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嵌入式系统课后习题.doc

发布时间：2022-06-25 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.06M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    选择 30%，填空 25%，简答 45% 第一章 1、嵌入式系统的定义： 答：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可剪裁，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、嵌入式的发展历程和发展阶段： 答:历程：简单操作系统阶段, 实时操作系统阶段, 面向 Internet 阶段。发展阶段：第一阶段 是 SCM（单片微型计算机）阶段，第二阶段是 MCU（微控制器）阶段，第三阶段是 SoC 阶段，第四阶段是以 Internet 为标志的嵌入式系统。 3、嵌入式系统的特点： 答：低成本、高实时性、采用嵌入式系统或实时系统、高可靠性、低功耗、环境适应性好、 占用系统资源少、ROM 程序存储、多处理器体系结构、特定工具和方法开发、软件固化。 4、嵌入式系统的分类： 答：1 单个微处理器、2 不带计时功能的微处理器装置、3 带计时器功能的组件、4 在制造或 控制过程中使用的计算机系统。 5、基本构成： 答：嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序。 6、嵌入式的应用： 答：工业、交通、信息家电、家庭智能管理系统、pos 网络及电子商务、环境工程与自然、 机器人。 7、嵌入式的发展趋势（作业）： 答：1 高可靠性、高稳定性 2 运行速度快、开发周期短 3 强大的扩展功能和网络运输功能。 8、学习嵌入式系统技术的目的： 答：略。 第二章 1、单片机系统与嵌入式微处理器系统在开发流程上的异同： 答：各自复杂程度不同，具体设计过程略有不同。嵌入式微处理器的基本开发流程：1 用户 需求、2 选择微处理器及硬件平台、3 选择操作系统、4 基于操作系统开发应用程序、5 测试 应用程序、6 整个系统测试、7 结束。 2、传统嵌入式系统的设计方法及缺点： 答：1 需求分析 总体设计 2 软硬分开设计 3 集成验证 4 结束 缺点：不统一、不协同、不 易发现问题、周期长、盲目性、不能综合优化。 3、软硬件协同设计的基本过程，它们与传统设计方法异同（作业）： 答：流程：1 系统描述 2 软硬件划分（成本函数） 3 协同综合 4 协同仿真与验证 比较：1 采用并行设计和协同设计的思想，提高设计效率和缩短了开发周期 2 统一的工具描述，可 合理划分系统软硬件，分配系统功能，在性能、成本、功耗等方面进行权衡折衷，获得更优 化设计 3 支持多领域专家协同开发。 4、软件的测试技术： 答：方法……工具……策略…… 第三章 选择 一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统。
    目前大部分的微处理器使用的半导体技术称为 CMOS 在嵌入式系统的存储器结构中，存储速度最快的是寄存器组。 嵌入式系统的特点：实时、技术密集、专用紧凑、安全可靠、微型化、（不可定制？、易移 植？） 嵌入式应用软件一般在宿主机上开发，在目标机运行，因此需要一个交互平台环境。 简答 1.什么是嵌入式系统？ 答：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、 功耗有严格约束的专用系统，用于实现对其它设备控制、监视和管理等功能。 2、嵌入式处理器分类（作业）： 书本答：1ARM 处理器 2PowerPC 处理器 3FPGA 4SoC 网上答：1 嵌入式微处理器(Embedded Micro- processor Unit, EMPU) 主要有 Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、Motorola 68000、MIPS、ARM 系列等。 2 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 比较有代表性的通用系列有 8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、 MC68HC05/11/12/16、68300 等。另外还 有许多半通用系列如： 支持 USB 接口的 MCU 8XC930/931、C540、C541；支持 I2C、CAN-Bus、LCD 及众多专用 MCU 和兼容系列。 