嵌入式系统基础教程第2版习题解答俞建新

《嵌入式系统基础教程第2版》习题和思考题解答要点提示版本：1.00版编写完成日期：2014年12月5日机械工业出版社《嵌入式系统基础教程第2版》习题和思考题解答要点提示目录Lastprinted12/5/20142:06:00PM第I页2014年4月6日星期日初稿整理目录简单说明...................................................................................................................................................1第1章1.9节习题和思考题................................................................................................................1第2章2.5节习题和思考题................................................................................................................4第3章3.9节习题与思考题................................................................................................................5第4章4.8节习题和思考题................................................................................................................8第5章5.6节习题与思考题................................................................................................................8第6章6.11节习题与思考题.............................................................................................................13第7章7.9节习题和实验题..............................................................................................................18第8章8.7节习题与思考题..............................................................................................................20第9章9.6节习题和思考题..............................................................................................................26结束正文共31页.............................................................................................................................31嵌入式系统基础教程第2版习题和思考题解答要点提示第1页共31页Lastprinted12/5/20142:06:00PM简单说明1，从2014年4月初开始搜集资料、编写、整理、润色和修改，到2014年12月5日结束。2，本文档给出的习题和思考题都是《嵌入式系统基础教程第2版》图书中各章最后一节段落中列出的习题和思考题。为了描述简单起见，在文档正文中大多数情况下我们用“第2版教程”一词来代表《嵌入式系统基础教程第2版》图书。3，对第2版教程中的大部分习题和思考题给出了解答要点提示，但是并非所有习题和思考题都是这样。如果习题和思考题难度较大，或者需要技术成熟的开发板调试，或者需要较长时间的实验程序编写，对这样的习题和思考题我们不直接提供解答要点提示。4，在这个文档中的插图编号我们采用“插图x-y”的形式。其中x表示章号，y表示这一章的插图序号，例如：插图1-1、插图5-1、等。5，本文档的编写者就是第2版教程的三名编写者，俞建新、王健、宋健建。第1章1.9节习题和思考题习题1-1试说明嵌入式系统和PC系统的主要差异在哪些方面？解答要点提示本道题目的解答可以从以下7个方面着手。（1）嵌入式系统属于专用计算机系统，应用领域比较广泛，用户对象与嵌入式产品关系密切。而PC系统属于通用计算机系统，主要以个人用户需要为主，兼顾企业和事业单位的业务需要。（2）嵌入式处理器的型号比较多，研发嵌入式产品时选型的余地比较大。PC系统处理器主要采用Intel公司研发和生产的奔腾处理器或者酷睿处理器，可选择余地比较小。（3）嵌入式系统使用的操作系统具有实时性强、经过模块裁减代码体积小、经过交叉编译生成、可以选择的品种多范围大，等特点。PC系统多半是Microsoft公司研发的Windows操作系统。（4）嵌入式系统的IO接口基本集成在处理器芯片内，且安装的外部设备品种少，设计师选择余地不大，只能用于专门用途。而PC系统的IO接口基本集成在处理器芯片之外的芯片组里面，在IO口上装备多种外设，用途广泛，深入到人类生活和工作的方方面面。（5）一般认为由于研发嵌入式产品需要嵌入式硬件和软件协同设计，所以要求研发人员既懂硬件又懂软件，即从业素质高。而PC系统为通用计算机，主要用户是个人。