哈工大 嵌入式 Chap2(嵌入式硬件基础)
哈尔滨工程大学函授2012级嵌入式系统习题作业
式系统习题作业某计算机指令字长为16位，指令有双操作数、单操作数和无操作数3种格式， 每个操作数字段均用6位二进制表示，该指令系统共有m条（m<16）双操作数指令，并存在无操作数指令。
若采用扩展操作码技术，那么最多还可设计出（24-m）×26-1条单操作数指令。
以下不属于网络安全控制技术的是_差错控制技术_。
“冲击波”病毒属于__蠕虫_类型的病毒，它利用Windows操作系统的RPC漏洞进行快速传播。
标准化法__确定了标准体制和标准化管理体制，规定了制定标准的对象与原则以及实施标准的要求，明确了违法行为的法律责任和处罚办法。
某开发人员不顾企业有关保守商业秘密的要求，将其参与该企业开发设计的应用软件的核心程序设计技巧和算法通过论文向社会发表，那么该开发人员的行为_侵犯了企业商业秘密权_计算机要对声音信号进行处理时，必须将它转换成为数字声音信号。
最基本的声音信号数字化方法是取样－量化法。
若量化后的每个声音样本用2个字节表示，则量化分辨率是_1/65536_。
某幅图像具有640×480个像素点，若每个像素具有8位的颜色深度，则可表示256种不同的颜色，经5:1压缩后，其图像数据需占用_ 61440（Byte）_（Byte）的存储空常见的软件开发模型有瀑布模型、演化模型、螺旋模型、喷泉模型等。
其中瀑布模型模型适用于需求明确或很少变更的项目，_喷泉模型_模型主要用来描述面向对象的软件开发过程。
软件能力成熟度模型（CMM）是目前国际上最流行、最实用的软件生产过程标准和软件企业成熟度的等级认证标准。
该模型将软件能力成熟度自低到高依次划分为初始级、可重复级、已定义级、已管理级、优化级。
从_已定义级_开始，要求企业建立基本的项目管理过程的政策和管理规程，使项目管理工作有章可循。
软件测试通常分为单元测试、组装测试、确认测试、系统测试四个阶段，_可靠性_属于确认测试阶段的活动。
11.嵌入式开发环境主要包括哪些组件？答：嵌入式系统开发需要交叉编译和在线调试的开发环境，主要包括宿主机目标机（评估电路板）基于JTAG的ICD仿真器、或调试监控软件、或在线仿真器ICE运行于宿主机的交叉编译器和链接器、以及开发工具链或软件开发环境嵌入式操作系统12、ARM核中什么寄存器用于存储PC？R13通常用来存储什么？R14通常用来存储什R15用于程序计数寄存器PC，R13通常用来做堆栈指针寄存器，R14通常用来做链接寄存器，保存函数调用的返回地址13 Boot Loader在嵌入式系统中主要起什么作用？完成哪些主要的工作？答：Boot Loader是在嵌入式系统复位启动时，操作系统内核运行前，执行的一段程序。
哈工大嵌入式操作系统课件—0 Outline
嵌入式TCP/IP原理
TCP/IP分层结构 链路层协议 802.3 网络层协议 IP 传输层协议 TCP UDP ICMP 应用层协议 HTTP、FTP 交换机、路由器工作原理
课程总结
总结嵌入式操作系统软件部分讲课内容 答疑
考察方式
1-2个随堂作业。 提交一个报告，关于嵌入式系统的原理、开发 过程、软件介绍等等。3000字左右。需要有摘 要，关键词和参考文献。 不要选择太泛的题目，例如：嵌入式系统开发 技术，嵌入式CPU选择之类的题目 选择一些更小更专的题目写，例如BusyBox使 用，嵌入式Linux文件系统分析
推荐参考资料
嵌入式系统实时概念 VxWorks程序员指南 Linux权威指南 深入理解Linux内核 Linux设备驱动程序 GUN工具手册 UNIX网络编程(第一卷)套接口API…. UNIX网络编程(第二卷)进程间通信 TCP/IP详解 嵌入式软件开发技术
嵌入式系统设计 课程
嵌入式系统概述 嵌入式操作系统原理 VxWorks操作系统原理 嵌入式Linux操作系统原理 嵌入式TCP/IP原理 课程总结
预备知识
嵌入式系统概述 案例介绍
嵌入式操作系统原理
任务/进程 操作系统内核基本知识 任务/进程调度算法 任务/进程间通信机制 中断系统
VxWorks操作系统原理
VxWorks的任务机制 VxWorks的任务间通信机制 Tornado开发环境介绍 利用Tornado开发环境的开发过程
嵌入式Linux操作系统原理
