上理工嵌入式答卷

研究生课程试题*201/201学年第1学期考试课程嵌入式系统学号姓名得分一：固件及软件描述题（20分）1.1、阅读STM32启动代码，阅读STM（10X）固件标准，描述其主要观点。1.2、描述MDK软件使用基本步骤。二：程序设计题（无操作系统）（20分）2.1、根据固件建立工程，以流水灯为例说明固件建立工程和程序设计的方法（可自行设计硬件并结合该硬件进行阐述）2.2、以按键中断实现灯的闪烁为例，描述设计其实现原理和主要程序设计含流程图。（可自行设计硬件并结合该硬件进行阐述）三.操作系统题（30分）3.1、阐述裸μc/osII操作系统的基本原理（10分）。3.2、如何在实现裸μc/osII系统的移植STM32（编译系统选MDK）（10分）。3.3、在μc/osII系统中，中断实现的基本原理，并以按键中断实现灯的闪烁为例，阐述程序设计的基本方法。（需结合硬件）（10分）四．复杂工程题（30分）4.1电子相框(或XXX)设计，根据自己的想法，阐述你心目中电子相框(或XXX)的功能及技术指标，并完成如下工程。1）硬件电路设计（可以用PROTEL软件绘制）2）软件设计。*注：考题全部写在框内，不要超出边界。内容一律用黑色墨水书写或计算机打印，以便复印。一：固件及软件描述题（20分）1.1、阅读STM32启动代码，阅读STM（10X）固件标准，描述其主要观点。答：在嵌入式应用程序开发过程中，由于C语言编程，所以很少涉及到硬件底层寄存器的执行过程，一般都会直接在main函数里开始写代码，似乎main成了程序运行的起点。但是，当MCU上电后，怎么找到main函数往往被忽略了，这就是启动代码的作用，因为系统是无法直接从硬件找到main函数的入口地址的，启动代码是用来初始化电路以及用来为高级语言写软件作好运行前准备的一小段汇编语言，是任何处理器上电复位时的程序运行入口点。当刚上电的过程中，PC机会对系统的一个运行频率进行锁定在一个固定的值，这个设计频率的过程就是在汇编源代码中进行的，也就是在启动代码中进行的，也就是设置时钟频率。时钟频率设置好了后，程序就开始运行，注意，程序是在内存中运行的。这个时候，就需要把一些源文件从flash里面copy到内存中，又要对它们进行初始化读写，这又有频率的设置。这些都是初始化。初始化完成后，我们又要设置一些堆栈，要跳到C语言的main函数里面运行。这就需要堆栈。对普通的ARMCPU有这样一个要求：在绝对地址为零的地方要放置一个异常向量表，但并不是所有的ARMCPU都留有这个一个空间，这就需要用到映射的功能。我们可以将其它地方的一些空间映射到绝对地址里面。当发生异常时，ARM核来读取异常中断表的时候，它会使用映射之后的那个表，这个就可以接着往下执行，否则在绝对地址零的地方找不到任何信息，程序就会死掉。这些运行的环境全部建立好后，程序就会跳转到我们的main函数里面。总之，启动代码，就是对最小系统的初始化。包括晶振，CPU频率，向量表等。STM32标准固件库，是一个固件函数包，它由程序、数据结构和宏组成，包括了微控制器所有外设的性能特征。该函数库还包括每一个外设的驱动描述和应用实例，为开发者访问底层硬件提供了一个中间API，通过使用固件函数库，无需深入掌握底层硬件细节，开发者就可以轻松应用每一个外设。每个外设驱动都由一组函数组成，这组函数覆盖了该外设所有功能。STM32固件库其实就是一个函数库，它把程序模块话，封装起来了，开发者不需要写具体的程序代码，只需要调用即可。1.2、描述MDK软件使用基本步骤。答：MDK软件的使用主要包括两个方面：MDK软件的安装及其操作。（1）keil软件的安装。首先从下载到最新的keilMDK,下载完毕之后双击开始安装，可以看到一个欢迎界面：点击Next，勾选安装协议，下一步，选择安装路径，填写用户信息：点击Next就进入实质的安装过程了，然后等一会:很快安装完毕，看到2个可选项：1、保存当前uVision的设置。2、载入以下选择的工程实例，默认即可。点击Next，来到最后一个安装界面：点击Finish,KeilMDK就完成安装了。（2）操作。1）在刚才解压“stm32f10x_fw_archivev2.0(May2009)”得到的文件夹里按照路径\stm32f10x_fw_archivev2.0(May2009)\Archive，找到um0427.rar并将其解压。2)在第1步解压到的um0427文件夹里按路径“\um0427\FWLib\project\RVMDK”找到文件：“cortexm3_macro.s”和“stm32f10x_vector.s”，并将其复制到前面所新建的“STM32_FW\boot”文件夹中。此二者为STM32在MDK环境下的启动的文件，是每一个STM32工程所必需的。3)在“\um0427\FWLib\project”中找到文件：“stm32f10x_it”和“stm32f10x_it”，并将其复制到“STM32_FW\interrupt”中。此二者包含了STM32在MDK下的中断服务入口函数。4)将“\um0427\FWLib\library”中的“inc”文件夹和“src”文件夹复制到“STM32_FW\library”中。此二文件夹为STM32的固件函数库文件，一般情况下这两个文件夹里的文件都不推荐改动，可以设置只读属性。5)最后请新建一个名字为“main.c”文件，放入“STM32_FW\src”中。执行完以上操作后，应该得到如下结构：STM32_FW\boot：“cortexm3_macro.s”和“stm32f10x_vector.s”文件；STM32_FW\interrupt：“stm32f10x_it”和“stm32f10x_it”文件；STM32_FW\src：“main.c”文件；STM32_FW\library：“inc”文件夹和“src”文件夹；二：程序设计题（无操作系统）（20分）2.1、根据固件建立工程，以流水灯为例说明固件建立工程和程序设计的方法（可自行设计硬件并结合该硬件进行阐述）答：1，首先下载并解压v3.5库函数.2，先建一个文件夹取名LED,我们在LED文件夹里建立库函数的工程。