研发PC上的应用技术是IT业的热门技术，对从业人员的素质要求适中。（6）嵌入式系统的资源比较少，而PC机系统的资源数量比较大。例如：显示器的分辨率，嵌入式系统比较小，PC系统比较大。又例如：嵌入式系统的内存容量小，PC系统的内存容量大。编写程序时，嵌入式开发人员应该仔细分析嵌入式系统的限制资源，思考解决方法，而后再提出解决方案。（7）嵌入式系统常常用于无人职守场合，因此要求较长的持续工作时间，较低功耗。而PC系统则没有这一类功能需求或性能需求。习题1-2除了本章给出的嵌入式系统定义，请读者用自己的语言来表述对嵌入式系统的定义或者名词的理解或者解释。解答要点提示理解术语“嵌入式系统”要注意四点：1）对于嵌入式系统而言，它往往是专用的计算机系统，具有某个应用领域的专门技术。2）强调嵌入式系统具有较大的硬件和软件选型余地。3）当研发一个嵌入式系统时，强调“可以根据专门用途量身定制”，即硬件可配置性和操作系统组件可配置性。4）每当开始着手研发一个嵌入式系统时，往往订货方会给出低功耗、小体积、高可靠性和强鲁棒性的技术指标。习题1-3请描述嵌入式系统的基本组成，并通过一个你所熟悉的具体嵌入式产品进行对照说明。解答要点提示嵌入式系统基础教程第2版习题和思考题解答要点提示第2页共31页Lastprinted12/5/20142:06:00PM中高端嵌入式系统的基本组成包括：嵌入式处理器、电路板、操作系统、支撑软件和应用程序。概括地讲，嵌入式处理器是嵌入式产品的硬件处理中心；电路板是内嵌在嵌入式产品中的嵌入式系统驻留装置；操作系统包括系统程序和应用程序，是控制嵌入式产品整体运作流程的软件程序；而应用程序则是嵌入式产品发挥特定产品功能的软件程序。在这里我们简单介绍一个嵌入式产品，它是远程电力抄表系统的采集器。1，远程电力抄表系统概述一种四层结构的联网电力自动抄表系统，由电能表、采集器、集中器和管理中心组构成，它的系统结构图请参看插图1-1。该系统采用被动抄表方式运作，其运作原理如下。（1），电管中心下达抄表命令直到底层。电力管理中心前置机通过公用电话交换网(PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN)将抄表命令发送给集中器，集中器接收到抄表命令后，通过其无线通信模块PTR2000将信息发送至采集器，并且通知从指定节点（电能表）采集各个电表使用的电量数据。（2），采集电表数据并且上传给集中器和电管中心。采集器利用PTR2000模块接收管理中心的控制信号，进行解释和执行。从各个电表里采集到的电量数据经过RS-485总线传输至采集器，再利用PTR2000模块将数据发送至集中器。集中器收到信息后根据通信协议对数据进行封装，然后通过PSTN送至电力管理中心进行处理。电力管理中心无线集中器无线集中器无线集中器无线集中器互联网/GSM网/PSTN采集器路由器采集器1采集器n电能表1电能表2电能表n电能表1电能表2电能表nRS485总线RS485总线底层：电能表次底层：采集器次高层：集中器高层：管理中心主站前置机运营服务器存储服务器采集器2手机无线通信（虚线表示）插图1-1远程自动电力抄表系统总体架构图2，采集器设计概要说明1采集器硬件采集器主要硬件包括飞利浦公司生产的LPC2124处理器模块、RS-485接口、PTR2000无线通信模块等。LPC2124处理器的内核为ARM7TDMI，采集器主要功能是通过RS-485接口读取电能表的表号、用电读数等信息，并将数据信息打包后发送至集中器，之后再执行集中器发出的命令。电能表数据通过RS-485总线方式传输到采集器，总线最多可挂接128个结点。PTR2000是基于nRF401器件的无线数据传输模块，实现了低发射频率、高灵敏度的解决方案。采集器和集中器通过无线通信模块PTR2000进行通信。2采集器软件在uC/OS-II嵌入式操作系统上实现，主要完成抄取计量表数据，以及与集中器通信的功能。由于系统采用被动抄表模式，即只有当采集器接收到抄表命令后才进行读取计量表数据和向上层传送数据的操作，嵌入式系统基础教程第2版习题和思考题解答要点提示第3页共31页Lastprinted12/5/20142:06:00PM因此将与集中器通信任务的优先级设定为比抄取计量表数据任务的优先级高。习题1-4试描述一个你所熟悉的与嵌入式系统关系密切的科学技术领域现状与发展趋势。例如：嵌入式人机交互、嵌入式数据库系统等。解答要点提示本道题的解题要点是手持设备的移动通信技术一般认为手持设备（主要指手机）的无线通信技术代表了嵌入式系统的无线通信技术。无线通信网络由大量无线信号作用范围的基站群构成，其基站和基站之间的方位和距离呈六边形蜂窝状，因此无线通信网络也叫做蜂窝移动通信网。移动通信技术与无线网络数据访问技术是一回事，它是手持嵌入式系统一个长足发展的应用领域。手机是用户通过移动通信网络与对方实施通信的典型嵌入式设备，手机通信制式通常也叫做蜂窝移动通信技术标准。参看表1-1。表1-1蜂窝移动通信技术标准一览表标准简称标准名称主要特点第二代2GGSM、DAMPS、PDC、IS-95等数字信号移动通信网；GSM占用三个频段：900MHz，1800MHz和1900MH；GSM最高速率9.6Kbps，2.5GGPRS、WiFi、HSCSD。基本速率为56Kbps，其中GPRS最高速率为171.2Kbps。CDMA20001X简称CDMA，基本速率1.25Mbps。2.75GEDGE普通速率为130Kbps，可支持峰值速率为384Kbps的广域数据通信服务，以及峰值速率为2Mbps的局域数据通信服务。第三代3GCDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率。3.5GHSPA—高速下行封包存取下行峰值速率为14.4Mbps，上行峰值速率为5.76Mbps。手机的3G通信技术现状3G是第3代移动通信的英文缩略语，指的是国际电信联盟（ITU，Internationa