Linux操作系统命令 Linux操作系统开发环境
gcc gdb make
Linux内核与驱动程序
内核同步机制 驱动程序开发
嵌入式入门学习资料
嵌入式入门学习资料嵌入式系统是指在特定应用领域中嵌入计算机技术的各种设备，它通常包括微处理器、传感器、执行器、操作系统和应用软件等组件。
嵌入式系统越来越广泛地应用于日常生活中的智能家居、智能交通、医疗设备、工业自动化等领域。
如果您对嵌入式系统感兴趣，并希望学习相关知识，本文将为您介绍一些入门学习资料，帮助您快速入门嵌入式领域。
一、书籍推荐1.《嵌入式系统导论》（作者：王爱军）该书从嵌入式系统的基本概念开始，介绍嵌入式系统的硬件和软件组成，以及嵌入式系统的设计方法和开发流程。
书中还涵盖了如何选择嵌入式处理器、嵌入式操作系统以及嵌入式系统的通信和存储等内容。
适合初学者入门。
2.《嵌入式系统设计案例教程》（作者：寇建国）该书以嵌入式系统的设计案例为重点，全面介绍了嵌入式系统的设计过程和方法。
通过实际案例的分析和实验，读者可以了解嵌入式系统的实际应用和开发技巧。
书中还详细介绍了ARM Cortex-M系列处理器、嵌入式操作系统以及外设驱动等内容。
二、在线教程1. 哈工大教育网-嵌入式系统哈工大教育网提供了一套完整的嵌入式系统学习课程，包括基础知识、嵌入式开发工具、嵌入式操作系统、嵌入式系统设计案例等内容。
学习者可以通过在线视频课程和实验指导来深入学习嵌入式系统的相关知识和技术。
2. 慕课网-嵌入式系统开发与应用慕课网提供了一系列嵌入式系统开发与应用的视频课程。
课程内容包括ARM Cortex-M系列处理器开发、嵌入式操作系统、外设驱动等。
学习者可以根据自己的学习进度和需求选择相应的课程进行学习。
三、开发板和工具1. ArduinoArduino是一种开源的硬件平台，适合入门级学习嵌入式系统。
它提供了简单易用的开发板和开发环境，使学习者可以快速上手进行实验和项目开发。
Arduino还有大量的开源项目和社区支持，学习者可以通过参与其中来提高自己的实践能力。
2. Raspberry PiRaspberry Pi是一款广受欢迎的微型计算机，它具备强大的计算能力和丰富的接口资源。
嵌入式系统课程大纲
嵌入式系统课程大纲第一部分：课程简介嵌入式系统是现代科技领域中非常重要的一个分支。
本课程旨在介绍嵌入式系统的概念、原理和应用，并通过实际案例来培养学生的实践能力和创新思维。
本课程的大纲将详细介绍课程的目标、内容、教学方法和评估方式。
第二部分：课程目标本课程的目标主要包括以下几个方面：1. 理解嵌入式系统的基本概念和原理；2. 掌握嵌入式系统的设计和开发方法；3. 熟悉常用的嵌入式系统平台和工具；4. 培养学生的实践能力和解决问题的能力；5. 培养学生的团队协作和沟通能力。
第三部分：课程内容本课程主要包括以下几个模块：模块一：嵌入式系统基础1. 嵌入式系统概述- 嵌入式系统定义和特点- 嵌入式系统的应用领域和发展趋势2. 嵌入式系统原理- 处理器架构和指令集- 内存和外设的访问方式- 中断和异常处理机制模块二：嵌入式系统设计1. 嵌入式系统设计流程- 系统需求分析- 系统架构设计- 硬件和软件设计- 系统验证和调试2. 嵌入式系统设计方法- 硬件描述语言(HDL)的应用- 硬件/软件协同设计方法- 电路板设计和布局模块三：嵌入式系统开发1. 嵌入式系统开发工具和环境- 开发板和开发套件的选择和使用- 嵌入式操作系统的选择和配置- 开发和调试工具的使用2. 嵌入式软件开发- 嵌入式软件架构和设计- 嵌入式软件编程语言和工具- 驱动程序和应用软件的开发第四部分：教学方法1. 理论讲授：通过课堂授课介绍嵌入式系统的相关概念和原理。
2. 实践操作：通过实验和项目实践培养学生的实际操作能力。
3. 讨论互动：组织学生进行小组讨论和案例分析，促进学生之间的交流和合作。
4. 实例演示：通过真实的案例演示，展示嵌入式系统的应用和开发过程。
第五部分：评估方式1. 平时表现：包括课堂参与、作业完成情况等。
2. 实验和项目报告：学生通过完成实验和项目，并撰写实验报告和项目报告来展示实践能力。
3. 期末考试：对学生对嵌入式系统相关概念和原理的掌握程度进行考核。
哈理工(荣成)嵌入式系统复习资料
嵌入式系统：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
