ARM嵌入式系统开发与应用课后题答案与习题.doc

1、课后题答案:第一章1.写出下列英文缩写的英文原文及中文含义。RAM 随机存储器 DRAM 动态随机存储器 ROM 只读存储器PROM 可编程只读存储器 EPROM 可插除可编程只读存储器 CANCAN 总线RTOS 实时操作系统 SOPC 片上可编程系统 ICE 硬件调试器 FI 快速终端请求EEPROM 电可插除可编程只读存储器 API 应用程序接 DMA 直接内存存取RISC 精简指令集计算机 SPI 串行万维指令 MMU 存储管理单元UART 异步接受发送装置 ARM 先进 RISC 存储器 SWI 软件终端指令2、什么是嵌入式系统？ P3嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的

2、装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。3、是比较嵌入式系统与通用 PC 的区别。P3（1）嵌入式系统是专用的计算机系统，而 PC 是通用的计算机系统。（2）技术要求不同，通用 PC 追求高速、海量的数据运算；嵌入式要求对象体系的智能化控制。（3）发展方向不同，PC 追求总线速度的不断提升，存储容量不断扩大；嵌入式追求特定对象系统的智能性，嵌入式，专用性。4、嵌入式体统有哪些部分组成？简单说明各部分的功能与作用（1）硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他I/O 接口以及

3、电源组成） ，嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（RAM 和 ROM 等） ，这就构成了一个嵌入式核心控制模块，操作系统和应用程序都可以固化在 ROM 中。（2）中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。一般包括硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）和板级支持包（Board Support Package，BSP） 。（3）软件层由实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS） 、文件系统、图形用户接口（Graphical User I

4、nterfaces，GUI） 、网络组件组成。（4）功能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人机界面。5、什么是可编程片上系统？在技术上它有哪些特点？用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作可编程片上系统 SOPC，特点如下：实现复杂系统功能的 VLSI；采用超深亚微米工艺技术；使用一个以上的嵌入式处理器/DSP;外部可对芯片进行编程；主要采用第三方 IP 进行设计；足够的片上可编程逻辑资源；具有处理器调试接口和 FPGA编程接口；可能包含部分可编程模拟电路；单芯片，低功耗，微封装；微处理器/dsp 以 ip 核的形式方便的嵌入在 FPGA 中。6、什么是嵌入

5、式外围设备？简要说明嵌入式外围设备是如何分类的。嵌入式外围设备，是指在一个嵌入式系统硬件构成中，除了核心控制部件-嵌入式微处理器/DSP 以外的各种存储器，输入/输出接口、人机接口的显示器/键盘、串行通信接口等。根据外围设备的功能可分为以下五类：存储器类型；通信接口；输入/输出设备；设备扩展接口；电源及辅助设备。7、.简述嵌入式系统软件的组成和功能？组成：应用层，OS 层，BSP 层11、什么是软硬件协同设计？他最大的特点是什么？嵌入式系统开发为什么可以采用这种方法进行。嵌入式是系统设计时使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件，软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌

6、入式系统是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合的、相互协调的；特点是：在设计时从系统功能的是先考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。这样既可最大限度的利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。第二章1、CISC 与 RISC 分别指什么？说明他们各自有什么特点，应用领域和发展趋势如何？复杂指令集 CPU 内部为将较复杂的指令译码，也就是指令较长，分成几个微指令去执行，正是如此开发程序比较容易（指令多的缘故），但是由于指令复杂，执行工作效率较差，处理数据速度较慢，PC 中 Pentium 的结构都为 CISC CPU

7、。RISC 是精简指令集 CPU，指令位数较短，内部还有快速处理指令的电路，使得指令的译码与数据的处理较快，所以执行效率比 CISC 高，不过，必须经过编译程序的处理，才能发挥它的效率，我所知道的 IBM 的 Power PC 为 RISC CPU 的结构，CISCO 的 CPU 也是 RISC 的结构。RISC 与 CISC 的主要特征对比比较内容 CISC RISC 指令系统 复杂，庞大 简单，精简 指令数目 一般大于 200 一般小于 100 指令格式 一般大于 4 一般小于 4 寻址方式 一般大于 4 一般小于 4 指令字长 不固定 等长 可访存指令 不加限制 只有 LOAD/STOR

8、E 指令 各种指令使用频率 相差很大 相差不大 各种指令执行时间 相差很大 绝大多数在一个周期内完成 优化编译实现 很难 较容易 程序源代码长度 较短 较长 控制器实现方式 绝大多数为微程序控制 绝大多数为硬布线控制 软件系统开发时间 较短 较长5、简述 Thumb 技术的特点，在处理器中是如何实现的？并说明 ARM 处理器为何会采用 2 种不同的指令集。Thumb 是 ARM 体 系 结 构 中 一 种 16 位 的 指 令 集 。 Thumb 不 仅 仅 是 另 一 个 混 合 指 令 集 的 概 念 ， 它使 设 计 者 得 到 ARM32 位 指 令 的 性 能 ， 又 能 享 受 T

