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嵌入式习题.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.07M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    《嵌入式技术》作业 学号：071714218 姓名：乔双 前导问题： 1．（必选）诚信单选题：本次课程专题报告，自己完成的方法是：（ B ）。 A．完全独立完成。 B．大部分独立完成。 C．有一些内容是独立完成的。 D．基本上参考同学的报告完成。 2．（任选）请你对《嵌入式系统》的课程建设提出宝贵的意见和建议。 答：单片机课程稍微简单一些，ARM 相对于单片机有相似之处，不过难度相对高一些，是单片机的 一个升级，属于 32 位处理器，做出的产品功能相对也是比较高端的，可以支持视频，音频等，例：做出 智能手机。这方面在大学课堂上面接触的也是有限的，必须有人指导。 Linux 操作系统目前也是用的最广泛的，发展前景特别好，将是今后的主流，以上三个课程都是属于嵌 入式的，我们可以全面的学习嵌入式的课程，这些课程将都会涉及到，全面的涉及到这些课程，出去就业 面就比较广泛，涉及硬软件都可以。 一、基础问题 1． 你是如何理解嵌入式系统的？ 解：根据 IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备 运行的装置”。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前 国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 2．说明嵌入式系统的典型组成。 解：它一般由以下几部分组成: 嵌入式微处理器 外围硬件设备 嵌入式操作系统。 嵌入式系统的硬件组成： 存储器：ROM 和 RAM 输入输出设备：液晶显示，触摸屏，语言输入输出技术，键盘 电源转换和管理 嵌入式系统软件组成： 操作系统（含内存管理，进程与中断管理，调度机制，文件管理等） 设备驱动程序，用户界面以及各种应用模块 3．嵌入式处理器包括哪几种类型？ 解：嵌入式处理器包括四种类型： （1）、嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU） （2）、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) （3）、嵌入式 DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) （4）、嵌入式片上系统(System On Chip) 4．简述 CISC 与 RISC 两种架构的差异。 解：传统的 CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构有其固有的缺点，即随 着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构会越来越 复杂，然而，在 CISC 指令集的各种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有 20％的指令会被反复使用， 1
    占整个程序代码的 80％。而余下的 80％的指令却不经常使用，在程序设计中只占 20％，显然，这种结构 是不太合理的。 基于以上的不合理性，1979 年美国加州大学伯克利分校提出了 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）的概念，RISC 并非只是简单地去减少指令，而是把着眼 点放在了如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度上。RISC 结构优先选取使用频最高的简单指 令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码 控制等措施来达到上述目的。 到目前为止，RISC 体系结构也还没有严格的定义，一般认为，RISC 体 系结构应具有如下特点：－ 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有 2～3 种。－ 使 用单周期指令，便于流水线操作执行。－ 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加 载/ 存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。 除此以外，ARM 体系结构还采用了一些特别 的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗：－ 所有的指令都可根据前面的执行 结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。－ 可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传 输效率。－ 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。－ 在循环处理中使用地址的自动增 减来提高运行效率。 当然，和 CISC 架构相比较，尽管 RISC 架构有上述的优点，但决不能认为 RISC 架构就可以取代 CISC 架构，事实上，RISC 和 CISC 各有优势，而且界限并不那么明显。