3 嵌入式 DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 比较有代表性的嵌入式 DSP 处理器是 Texas Instruments 的 TMS320 系列和 Motorola 的 DSP56000 系列。 4 嵌入式片上系统(System On Chip, SOC) SOC 可以分为通用和专用两类。通用系列包括 Infineon(Siemens)的 TriCore，Motorola 的 M-Core，某些 ARM 系列器件，Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片等。专用 SOC 一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。 3、ARM 处理器的工作状态： 答：ARM 状态（32、开始）、Thumb 状态（16、子） 4、可以从哪几方面来理解 PowerPC 处理器的体系结构 答：3 个；—指令集体系结构（基本的用户指令集、用户级寄存器、数据类型以及寻址方式）、 虚环境体系结构（模型、附加指令、定时控制装置）、操作环境体系结构（存储器管理结构、 监控级存储器和异常模型）。 5、简述 FPGA 的结构资源（作业）： 答：包括硬件资源、软件资源和 IP 核资源。硬件资源：1 输入输出引脚资源(I\O) 2 内部资 源 软件资源：设计输入工具、编译和综合工具、仿真工具 3IP 核资源（知识产权） 6、简述 SoC 设计方法学 答：传统：逻辑设计与物理实现分开；新：软硬件协同、IP 核生成及复用技术、超声亚微 米设计 7、简述使用多处理器结构需要考虑的几个问题（作业） 书上答：1 节点间的通信方式（分基于内存访问方式和基于消息的访问方式） 2 任务调度策 略（静态、动态） 3Cache 一致性问题（Cache 是为了协调处理机和存储器速度不匹配问题。 共享存储数据、进程迁移和 IO 传输会出现 Cache 不一致问题。—）两种协议机制：监听协 议和基于目录的协议） 4 系统的异构性问题。 网上答：1 处理器功能满足需求，取决于片上资源 2 价格便宜 3 速度够快 4 功耗够低 5 生产 方便 6 供货持久（取决于供应商）7 易于开发（取决于开发工具）。 必考：ARM 内核命名规则如 ARM7TDMI：T 支持 16 位压缩指令集 Thumb D 对调试的支
    持 Debug M 内嵌硬件乘法器（32x32=64 或 32x32+64=64） I 嵌入 ICE 仿真器，支持丄断 点和调试点 ARM926 EJ-S E DSP 指令集 J Java 指令集 S 可逻辑综合软内核 F 带向量浮 点协运算。 第四章 选择 存储元件：1 位二进制信息。存储单元指：由若干存储元件组成，存放一个字节的所有存储 元集合。 存储周期是指存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔。 和外存储器相比，内存的特点是容量小、速度快、成本高。 某存储器容量位 32x16 位，则地址线为 15 根、数据线为 16 根。容量表示：字节数如 128MB、 字数 x 字长如 128kx16 半导体存储器 双极型 MOS 型 （随机存取存储器 RAM） 静态存储器 SRAM 动态存储器 DRAM 用双稳态触发器：不断 速度快、集成低、价格 MOS（晶体管极）电容： 集成高、速度慢 电不消失 贵 要不断给电容充电 主存和 CPU 间增加高速缓冲存储器的目的是解决 CPU 和主存间的速度匹配问题。 填空 SRAM 靠双稳态触发器存储信息，DRAM 靠 MOS 电容存储电荷存储信息。 DRAM 的刷新一般有集中、分散和异步刷新方式，刷新的原因是电容存在漏电。（读写保持 状态和刷新状态）。 三级结构：高速缓冲存储器——主存（内存）——辅存（外存） 主存可和 CPU、缓存和外存交换信息，外存可以和辅存交换信息，高速缓存可以和 CPU、 主存交换信息。 缓存是设在 CPU 和主存之间的一种存储器，速度快、容量和价格有关。 存储时间由快到慢排列：通用寄存器组、高速缓存、主存、磁盘、磁带。 简答 1、解释概念： RAM 随机存取存储器 ROM 只读存储器 PROM 一次可编程存储器 EPROM （光）可擦除可编程存储器 EEPROM 电擦除电可编程只读存储器 FLASH（闪存） 集 EPROM 和 EEPROM 优点。 2、解释名词：存储元件 存储单元 存储单元地址：存储字： 3、存储器的主要功能是什么？如何衡量存储器的性能？ 答：功能：记忆功能，用来存储程序和数据，是构成嵌入式系统硬件的重要组成部分。性能： 1 存储容量 2 存取速度 3 价格 4 功耗 5 可靠性。 4、为什么把存储器分成若干不同的层次？主要有哪些层次？有什么联系（作业）？