9、humb 指 令 集 产 生 的 代 码 方 面 的 优 势 。 有 以 下局 限 ： 完 成 相 同 的 操 作 时 ， Thumb 通 常 需 要 更 多 的 指 令 ； Thumb 指 令 没 有 包 括 进 行 异 常 处 理 时需 要 的 指 令 ， 在 异 常 中 断 时 还 需 要 调 用 ARM 指 令6、A RM 处 理 器 支 持 哪 几 种 工 作 模 式 ？ 各 个 模 式 各 有 什 么 特 点 ？ARM 处 理 器 共 支 持 7 种 处 理 器 模 式 ：用 户 模 式 ： 正 常 用 户 模 式 ， 程 序 正 常 执 行FIQ： 处 理 快 速 中 断 ， 支

10、 持 高 速 数 据 传 输 或 通 道 处 理IRQ： 处 理 普 通 中 断SVC： 操 作 系 统 保 护 模 式 ， 处 理 软 件 中 断中 止 ： 处 理 存 储 器 故 障 ， 实 现 虚 拟 存 储 器 和 存 储 器 保 护未 定 义 ： 处 理 为 定 义 的 指 令 陷 阱 ， 支 持 硬 件 协 处 理 器 的 软 件 仿 真系 统 ： 运 行 特 权 操 作 系 统 任 务7、ARM 处理器总共有多少个通用寄存器？这些寄存器按其在用户编程中的功能是如何划分的？P38ARM 处理器共有 37 个寄存器，31 个通用寄存器，含程序计数器 PC，6 个状态寄存器。r0r7

11、为普通寄存器r8r12 普通寄存器允许快速中断r13 通常用作堆栈指针 SP，指向栈顶r14 通常用作子程序链接寄存器 LR 也用于中断临时存放 PC 值，PCLR CPSRSPSRr15 程序计数器通常被用作程序计数器 PC。 （PC 中存放下一条将要执行的指令地址）8、试述 ARM 处理器对异常中断的影响。P41r14-=return linkSPSR-=CPSRCPSR【4 :0】=exception mode number4 位到 0 位进入异常模式CPSR【5】=0 使处理器在 ARM 状态下执行CPSR【7】=1 禁止新的 IRQ 中断If=reset or FIQ thenCPS

12、R6=1 禁止新的 FIQ 中断PC=exception cector address 完成后进入异常向量地址9、ARM 如何从异常中断处理程序中返回？需要注意哪些问题？进入中断的逆过程。1、所有修修改过的用户寄存器必须从处理程序的保护堆栈中恢复。2、将 SPSR_mode 寄存器内容复制到 CPSR 中，使得 CPSR 从相应的 SPSR 中恢复，及回复被中断的程序工作状态。3、根据异常类型将 PC 变回到用户指令流中相应指令处。4、最后清除 CPSR 中的中断禁止标志位 I/F.第三章1、试比较 ARM 指令集与 8086/8088 指令集的异同点，并总结 ARM 指令集的特点。(1) X

13、86 指令集：X86 指令集是 Intel 为其第一块 16 位 CPU(i8086)专门开发的，后来的电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的 X87 芯片系列数学协处理器另外使用 X87 指令，以后就将 X86 指令集和 X87 指令集统称为 X86 指令集。 (2) ARM 指令集：相比而言，以 RISC 为架构体系的 ARM 指令集的指令格式统一，种类比较少，寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就提高很多。ARM 处理器都是所谓的精简指令集处理机（RISC）。其所有指令都是利用一些简单的指令组成的，简单的指令意味着相应硬件线路可以尽量做到最佳化，而提高执行速率，相对的使得一个指令所需的时

14、间减到最短。RM 指令集架构的其它一些特点如下： 1体积小，低功耗，低成本，高性能2支持 Thumb （ 16 位） /ARM （ 32 位）双指令集，能很好的兼容 8 位 /16 位器件；3大量使用寄存器，指令执行速度更快；4大多数数据操作都在寄存器中完成；5寻址方式灵活简单，执行效率高；6指令长度固定；7流水线处理方式 8 Load_store 结构2、ARM 指令的寻址方式有几种？试分别叙述其各自的特点并举例说明。P44（1）寄存器寻址 ：指令地址码给出寄存器的编号，寄存器中的内容作为操作数。（2）立即寻址、指令操作码后的地址码是立即数，即操作数本身。（3）寄存器移位寻址、是 ARM 指