IP核：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。
嵌入式系统的特点：系统内核小、专用性强、系统精简、高实时性的操作系统软件、嵌入式软件开发使用多任务的操作系统、嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。
嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。
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处理器内核之间，存放的是最近一段时间处理器使用最多的程序代码和数据。
硬件层和软件层之间为中间层，也成为硬件抽象层（HAL）或板级支持包（BSP）。
系统软件层由实施多任务操作系统（RTOS）、文件系统、图形用户接口（GUI）、网络系统及通用组件模块组成。
嵌入式处理器的特点：对实施多任务操作系统具有很强的支持能力；具有功能很强的存储区保护功能；处理器结构可扩展；低功耗。
嵌入式处理器分成4类：嵌入式微处理器（MPU）、嵌入式微控制器（MCU）、嵌入式DSP 处理器（DSP）、嵌入式片上系统（SOC）。
嵌入式微控制器的典型代表是单片机。
DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器。
嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。
片上系统SOC是追求产品系统最大包容的集成器件。
目前嵌入式系统的软件主要有两大类：实时系统和分时系统。
其中实时系统又分为两类：硬实时系统和软实时系统。
硬实时系统：系统对响应时间有严格的要求，如果响应时间不能满足，这是绝对不允许的，可能会引起系统的崩溃或致命的错误。
软实时系统：系统对响应时间有要求，如果响应时间不能满足，将带来额外的代价，不过这种代价通常能够接受。
嵌入式系统技术应用领域：工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS 网络及电子商务、环境监测、机器人。
嵌入式系统课程大纲
嵌入式系统课程大纲一、课程简介嵌入式系统是以计算机技术为基础，实现特定功能的系统。
本课程旨在介绍嵌入式系统的基本原理、设计方法及开发技术。
学生将学习到嵌入式系统的硬件与软件之间的紧密集成，以及如何应用嵌入式系统解决实际问题。
二、课程目标1. 理解嵌入式系统的基本概念和设计原理；2. 掌握嵌入式系统的硬件与软件开发技术；3. 学习嵌入式系统的应用案例，并能独立完成相关项目；4. 培养学生的创新思维和问题解决能力。
三、课程内容1. 嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统定义及特点1.2 嵌入式系统发展历程1.3 嵌入式系统的应用领域2. 嵌入式系统硬件设计基础2.1 单片机概述2.2 计算机体系结构及指令集2.3 嵌入式系统的接口技术2.4 嵌入式系统的存储技术3. 嵌入式系统软件开发基础3.1 嵌入式系统软件设计流程3.2 嵌入式系统操作系统3.3 嵌入式系统的编程语言3.4 嵌入式系统的调试与测试4. 嵌入式系统的应用案例4.1 嵌入式系统在智能家居中的应用4.2 嵌入式系统在工业控制中的应用4.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用4.4 嵌入式系统在无人机中的应用五、课程评估1. 平时作业：占总成绩的20%包括课堂练习、实验报告和小型项目。
2. 期中考试：占总成绩的30%考核学生对课程知识的理解和掌握程度。
3. 期末项目：占总成绩的50%要求学生独立完成一个嵌入式系统开发项目，并提交相应的设计方案和实现报告。
六、参考教材1. 嵌入式系统设计与开发，李明著，电子工业出版社，2017年2. 嵌入式系统原理与设计，张立新著，清华大学出版社，2018年七、备注本课程将提供实验室设备供学生使用，学生可以自行选择项目开发的硬件平台和开发环境。
同时，学生也可以自愿参与相关嵌入式系统开发竞赛，以提升自己的实践能力和创新能力。
