嵌入式习题答案

嵌入式习题答案Last revision on 21 December 2020第一章习题答案1.什么是嵌入式系统请列举几个常见的嵌入式系统。

答：根据国际电气和电子工程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备、机器和生产线运行的装置（Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。

这主要是从产品的应用角度加以定义的，由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。

目前被我国科学家普遍认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格的专用计算机系统。

常见的嵌入式系统：手机，DVD，路由器，核磁共振仪，全自动洗衣机。

2.嵌入式系统与通用计算机有哪些区别答：(1) 以应用为中心；(2) 以计算机技术为基础(3) 软件和硬件可裁减(4) 对系统性能要求严格（5）软件的固件化（6）需要专用的开发工具3.嵌入式系统的发展分为哪几个阶段答：第一阶段：无操作系统的嵌入算法阶段。

第二阶段：以嵌入式CPU为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。

第三阶段：以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。

第四阶段：以基于Internet为标志的嵌入式系统。

4.请列举嵌入式系统的主要应用领域。

答：（1）工业控制领域（2）交通运输领域（3）消费电子产品（4）家电领域（5）通信领域（6）商业和金融领域（7）环境监测领域（8）医疗领域（9）建筑领域（10）军事国防领域（11）航天航空领域第二章习题答案1.简述简单嵌入式系统与复杂嵌入式系统的主要区别。

答：简单嵌入式系统很早就已经存在，这类嵌入式系统因为软硬件复杂度都很低，一般不使用操作系统，例如常用的单片机系统。

对于复杂的嵌入式系统，它的开发模式发生了极大的改变。

一个复杂的嵌入式系统不仅硬件系统的开发比单片机复杂了许多，更重要的是在该系统中采用了嵌入式操作系统，其应用软件的开发转变为使用操作系统标准接口的计算机工程领域的应用软件开发。

复杂嵌入式系统具有更强大的功能，但是简单的嵌入式并不会随着复杂的嵌入式系统出现而消亡。

2.简述嵌入式系统的体系结构。

答：嵌入式系统从组成上看，可分为嵌入式硬件系统与嵌入式软件系统两大部分。

嵌入式硬件层由嵌入式微处理器、嵌入式存储器系统、通用设备和I／O接口等组成。

嵌入式系统的软件层分为嵌入式操作系统和嵌入式应用软件两大部分。

3.嵌入式处理器分为哪几类答：嵌入式处理器可分为以下四种：嵌入式微控制器(MicroController Unit，MCU)，嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit，EMPU)，嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)和嵌入式片上系统(System on Chip，SoC)。

4.ARM中常用的嵌入式存储器都有哪些答：ARM系统的存储器可以分为片内存储器和片外存储器。

片内一般以RAM或SRAM 为主。

片外通常以Flash和SDRAM为主。

嵌入式系统中常用的几种内存有Flash、SRAM、SDRAM、DDRSDRAM等。

5.嵌入式系统中常用的外设接口都有哪些答：串行接口UART，USB接口，IrDA红外线接口，SPI（串行外围设备接口），I2C总线接口，CAN总线接口，Ethernet（以太网接口）等。

6.嵌入式系统中常用的输入输出设备都有哪些答：嵌入式系统中输入形式一般包括触摸屏、语音识别、按键、键盘和虚拟键盘。

输出设备主要有LCD 显示和语音输出。

7.简述嵌入式操作系统的特点，请列举几个常见的嵌入式操作系统。

答：（1）可装卸性（2）强实时性（3）统一的接口（4）强稳定性，弱交互性（5）固化代码。

常见的嵌入式操作系统有Windows CE、VxWorks、μC/OS、嵌入式linux。

8.简述嵌入式系统开发的特点。

答：需要交叉开发工具和环境，软硬件协同设计，嵌入式系统开发人员以应用专家为主，软件要求固态化存储，软件代码高质量、高可靠性，系统软件的高实时性9.简述嵌入式系统的开发周期。

答：10.简述嵌入式系统的开发与通常PC 机上的软件开发有什么区别。

答：系统软件开发模式可以分为两类：本地开发模式和交叉开发模式。

嵌入式系统的开发与通常PC 机上的软件开发有很大的区别，原有的PC机的软件开发过程从编写程序、编译和运行等过程全在同一个PC 机平台上完成，属于本地开发(native)；嵌入式开发的程序编写和编译与原来一样还在PC 机(host)上完成，但编译产生的结果要在嵌入式目标平台（target）上运行。

通常将这种在主机上开发编译，在目标平台上调试运行的开发模式称为交叉开发。

同样运行在主机上的编译器（例如GCC）编译程序产生目标机上运行的可执行程序的编译过程称为交叉编译。

嵌入式系统采用这种交叉开发、交叉编译的开发环境主要是因为嵌入式系统是种专用的计算机系统，采用量体裁衣量身定制的方法制造。

11.简述宿主机／目标机的开发模式。

答：交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境，它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机／目标机模式。