15、令集特有的寻址方式。（4）寄存器间接寻址、指令地址码给出寄存器的编号，寄存器为地址指针，存放操作数的有效地址。（5）基址寻址、基址寻址是讲基址寄存器的 内容与指令中给出的维系量相加，形成操作数有效地址。（6）多寄存器寻址 一次可以传送多个寄存器的值（7）堆栈寻址 按照特定顺序进行存取的存取区。(8)块拷贝寻址（9）相对寻址第四章3、试比较 ARM 指令集与 Thumb 指令集的异同，并给出各自的特点。ARM 指令是 32 位的， Thumb 指令是 16 位的Thumb 指令能完成 ARM 指令大部分的功能，使用 Thumb 指令可以节约存储空间，提高效率ARM 指令与处理器 32 位的处理能

16、力相适应，能发挥 ARM 处理器全部的功能。第五章1、什么是伪操作，宏指令，伪指令？它们与指令有什么不同？各自有什么特点？汇 编 语 言 程 序 语 句 除 指 令 以 外 还 可 以 由 伪 操 作 和 宏 指 令 组 成 .伪 操 作 又 称 伪 指 令 ,它 不 像 机 器指 令 那 样 是 在 程 序 运 行 期 间 由 计 算 机 来 执 行 的 ,它 是 在 汇 编 程 序 对 源 程 序 汇 编 期 间 由 汇 编 程序 处 理 的 操 作 ,它 们 可 以 完 成 如 数 据 定 义 、 分 配 存 储 区 、 指 示 程 序 结 束 等 功 能3、 LTORG 伪 操 作 的

17、 作 用 是 什 么 ？ ？LTORG 用于声明一个数据缓冲池， （也称为文字池）的开始。在使用伪指令 LDR 时，常常需要在适当的地方加入 LTORG 声明数据缓冲池，LDR 加载的数据暂时放于数据缓冲池。当程序中使用 LDR 之类的指令时，数据缓冲池的使用可能越界。为防止越界发生，可使用 LTONG 伪操作定义数据缓冲池。通常大的代码段可以使用多个数据缓冲池。ARM 汇编编译器一般把数据缓冲池放在代码段的最后面，即下一代码段开始之前，或者 END 伪操作之前。LTORG 伪操作通常放在无条件跳转指令之后，或者子程序返回指令之后，这样处理器就不会错误的将数据缓冲池中的数据当作指令来执行。5、

18、ALIGN 伪操作的作用是什么？其中：Num 必须是 2 的幂，如：1、2、4、8 和 16 等。伪指令的作用是：告诉汇编程序，本伪指令下面的内存变量必须从下一个能被 Num 整除的地址开始分配。 如果下一个地址正好能被 Num 整除，那么，该伪指令不起作用，否则，汇编程序将空出若干个字节，直到下一个地址能被 Num 整除为止.一、填空题(请将答案填入题后括号中)1、一般而言，嵌入式系统的构架可以分为 4 个部分：处理器、 （存储器） 、输入/输出和软件，一般软件亦分为（系统软件）和应用软件两个主要部分。2、根据嵌入式系统使用的微处理器，可以将嵌入式系统分为（嵌入式微控制器） ，嵌入式DSP，

19、 （嵌入式微处理器）以及片上系统。3、操作系统是联接硬件与应用程序的系统程序，其基本功能有进程管理、 （进程间通信） 、 （内存管理） 、I/O 资源管理。4、从嵌入式操作系统特点可以将嵌入式操作系统分为实时操作系统和（分时操作系统） ，其中实时系统亦可分为（硬实时系统）和软实时系统。5、内核负责管理各个任务，或者为每个任务分配 CPU 时间，并且负责任务之间的（通信） ，内核的基本服务是（任务切换） 。6、嵌入式开发一般采用（宿主机/目标机）方式，其中宿主机一般是指（pc 机/台式机） 。7、哈佛体系结构数据空间和地址空间（分开） ，ARM920T 采用（哈弗体系）的内核架构。 8. ARM

20、7TDMI 采用（ 3）级流水线结构，ARM920TDMI 采用（5）级流水线。9 .按操作系统的分类可知，Dos 操作系统属于顺序执行操作系统，Unix 操作系统属于（分时）操作系统，VxWorks 属于（实时嵌入式）操作系统。10、ARM7TDMI 中，T 表示支持 16 位 Thumb 指令集，D 表示（支持在片可调试） ，M 表示内嵌乘法器Multiplier，I 表示（嵌入式 ICE） ，支持在线断点和调试。1嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并_软硬件可剪裁_、对其功能和_可靠性_、_体积_、_功耗_等有严格要求的专用计算机系统。3为了提高_运行速度和稳定可靠性_ 嵌入

