嵌入式系统课后习题及答案

1第1章嵌入式系统基础1.什么是嵌入式系统？它由哪几部分组成？有何特点？写出你所想到的嵌入式系统。答：（1）定义：国内对嵌入式系统的一般定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。（2）组成：嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几部分组成。（3）特点：a.软硬件一体化，集计算机技术、微电子技术、行业技术于一体；b.需要操作系统支持，代码小，执行速度快；c.专用紧凑，用途固定，成本敏感；d.可靠性要求高；e.多样性，应用广泛，种类繁多。（4）嵌入式系统：个人数字助理（PDA）、机顶盒（STB）、IP电话。2.嵌入式处理器分为哪几类？答：（1）低端的微控制器（MicroControllerUnit,MCU）；（2）中高端的嵌入式微处理器（EmbededMicroProcessorUnit,EMPU）；（3）通信领域的DSP处理器（DigitalSignalProcessor,DSP）；（4）高度集成的片上系统（SystemonChip,SoC）。3.ARM英文原意是什么？它是一个怎样的公司？其处理器有何特点？答：（1）英文原意：AdvancedRISCMachines。高级精简指令集机器。（2）公司简介：该公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商，通过将其高性能、低成本、低功耗的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术转让给合作伙伴来生产各具特色的芯片。ARM公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。（3）其处理器特点：a.小体积、低功耗、低成本而高性能；b.16/32位双指令集；c.全球的合作伙伴众多。4.什么是实时系统？它有哪些特征？如何分类？答：（1）实时系统的定义：实时系统（RealTimeSystem）是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。（2）特征：实时性、并行性、多路性、独立性、可预测性、可靠性。（3）分类：根据响应时间的不同，实时系统可分为3种类型：强实时系统、弱实时系统、一般实时系统。根据确定性的不同，实时系统可分为2种类型：硬实时、软实时。5.RTOS由哪几部分组成？它有哪些特点？与一般操作系统相比有何不同？2答：（1）组成：实时内核、网络组件、文件系统、图形用户界面。（2）特点：a.支持异步事件的响应；b.中断和调度任务的优先级机制；c.支持抢占式调度；d.确定的任务切换时间和中断延迟时间；e.支持同步。（3）与一般OS的不同：a.实时性：响应速度快，只有几微秒；执行时间确定，可预测；b.代码尺寸小：只有10~100KB，节省内存空间，降低成本；c.应用程序开发较难；d.需要专用开发工具：仿真器、编译器和调试器等。6.单片机系统、嵌入式系统和SOC系统三者有何区别和联系？答：（1）目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计；（2）单片机系统多为4位、8位、16位机，不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能；（3）嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计；（4）嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。（5）SoC是嵌入式系统的最高实现形式，它集成了许多功能模块，它的核心技术是IP（IntellectualPropertyCore，知识产权核）核。7.无第2章嵌入式系统开发过程1.嵌入式系统开发过程分为哪几个阶段？每个阶段的特点是什么？答：（1）需求分析阶段：a.对问题的识别和分析；b.制定规格说明文档；c.需求评审。（2）设计阶段：a.数据流分析；b.划分任务；c.定义任务间的接口。（3）生成代码阶段：a.代码编程；b.交叉编译和链接；c.交叉调试；d.测试。（4）固化阶段2.嵌入式系统有哪几种调试方式？现在最流行的是哪种？使用什么接口？答：（1）调试方式：源程序模拟器方式、监控器方式、仿真器方式。（2）现在最流行的是仿真器方式，使用JTAG(JointTestActionGroup,联合测试行动组)接口。