宿主机（host）一般采用一台通用计算机（如PC机或者工作站），它通过串口（Serial）或者以太网（Ethernet）接口与目标机通信。

宿主机的软硬件资源比较丰富，不但包括功能强大的操作系统（如Windows 和 Linux），而且还有各种各样优秀的开发工具（如 WindRiver 的Tornado、Microsoft的Embedded Visual C++等），能够大大提高嵌入式应用软件的开发速度和效率。

目标机（target）一般在嵌入式应用软件的开发和调试期间使用，用来区别与嵌入式系统通信的宿主机。

目标机可以是嵌入式应用软件的实际运行环境，也可以是能够替代实际运行环境的仿真系统，但软硬件资源通常都比较有限。

嵌入式系统的交叉开发环境一般包括交叉编译器、交叉调试器和系统仿真器（Emulator），其中交叉编译器用于在宿主机上生成能在目标机上运行的代码，而交叉调试器和系统仿真器则用于在宿主机与目标机间完成嵌入式软件的调试。

第三章习题答案1.简述ARM处理器的特点。

答：ARM 处理器采用R ISC架构，具有R ISC的一般特点：采用大量的寄存器，指令执行速度更快；寻址方式灵活简单，执行效率高；采用固定长度的指令格式；大多数数据操作都在寄存器中进行，通过L oad/Store 的体系结构在内存和寄存器之间传递数据。

因此ARM 处理器的内核很小，功耗也就很低。

ARM 处理器还采用了一些特别的技术，在保证高性能的同时尽量减小芯片体积，降低芯片的功耗。

这些技术包括：在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元处理和移位处理；使用地址自动增加（减少）来优化程序中循环处理；L oad/Store 指令可以批量传输数据，从而提高传输数据的效率；所有指令都可以根据前面指令执行结果，决定是否执行，以提高指令执行的效率；支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好地兼容8位/16位器件。

2.嵌入式RISC处理器ARM7TDMI中TDMI的基本含义分别是什么答：T ：支持16 位压缩指令集Thumb。

D ：支持JTAG调试器，可片上Debug。

M ：支持64位长乘法指令I：嵌入式跟踪宏单元（ICE）。

3.常用的ARM处理器系列都有哪些答：ARM 处理器目前应用比较多的是ARM7 系列、ARM9 系列、ARM9E 系列、ARM10E 系列、SecurCore 系列、Intel 的StrongARM、Xscale 等多个系列，最新的系列是ARM11系列。

4.ARM处理器一般支持的的数据类型都有哪些答：8位有符号字节类型数据；8 位无符号字节类型数据；16 位有符号半字类型数据；16 位无符号半字类型数据；32 位有符号字类型数据；32 位无符号字类型数据。

5.什么是大端模式什么是小端模式请举例说明它们的区别。

所谓的大端模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位保存在内存的低地址中。

所谓的小端模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中。

若寄存器，分别按小端模式和大端模式存储在0x2000字单元中，下图分别为在两种模式下内存的存储内容。

6. 请简述ARM7TDMI采用哪几级流水线结构，并说明在ARM状态下各阶段指令地址的关系。

答：ARM7架构采用了三级流水线，分为取指（fetch），译码(decode)和执行(execute)。

程序计数器R15（PC）总是指向取指的指令，而不是指向正在执行的指令或者正在译码的指令。

对于ARM状态下指令，PC值=当前程序执行位置。

7.简述ARM和THUMB状态的区别，举例说明使用什么指令从ARM状态转换为Thumb 状态。

答：ARM状态：处理器执行32位的字对齐的ARM指令；Thumb状态：处理器执行16位的半字对齐的Thumb指令。

ARM指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态的指令BX。

从ARM状态转换到Thumb状态：ADR R0, TSTART+ 1BX R08. ARM处理器有哪些工作模式哪些是特权模式哪些是异常模式答：ARM体系结构支持7种工作模式（Processor modes），分别为用户模式（usr）、快中断模式（fiq）、中断模式（irq）、管理模式（svc）、数据访问终止模式（abt）、系统模式（sys）、及未定义指令中止模式（und）。

除去用户模式外的其他6种处理器工作模式称为特权模式（Privileged Modes）。

除去用户模式和系统模式以外的5种处理器工作模式称为异常模式（Exception Modes）处理器共有多少个寄存器在所有工作模式下，哪些寄存器都指向同一个物理寄存器答：ARM处理器含有37个物理上独立的寄存器，其中包括31个通用寄存器和6个状态寄存器。

R0-R12寄存器在所有工作模式下都指向同一个物理寄存器。

10.简述CPSR寄存器控制位的作用。

答：（1）中断禁止位I、F：I=1 禁止IRQ中断；F=1 禁止FIQ中断。

（2）T标志位：该位反映处理器的运行状态。

当该位为1时，程序运行于Thumb状态，当该位为0时，表示运行于ARM状态。

(3) 运行模式位M[4:0]：M0、M1、M2、M3、M4是模式位。

这些位决定了处理器的运行模式。

11. ARM的异常中断包含哪些类型它们的优先级顺序是怎样的它们的异常向量地址是多少答：12. 当处理异常时，ARM内核会做哪些处理答：ARM 处理器对异常中断的响应过程如下：（1）保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位。