21、式系统中的软件一般都固化在_CPU 或只读存储体_中，而不是存贮于_可移动外存储体_中。4由于嵌入式系统本身不具备_自我开发能力_，即使设计完成以后用户通常也是不能对其程序功能进行修改的，须有一套_开发和仿真调试系统_才能进行交叉开发。5嵌入式系统的核心部件是_嵌入式处理器_，嵌入式开发硬件平台的选择主要是嵌入式处理器的选择。6嵌入式系统设计时，必须优先考虑的问题有：_用户的功能需求_ 、_系统体系结构_、_性能和成本问题_ 、并考虑实时运行和速度、能耗以及体积等问题。7嵌入式系统的软件包括两部分： 嵌入式 OS 、_应用功能软件_。8为了提高的开发的效率，降低开发难度，提高重用性，经验告诉大

22、家；_基于嵌入式操作系统，采用模块化方式_是开发嵌入式系统软件的必由之路。10A/D 变换器工作原理可分_逐次比较式_和_双积分_两种工作方式。 9、 ARM 支持两个指令集， ARM 核因运行的指令集不同，分别有两个状态 ARM 、 Thumb ，状态寄存器 CPSR 的 T 位反映了处理器运行不同指令的当前状态12、ARM 微处理器复位后，PC 的地址通常是 0x0 ，初始的工作模式是 Supervisor 。 13、ARM 微处理器支持虚拟内存，它是通过系统控制协处理器 CP15 和 MMU（存储管理部件）来进行虚拟内存的存储和管理。当系统发生 数据 异常和 指令领取 异常时，异常处理程

23、序透过嵌入式操作系统的内存管理机制，通过 MMU 交换物理内存和虚拟内存的页面，以保证程序正常执行。14、编译链接代码时，有两种存储代码和数据的字节顺序，一种是 小端对齐 ，另一种是 大端对齐 15、构建嵌入式系统开发环境的工具链有多种，其中开放源码的工具链是 GNU 工具链 ，ARM 公司提供的工具链是 ADS 工具链 . 16、计算机有 CISC 和 RISC 两种类型，以 ARM 微处理器为核心的计算机属于 RISC 类型，其指令长度是定长的 17、I/O 接口电路数据传送方式有：查询、中断、DMA、I/O 通道和 I/O 处理机方式。3、从模块结构来看，嵌入式系统由三大部分组成，分别是

24、：硬件、软件和开发平台。18、嵌入式系统的设计过程包括：需求分析、规格说明、体系结构设计、构件设计、系统集成和系统测试。19、RAM 存储器有两种，分别是：SRMA 和 DRAM。 23.ARM 微处理器有 7 种工作模式，它们分为两类 非特权模式 、 特权模式 。其中用户模式属于 非特权模式 24.ARM 支持两个指令集， ARM 核因运行的指令集不同，分别有两个状态 ARM 、 Thumb ，状态寄存器 CPSR 的 T 位反映了处理器运行不同指令的当前状态25.ARM 核有多个寄存器，其中大部分用于通用寄存器，有小部分作为专用寄存器， R15 寄存器用于存储 PC，R13 通常用来存储

25、SP ARM 处理器有两种总线架构，数据和指令使用同一接口的是 冯诺依曼 ，数据和指令分开使用不同接口的是 哈佛结构 二、选择题。1、下面哪种操作系统不属于商用操作系统。A. windows xp B. Linux C. VxWorks D. WinCE2. 下面哪点不是嵌入式操作系统的特点。A. 内核精简 B. 专用性强 C. 功能强大 D. 高实时性3. 下面哪种不属于嵌入式系统的调试方法。A. 模拟调试 B. 软件调试 C. BDM/JTAG 调试 D. 单独调试4. 在嵌入式 ARM 处理器中，下面哪种中断方式优先级最高。A. Reset B. 数据中止 C. FIQ D. IRQ5.

26、 NAND FLASH 和 NOR FLASH 的区别正确的是。A. NOR 的读速度比 NAND 稍慢一些 B. NAND 的写入速度比 NOR 慢很多C. NAND 的擦除速度远比 NOR 的慢 D.大多数写入操作需要先进行擦除操作6. 下面哪种嵌入式操作系统很少用在手机上。A. Symbian B. linux C. Win CE D. VxWorks7、0X07若 cache 命中, arm 处理器与cache 交换数据。（2）若 cache 禁止或 cache 未命中，首先访问 TLB，根据 arm 输出的虚拟地址在 TLB 中搜索，若TLB 命中，将 TLB 中的物理页地址与虚拟地址的页内偏移量拼接成物理地址，访问主存并把该块数据读取到 cache(使能时)中。（3）若 cache 且 TLB 均未命中，访问主存中的页表。