3.什么是板级支持包？它一般应完成哪些工作？答：（1）定义：有些嵌入式操作系统的内核明确分为两层，上层一般称为“内核”，而底层则称为“硬件抽象层”或“硬件适配层”，缩写为HAL，有的厂商将硬件抽象层称为BSP，即板级支持包（BoardSupportPackage）。（2）主要完成工作：a.在系统启动时，对硬件进行初始化。B.为驱动程序提供访问硬件的手段。（3）主要作用：消除硬件差异。3第3章ARM体系结构1.ARM的英文全名是什么？ARM处理器有什么特点？答：见第1章课后习题第3题。2.ARM7和ARM9在流水线方面有何不同？答：ARM7是3级流水线结构，ARM9是5级流水线结构。AR]M9把3级流水线中的执行阶段的操作进行再分配，即把执行阶段中的“寄存器读”插在译码阶段中完成，把“寄存器写”安排在另一级（即第5级）完成，同时，在该级之前，再安排一级（存储访问）。3.ARM处理器支持的数据类型有哪些？答：（1）Byte字节，8位；（2）Halfword半字，16位；（3）Word字，32位；4.写出ARM使用的各种工作模式和工作状态。答：（1）工作模式：详见下表：4（2）工作状态：a.ARM：32位，这种状态下执行字对齐的ARM指令；b.Thumb：16位，这种状态下执行半字对齐的Thumb指令。5.ARM处理器总共有多少个寄存器？其中哪个用做PC？哪个用做LR?答：（1）ARM处理器总共有37个寄存器：31个通用寄存器，6个状态寄存器。（2）R15用做程序计数器PC，R14用做子程序链接寄存器LR。6.假设R0=0x12345678,使用将R0存储到0x4000的指令存到存储器中，若存储器为大端组织，写出从存储器0x4000处加载一个字节到R2的指令执行后R2的值。答：由于0x4000是大端组织，所以R0存进后，0x4000中有数0x56781234,从0x4000加载一个字节到R2后（由地位到高位加载），R2的值为0x34。7.ARM920T处理器加入了哪两个协处理器？各自的主要功能是什么？答：ARM920T处理器加入了两个协处理器:(1)CP14，允许软件访问调试通信通道;(2)系统控制协处理器CP15，提供了一些附加寄存器用于配置和控制Caches、MMU、保护系统、时钟模式和其他系统选项。8.ARM920T支持哪些时钟模式？答：快速总线模式、同步模式、异步模式。9.什么是写直达和写回Cache操作，各有何特点？答：（1）写直达：当CPU对Cache写命中时，Cache与主存同时发生写修改。优点：一致性好；缺点：耗时。（2）写回：当CPU对Cache写命中时，只修改Cache的内容而不立即写入主存，只当此执行被换出时才写回主存。优点：减少访问主存次数，提高效率。缺点：一致性差点。10.ARM为何集成了32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集？（即它的好处）答：可提供长的转移范围、强大的算术运算能力和大的寻址空间。11.什么是big-endian和little-endian，编写一段程序测试你所用的计算机体系结构采用哪种存储机制？答：（1）大端存储系统（big-endian）：低地址存放高字节，高地址存放低字节。小端存储系统（little-endian）:低地址存放低字5节，高地址存放高字节。（2）intx=0x12345678;int*p=&x;if(*(char*)p=0x78)…littleendianelse…bigendian第4章ARM系统硬件设计基础1．一个典型的可执行映像由哪几部分组成？答：2.汇编和C语言的相互调用方法。答：（1）汇编程序调用C程序的方法为：首先在汇编程序中使用IMPORT伪指令事先声明将要调用的C语言函数；然后通过BL指令来调用C函数。（2）C程序调用汇编子程序的方法为：首先在汇编程序中使用EXPORT伪指令声明被调用的子程序，表示该子程序将在其他文件中被调用；然后在C程序中使用extern关键字声明要调用的汇编子程序为外部函数。（补充）3.基于ARM的硬件启动流程？答：（1）分配中断向量表；（2）初始化存储器系统；（3）初始化各工作模式下的堆栈；（4）初始化有特殊要求的硬件模块；（5）初始化用户程序的执行环境；（6）切换处理器的工作模式；（7）调用主应用程序。第5章基于S3C2410的系统硬件设计1.复习掌握：P230I/O口编程实例。补充：2.中断的处理流程？答：（1）保存现场；（2）模式切换；（3）获取中断源；（4）中断处理；（5）中端返回，恢复现场。3.中断寄存器的作用及相关的操作？P235-237。