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嵌入式系统原理与应用习题答案.doc

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版 权 说 明
本文件中出现的任何文字叙述、文件格式、插图、照片、方法、过程等内容,除另有特别注明,版权均属本人所有
版 权 说 明 本文件中出现的任何文字叙述、文件格式、插图、照片、方法、过程等内容, 除另有特别注明,版权均属本人所有。 ----WangYiwei 由于我正在学习 “嵌入式系统原理与应用——基于 ARM 微处理器和 Linux 操作系统”这门课程,网络上找不到课后习题 答案。因此本人通过认真地做习题,不懂百度,查阅相关书籍等 途径,整理了一份答案,可供各位参考。 注意:答案并不一定完全正确,有异议的答案欢迎提出来大 家一起探讨。
1.8 练习题 P14 1.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,Windows CE、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
1.8V 3.3V 8 128 1 1. 填空题 (1) ARM7 ARM9 ARM9E ARM10E ARM11 (2) 精简指令集计算机 (3) Samsung ARM920T IIC 总线 (4) BGA 显卡布线 (5) (6) (7) S3C2410 64MB 64MB 2. 选择题 (1) D (6)C 3. 简答题 (1)ARM 和 S3C2410X 有什么关系? (5)B (10)B (2)C (7)D (3)A (8)C (4)B (9)C 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)。 ADDS R0,R0,R2 ;低 32 位相加并影响标志位 ADC R1,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)。 SUBS R0,R0,R2 ;低 32 位相减并影响标志位 SBC R1,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。 RSBS R4,R0,#0 0 减去低 32 位并影响标志位
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