    答：层次划分：存储器层次结构的出现，根本原因在于程序本身的局部性。程序的局部性， 即在任一短暂的时间内，程序对存储器的访问往往集中在小的存储区内。程序访问的局部性 表现为三种情况：时间局部性、空间局部性、顺序局部性。为了提高整体性能，需要由多个 速度、容量和价格不同的存储器用硬件、软件相结合的方法连接起来组成的一个系统，从而 提供最佳的性能。层次：主存、辅存、缓存。关系：关系图描述略。 5、试比较 SRAM 和 DRAM 答：如上图略。 6、试比较 RAM 和 ROM 答：略。RAM：可读可写、读写时间一样 位置无关、用作主存或高速缓存；ROM 只读不 写、存放不变内容如系统程序及子程序，函数发生器 控制存储器 微程序控制器。 7、存储芯片内的译码方式有几种？试分析它们各自的特点及应用场合 答：地址译码的单译码和双译码？ 8、简述主存的读写过程 网上答：主存与 CPU 之间的硬连接：主存与 CPU 的硬连接有三组连线：地址总线（AB）、 数据总线（DB）和控制总线（CB）。把主存看作一个黑盒子，存储器地址寄存器（MAR） 和存储器数据寄存器（MDR）是主存和 CPU 之间的接口。MAR 可以接收由程序计数器（PC） 的指令地址或来自运算器的操作数的地址，以确定要访问的单元。MDR 是向主存写入数据 或从主存读出数据的缓冲部件。MAR 和 MDR 从功能上看属于主存，但通常放在 CPU 内 CPU 对主存的基本操作：CPU 对主存进行读写操作时 ，首先 CPU 在地址总线上给出地址 信号，然后发出相应的读写命令，并在数据总线上交换信息。读写基本操作如下： 读：读操作是指从 CPU 送来的地址所指定的存储单元中取出信息，再送给 CPU，其操 作过程如下： 地址——>MAR——ABCPU 将地址信号送至地址总线 ReadCPU 发读命令 WaitForMFC 等待存储器工作完成信号 M(MAR)——>DB——>MDR 读出信息经数据总线至 CPU 写：写操作是指将要写入的信息存入 CPU 所指定的存储单元中，其操作过程是： 地址——>MAR——>ABCPU 将地址信号送至地址总线 数据——>MDR——>DBCPU 将要写入的数据送至数据总线 WriteCPU 发写命令 WaitForMFC 等待存储器工作完成信号 CPU 与主存之间的速度匹配：同步存储器读取和异步存储器读取。 异步存储器读取：CPU 和主存间没有统一的时钟，由主存工作完成信号（MFC）通知 CPU“主存工作已完成” 同步存储器读取：CPU 和主存采用统一时钟，同步工作，因为主存速度较慢，所以 CPU 与之配合必须放慢速度，在这种存储器中，不需要主存工作完成信号。 9、嵌入式系统 Cache 主要有哪些特点？为什么说其功耗设计非常重要？（作业） 答：结构特点：1 容量相对较小 2 组相联 Cache 3 分离 Cache。 (1) A、Cache 是一种容量小、速度快的存储器阵列。它位于主存和嵌入式微处理器内核 之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。 B、组相联 Cache。嵌入式系统 Cache 容量有限，为了提高命中率，需要使用组相联 Cache 结构，而直接映射 Cache 失效率太高，全相联 Cache 硬件代价太大。 C、分离 Cache。支持数据 Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和数据处理能力。 D、Cache 的主要目标就是：减小存储器（如主存和辅助存储器）给微处理器内核造成
    的存储器访问瓶颈，使处理速度更快，实时性更强。 (2) Cache 作为 CPU 和主存之间的重要桥梁，在计算机系统的性能优化中发挥了重要 的作用，但它占据了大量的芯片面积，也消耗了大量的能量，由于功耗是衡量嵌入式非常重 要 的 指 标 之 一 ， 而 Cache 占 据 微 处 理 器 面 积 的 30%~60% ， 能 耗 则 占 整 个 芯 片 能 耗 的 16%~43%，因此，Cache 的低功耗设计对系统的性能和能耗具有重大的影响。 10、嵌入式系统的存储器主要有哪几部分构成？如何选择不同的存储器？ 答：构成：？？分类：高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器、其他功能存储器。