现代的 CPU 往往采 用 CISC 的外围，内部加入了 RISC 的特性，如超长指令集 CPU 就是融合了 RISC 和 CISC 的优势，成为未来 的 CPU 发展方向之一。 5．ARM7 微处理器系列有什么特点？ 解：具有嵌入式 ICE－RT 逻辑，调试开发方便。 极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。 能够提供 0.9MIPS/MHz 的三级流水线结构。 代码密度高并兼容 16 位的 Thumb 指令集。 对操作系统的支持广泛，包括 Windows CE、Linux、Palm OS 等。 指令系统与 ARM9 系列、ARM9E 系列和 ARM10E 系列兼容，便于用户的产品升级换代。 主频最高可达 130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。 6．ARM7TDMI 中，TDMI 的含义是什么？ 解：TDMI 的基本含义为： T： 支持 16 为压缩指令集 Thumb； D： 支持片上 Debug； M：内嵌硬件乘法器（Multiplier） I： 嵌入式 ICE，支持片上断点和调试点； 7．S3C44B0X 具有多少通用 I/O 口？它们具有哪些功能？ 解：S3C44B0X 具有 71 个多功能输入/输出脚。它们包含在 7 组端口中： 2 个 9 位输入/输出端口（端口 E 和 F） 2 个 8 位输入/输出端口（端口 D 和 G） 1 个 16 位输入/输出端口（端口 C） 1 个 10 位输出端口（端口 A） 1 个 11 位输出端口（端口 B） 每组端口都是多功能的，需要用软件对端口配置寄存器 pCONn 设置满足不同的需要，在运行程序之前 必须先对每一个用到的引脚功能进行配置。如果某些引脚的复用功能没有使用，可以将该引脚设置陈成 I/O 口。在一般的应用中： PA：地址线，PB：bank 选择线和 SDRAM 的接口信号线。PC：数据线，IIS 接口或 LCD 数据线等。PD:LCD 的信号线；PE：串口信号线和定时器输出；ＰＦ：多功能 I/O 口。 2
    8．什么是信号的建立时间？什么是信号的保持时间？ 解： 建立时间（setup time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建 立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器； 保持时间（hold time）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间，如果保 持时间不够，数据同样不能被打入触发器。 9．S3C44B0X 的 UART 接口具有哪些功能特性？ 解：UART（通用异步串行通信）。 S3C44BOX UART 特性如下： 2 通道 UART，可进行基于 DMA 可中断的操作； 1. 2. 支持 5 位，6 位，7 位或 8 位串行数据传输/接收; 3. 支持硬件握手功能； 4. 可编程的波特率； 5. 支持 IrDA1.0（115.2Kb/s）； 6. 支持用于测试的回馈模式； 7. 每个通道具有 2 个内部 32B 的 FIFO 分别用于输入输出。 10．请指出 USB 总线的四种传输类型，并指出每一种传输类型的基本特点？ 解：ＵＳＢ总线一般包含四种基本数据传输类型：控制传输、中断传输、批传输以及同步传输，本系统使 用的是控制传输和批量传输 2。最基本的函数就是对 SL811HS 寄存器的读写 11．描述 ARM 体系结构的寄存器组织。 解：ARM 处理器共有 37 个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括： 31 个通用寄存器，包括程序计数器（PC 指针），均为 32 位的寄存器。 6 个状态寄存器，用以标识 CPU 的工作状态及程序的运行状态，均为 32 位 12．简述 ARM 微处理器的七种运行模式。 解：ARM 处理器又有 7 种不同的处理器模式：用户模式，系统模式，快速终端模式，外部终端模式，管理 模式，中止模式，未定义模式。除用户模式之外的其余 6 种非用户模式，或特权模式。在特权模式中， 除系统模式之外其余的 5 种称为异常模式。处理器的各种工作模式由当前程序的状态寄存器 CPSR 的 低 5 位 M[4:0]决定。 在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存 器包括 15 个通用寄存器（R0～R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器。在所有的寄存器中，有些 是在 7 种处理器模式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的 物理寄存器。 二、分析问题 1．在日常生活中，你接触过哪些嵌入式产品？他们都有些什么功能？ 解：像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3 Player、数字相机（DC）、 数字摄像机(DV)、U-Disk、机顶盒(Set Top Box)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、 交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备 等等都是典型的嵌入式系统。应用功能非常灵活：由于 ARM 公司只是提供了一个高效精简 的核心，各半导体厂商可根据自身需求进行应用设计，架构灵活简便、扩展力很强。如厂 商可为多媒体信号处理加入相关的指令集，或为 Java 相关的应用加入高效执行单元，或增 加 3D 图形协处理器等等。 3