在LED文件夹下建立四个文件夹。3，将库函数的里的文件STMv3.5\librarise\CMSIS\CM3\CoreSupport里的文件STMv3.5\librarise\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x里的文件STMv3.5\librarise\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\arm里的文件放入文件夹startup文件夹里面。4，将库函数librarise\STM32F10_StdPeriph_Driver里的两个文件夹：复制到建立的lib文件夹里。5，在user文件夹里添加main.c文件，main.c文件里只写有如下代码即可：此外，将库函数里的\Project\STM32F10x_StdPeriph_Template文件夹里的：也复制到新建的user文件夹里面6，Keil新建工程Ptoject\NewuVisionProject取名LED放在LED文件夹里面：选择芯片型号：这里选择STM32F103RB点击OK后工程提示如下，选择否（因为我们建立的是库函数操作的工程，以上步骤中已经复制到文件夹里）。点击出现设置如下：点击TargetOptions，设置如下：其中和十分重要。最后将设置输出的HEX文件到output文件夹：如下图为最后设置完成的效果，编译之后没有问题：流水灯程序设计方法如下：首先我们来分析硬件电路，如下图所示：其中PWR为系统电源指示灯，为蓝色。LED0和LED1分别接在PB5和PE5上，为了方便判断DS0为红色的LED，DS1为绿色的LED。由内部的LED连线可知，要想发光二极管亮，就必须送入低电平，送入高电平则发光二极管熄灭，鉴于此原理，得出流水灯的程序流程图，如下所示：流水灯程序流程图注：程序代码见附件—LED流水灯程序端口初始化PB5送低电平PB5送高电平延时PE5送低电平PE5送高电平延时2.2、以按键中断实现灯的闪烁为例，描述设计其实现原理和主要程序设计含流程图。（可自行设计硬件并结合该硬件进行阐述）答：在STM32中有中断这一概念，所谓中断，就是CPU正在工作时，突然来了一个优先级更高的中断源，向CPU发出中断请求，CPU暂时停止当前程序的执行转而处理新情况的程序和执行过程。即在程序运行过程中，系统出现了一个必须由CPU立即处理的情况，此时CPU暂时中止程序的执行转而处理这个新的情况的过程就叫做中断。3个按键中断，控制3个LED，当有按键按下时，触发中断，系统响应中断，进入中断服务子程序（控制LED灯），等处理完了之后系统又回到发生中断之前系统正在进行的任务。首先编写main函数，主函数里包括常规的系统时钟配置、NIVC配置、GPIO配置、设置中断触发线、配置按钮中断触发方式、RCC配置。然后编写子函数。在NVIC子函数中需要分配中断向量表，设置中断优先级。程序设计流程图如下图所示：N注：程序代码见附件—按键中断初始化按键按下？延时等待中断服务程序LED亮灭三.操作系统题（30分）3.1、阐述裸μc/osII操作系统的基本原理（10分）。答：操作系统是裸机上的第一层软件，它是计算机系统中最重要的系统软件，是硬件的第一层封装与抽象，在计算机系统中占据着重要的地位，所有其它系统的软件与应用软件都依赖于操作系统的支持与服务。除提供编程和接口外，操作系统还承担着任务管理、事件管理、消息管理、CPU管理、内存管理、I/O管理等核心功能。μC/OS-II是一种基于优先级的抢占式多任务实时操作系统，包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步（信号量，邮箱，消息队列）和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作，互不干涉，很容易实现准时而且无误执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化。μC/OS-II介绍μC/OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可裁剪的占先式实时多任务内核。μC/OS-II绝大部分的代码是用ANSI的C语言编写的，包含一小部分汇编代码，使之可供不同架构的微处理器使用。至今，从8位到64位，μC/OS-II已在超过40种不同架构上的微处理器上运行。μC/OS-II内核结构多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通讯。内核提供的基本服务是任务切换。μC/OS-II可以管理多达64个任务。由于它的作者占用和保留了8个任务，所以留给用户应用程序最多可有56个任务。赋予各个任务的优先级必须是不相同的。μC/OS-II为每个任务设置独立的堆栈空间，可以快速实现任务切换。μC/OS-II近似地每时每刻总是让优先级最高的就绪任务处于运行状态，为了保证这一点，它在调用系统API函数、中断结束、定时中断结束时总是执行调度算法，μC/OS-II通过事先计算好数据简化了运算量，通过精心设计就绪表结构使得延时可预知。3.2、如何在实现裸μc/osII系统的移植STM32（编译系统选MDK）（10分）。答：下面以LED实验为例，来说明如何在实现裸μc/osII系统的移植STM32。1，用Keil软件打开LED工程，LED的工程文件如下所示：这是开发裸机单片机程序时写的工程文件结构。2，搭建uc/osII工程文件结构。1）把LED工程所在的文件夹先改名为：STM32+UCOS+LED。2）在USER文件夹下新建includes.h头文件。3）按照uc/osII文件结构图，在工程的目录下建立BSP文件夹、APP文件夹和uCOS-II文件夹。BSP文件夹存放外设硬件驱动程序APP文件夹存放应用软件程序uCOS_II文件夹uc/osII的相关代码4）把USER文件夹下的led.h和led.c文件