R0。LDREQR0,[R1,R2]将存储器地址为R1-4的字数据读入寄存器R0。LDRR0,[R1,#-4]将存储器地址为R1+R6的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋R6写入R1。LDRR0,[R1,R6]!(4)写出下列指令所实现的操作。LDRR2,[R3,＃-2]！将存储器地址为R3-2的字数据读入R2，并将地址R3-2写入R3LDRR0,[R0],R1将存储器地址为R0的字数据读入R0，并将地址R0+R1写入R0LDRR1,[R0,R2,LSL#2]!将存储器地址为R0+R2*4的字数据读入R1，并将地址R0+R2*4写入R0STRBR1，[R2，#0xB0]R0的低8位存入存储器地址为R2+0xB0字节中LDMIAR0，{R1，R2，R8}将内存单元R0所指向的地址单元以字为单位递减方式读取到R1，R2，R8中，低地址编号的字数据内存单元对应低编号寄存器STMDBR0！，{R1~R5，R8，R9}R1~R5,R8,R9存储到以R0为起始地址的递减内存中，最终R0指向存放R9的地址单元5.计算题某设备的接口电路如图所示，请计算出该设备的地址。3.5练习题1.选择题(1)B(2)A(3)C(4)D(5)A2.填空题(1).so.a程序运行过程中编译过程中(2)LIo(3)$(4)$@$^$（CC、CFLAGS等）(5)目标文件的完整名称所有不重复的依赖文件，以空格隔开第一个依赖文件的名称、3.简答题(1)make和Makefile之间的关系？答：make是一种命令，是根据Makefile文件的规则决定如何编译和连接程序或其他的动作。(2)Makefile的普通变量与预定义变量有什么不同？预定义变量有哪些？它们分别表示什么意思？答：普通变量：引用变量时，只需在变量前面加上$符；预定义变量：已经定义好，直接引用即可。预定义变量有：$@、$^、$。$@：表示完整的目标文件名；$^：表示所有的依赖文件；$：表示依赖文件列表中的第一个文件。(3)GCC编译器的常用参数有哪些？它们的功能分别是什么？答：gcc编译器的常用参数：-o，-I，-L，-E，-S，-c功能：-o表示编译成一个可执行程序；-I表示指定头文件目录；-L表示指定库文件目录选项；-E表示对源代码进行预编译；-S表示编译成汇编代码；-c表示把.c文件转换为以.o为扩展名的目标文件。4.编程及调试题(1)根据要求编写Makefile文件。有5个文件分别是main.c、visit.h、study.h、visit.c、study.c，具体代码如下。//main.c文件//visit.h文件//study.h文件//visit.c文件//study.c1）如果上述文件在同一目录，请编写Makefile文件，用于生成可执行程序zhs。//Makefile文件2)如果按照下面的目录结构存放文件，请改写Makefile文件。bin:存放生成的可执行文件obj:存放.o文件include:存放visit.h、study.hsrc:存放main.c、visit.c、study.c和Makefile.3)如果按照下面的目录结构存放文件，请改写Makefile文件。bin:存放生成的可执行文件obj:存放.o文件include:存放visit.h、study.hsrc:存放main.c和Makefilesrc/src1:存放visit.csrc/src2:存放study.c说明：这可能只是其中一种方法，方