    2．结合嵌入式系统的典型组成，试分析常见的嵌入式产品（如 PDA、手机等）大体的结构组成？ 解：受控器件： (1).消费电子：mp3、手机、电梯、汽车... (2).智能家电：数字电视、微波炉、数码相机、空调... (3).网络设备：交换机、路由器... (4).医疗仪器：新型测谎仪 (5).航天设备：卫星、航天飞机、月球探测仪... 三、设计问题 用 ARM 汇编代码实现以下 C 程序段。 （1）y=a*(b+c) 解：MOV AX，000b MOV BX，000c ADD AX, BX （2）if (x-y<3) x=0; else y=0; （3）for(i=0;i<20;i++) x[i]=a[i]*b[i] 四、系统设计 根据对本课程的理解，设计一个嵌入式产品（或系统，或项目），产品（或系统，或项目）题目自拟， 系统可大可小。要求如下： （1）题目（题目要求新颖，应该是自己的创意。可参考相关网站）。 （2）明确指出项目的创新点。 （3）描述系统的功能。 （4）画出系统的结构框图（详细电路图更好）。 （5）说明系统中使用的器件（如果能够确定的话）。 （6）画出系统软件流程图（或结构图）。 （7）说明系统中的主要技术问题。 系统设计题目：电视机智能声控选台系统 创新点：不用调台，直接通过声控来调台，方便快捷，简便，对一些残疾人较适用。 摘要：介绍了一种基于专用语音识别芯片 TSG410 的彩电智能声控选台系统，可以在不对彩电做任何改动 的基础上，实现语 系统结构图： 音遥控电视机。 4
    随着电视频道数目的日益增多，传统的电视遥控方法弊端越来越明显。它需要观念记忆大量电视台对 音识别芯片 TSG410 设计了一个彩电智能声控选台系统，可以较好地解决记忆频道这个难题。尤其对列疾 朋友来讲，更具有特殊的意义。该系统不对彩电做任何改动。在保留原有遥控功能的基础上，实现语音控 制选台。 主要系统功能： ·开关电视：电视接通电源处于待命状态，操作者发出“开机”命令，则打开电视机；操作者发出“关 机”命令，则关掉电视机； ·选台功能：操作者想看 XX 电视台的节目，只要发出“XX 台”的命令，电视机自动跳转到该台。 ·识别主人功能：日防止识操作，该系统只能事先录入命令样本的操作者语音敏感，其他人发出的命 令包括电视伴音均无效。 ·其它功能：具有电视音量、画面亮度调节等适合语音控制的功能。 1 系统设计方案 我们最初考虑了两种设计方案（见图 1 和图 2），它们各有优缺点。第一种电路不足之处是：电路稍 复杂一点，而且要对电视机的选台控制电路做必要的改动（当然这对电视机生产厂家是不成问题的）；其 优点是：只需一个无线话筒便可声控选台，且不必对准电视机，甚至在另一个房间也可实现遥控。第二种 电路的优点是：不必对电视机的选台控制电路做任何的改动；缺点是：所有电路只能靠电池供电，芯片选 择要考虑耗电和工作电压问题。由于采用红外遥控发射来控制电视，该系统须对准电视机才能正常工作。 综合考虑各方面因素，我们认日第二种设计方案切实可行。 2 各个功能模块简介 2.1 语音命令提取单元 5
    语音命令提供该单元（如图 2）在电视话音和其它噪音背景下，完成提取出操作者语音命令功能，其 示意图如图 3 所示。 MIC 选用驻极体送话器，它具有结构简单、重量轻、体积小、频率响应宽、保真度好等优点，但灵敏 度较低，必须再加放大器才行。由于输出阻抗可高达 10 8Ω数量级，所在必须进行阻抗变换后才能与放大 器配合使用。放大器采用差分放大电路，一个驻极体送话器面对送话者，其输出接送放大器正向输入端； 另一个驻极体送话器背对送话者，其输出接放大器负向输入端。由于两个送话器相对于电视机和其它噪声 源的位置基本一样远，可以近似认日通过二者输入的干扰是一样的。但考虑到送话器具有方向性，前者送 入的操作者语音命令远远大于后者，适当选择各电阻值可以抵消掉各种干扰。放大器采用运放（OPAmps） MAX495（单电源供电+2.7～+6V）。 2.2 语音识别单元 语音识别单元主要由 TSG410 和非易失性 SRAM 组成，大体构成如下图 4 所示。 语音识别功能由专用语音芯片 TSG410 完成，TSG410 是一种新颖功能齐全的语音识别集成电路。它采 用 CMOS 大规模集成电路制作工艺制造，内含除 SRAM 以外语音识别所需的全部电路，如 CPU、A/D 转换器、 ROM、语音放大器、压缩器、滤波器、振荡器及接口电路等。TSG410 具有双列直插和贴片两种封装方式， 可工作在 CPU 控制和人工控制两种模式下。语音识别的响应时间典型值日 300ms，最长不超过 600ms。 识别容量大，最多可识别 40 个字段，且分段方式灵活。为了 CPU 管理方便，将 40 个字段分成四组， 编号为 1～4，每组 10 个段。这样，第一个字段编号为 10，第二个为 11，第三个为 12…依次类推，第 40 个字段编号为 49。在操作显示时，十位数显示组号，个位数显示序号。因此，建立语音样本时，应注意显 示数字和电视机选择频率之间的换算关系，以免语音命令和控制结果对应不起来。各段功能分配如表 1 所 示。 6
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