选择： 遵循基本原则：需要考虑一些设计参数，包括微控制器的选择、电压范围、电池寿命、读写 速度、存储器尺寸、存储器特性、擦写的耐久性以及系统总成本等。 第五章 1、键盘按键如何被嵌入式处理器获知？ 答：处理器通过轮询或中断的方式，即周期性检测键盘控制器的 KEY 引脚或直接由 KEY 引脚引发中断，键盘的按键的值存储在键盘控制器的寄存器中，该控制器具有自动完成按键 扫描、译码和去抖动功能。 2、触摸屏电路获得真实的坐标值吗？ 答：否。电路获得的是与坐标相关的值，真实的坐标值还要通过程序进行转换。 3、什么是 LED？他有哪几种类型？ 答:半导体发光器件。包括：发光二极管、数码管、符号管、米字管、点阵显示屏 4、LCD 如何显示一个像素点？ 答：一个像素的显示状态由该液晶单元所加的电压控制。 5、什么是嵌入式产品的扩充接口？列举 PDA 扩充接口的类型 答：PDA：PCMCIA、CF、SD、MS 6、电源考虑 答：智能管理设备、智能电池系统 7、I2C 总线使用仲裁器吗？如何解决多个设备同时发送的冲突？ 答：使用。仲裁原则：发送电平与 SDL 总线电平不符则关闭；两层次，先地址位比较，同 从器件，数据位比较。 8、I2S 基本时序特点 答：？？？ 9、CAN 历史、适用及传输原理 答： 10、802.3 的介质类型 答： 11、ECP、EPP 属于什么类型的接口？（作业） 答：ECP 口(Extended Capabilities Port)：扩展并行口，EPP 口(Enhanced Parallel Port)：增强 并行口 12、何谓 UART？用于哪种协议？（作业） 答：UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步接收/发送装置)是一种通用 串行数据总线，用于异步通信。 13、RS-423、RS-485 的定义 答： 14、USB 接口电气定义 答：
    15、IEEE394、USB 的异同 答：同：为通用外接设备接口、能快速大量数据传输、连接多个不同设备、支持热插拔、不 用外部电源。异：传输速率不同、连接方式不同、智能化不同。 16、红外线接口模块与蓝牙接口模块的区别 答： 17、ISM 频带？ 答： 18、WLAN 有几种类型？ 答： 19、GPRS（2.5G）、CDMA、3G 定义 答： 20、嵌入式最小系统的构成、扩展方式、常用扩展芯片类型？ 答：最小系统：1 处理器 2 内存 3 时钟 4 电源和复位 扩展方式：1 内部模块扩展 2 总线扩 展 3GPIO 扩展 扩展芯片类型：内存类、通信类、其它类 21、AHB、APB 属于什么类型总线？ 答： 22、同步总线协议、异步总线协议？ 答： 23、IO 接口的组成、功能、编址方式？ 答：功能：1 数据缓冲和锁存功能 2 信号转换功能 3 数据格式变换功能 4 接受和执行 CPU 命令功能 5 设备选择功能 6 中断管理功能 编址方式：存储器映像法和 IO 地址法。 24、什么是 DMA？它的传输过程？ 答：DMA：直接内存访问 用权 3 得到使用权 4 重复传输数据并检查是否传完 5 释放总线控制权 25、什么是中断、异常？它们的处理过程？（作业） 答： 26、如何编制外设接口的驱动程序？（作业） 答： 过程：1 微处理器将数据移动的信息告诉 DMA 2 请求总线使 第六章 1、简述嵌入式操作系统的发展历史 答：1 无操作系统的嵌入算法阶段 2 简单监控的实时操作系统阶段 3 通用的嵌入式实时操 作系统阶段 2、嵌入式操作系统的特点 答：1 小巧 2 实时性 3 可装卸 4 固化代码 5 弱交互性 6 强稳定性 7 统一的接口 3、什么是嵌入式实时操作系统？ 答： 4、嵌入式实时操作系统的发展趋势是什么？ 答：1 正向实时超微内核开放发展 2 开放环境正向开放的、集成化的方向发展。 5、分别列举 2~3 种典型的嵌入式操作系统，并说明其主要应用领域？（作业） 答： 6、在进行嵌入式操作系统选择时，主要考虑哪些因素？ 答：1 市场进入时间 2 可移植性 3 可利用资源 4 系统定制能力 5 成本 6 中文内核支持。 7、uCLinux 系统采用哪种小型化方法？
    答:1 内核加载方式方面 2 文件系统方面 3 应用程序方面 8、WinCE 6.0 有哪些新的特点？ 答：1 同时运行进程数上升到 32 000 个 2 每个进程拥有 2G 虚拟内存 3 移除了共享内存空 间 4 开放工具有大的变化 5 用户态与内核态意义的转变 6 提供了对 VOIP 支持 7 100%共 享 WinCE 6.0 内核源代码 8 功能更强的模拟器 9 提供其它支持。
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