八、教学团队本课程由经验丰富的嵌入式系统开发工程师和计算机科学与技术专业教师组成的教学团队共同授课，保证教学质量和学生学习效果。
哈工大单片机教程—chap2—MCS-51单片机的硬件结构
其字节地址的末位是0H或8H可位寻址。
下面介绍SFR块中的某些寄存器。
表2-2
SFR的名称及其分布
1．堆栈指针SP
指示堆栈顶部在内部RAM块中的位置
复位后，SP中的内容为07H。
（1）保护断点
（2）现场保护 堆栈向上生长 2. 数据指针DPTR 高位字节寄存器用DPH表示，低位字节寄存器用 DPL表示。 3. I/O端口P0～P3 P0～P3分别为I/O端口P0～P3的锁存器。
(1) P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线 （低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS 型TTL负载。 (2) P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL 负载。 (3) P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8 位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。
(4) P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱 动4个LS型TTL负载。
2.4.4
位地址空间
211个（128个+83个）寻址位。位地址范围为： 00H～FFH。 内部RAM的可寻址位128个(字节地址20H～2FH)见表 2-3（P24）。
特殊功能寄存器SFR为83个可寻址位，见表2-4 （P24）。
表2-3
内部RAM的可寻址位及位地址
表2-4 SFR中的位地址分布
注意:准双向口与双向三态口的差别。 • 当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写 “1”。
• 准双向I/O口无高阻 “浮空”状态。
2.3 MCS-51的CPU 由运算器和控制器所构成 2.3.1 运算器 对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。
1．算术逻辑运算单元ALU
2．累加器A
使用最频繁的寄存器，可写为Acc。
P0口某一位的电路包括：
哈尔滨工业大学嵌入式系统课程考试知识点整理
2011年秋季嵌入式系统课程复习提纲整理人：工大A02-6068寝FuriO .CChapter 11、嵌入式系统的定义，嵌入式系统的体系结构，嵌入式系统的组成，嵌入式系统的特点。
定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可以剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、重量、功耗严格要求的专用计算机系统。
简而言之，就是含有处理器的专用软硬件系统，具有自主信息处理能力。
体系结构：硬件层->中间层->操作系统层->应用层硬件层：嵌入式处理器、储存器系统、中断控制器、定时/计时器、DMAC、UART、USB控制器、LCD控制器中间层：板级支持包操作系统层：嵌入式操作系统（文件子系统、图形子系统、网络子系统、其他应用模块）应用层：用户应用程序组成：嵌入式系统主要由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统、用户应用软件系统四部分组成。
特点：嵌入专用、综合性强、设计高效、程序固化、需要独立开发系统、生命周期长、可靠性高、成本低、资源受限、功耗低。
2、嵌入式处理器的结构：哈佛结构Vs冯诺依曼结构。
哈佛结构：将程序指令和数据分开储存结构；存储器地址独立编址、独立访问；四总线制提高吞吐率（程序、数据分别有相对独立的数据和地址总线）；取值与执行能力并行。
冯诺依曼结构：指令存储器与数据存储器一体化设计；指令地址和数据地址统一编制；高速运算时，存储传输通道有瓶颈。
3、信息存储中的大端模式，小端模式。
ARM处理器支持哪种模式？大端储存：低地址储存字数据的高字节。
小端储存：低地址储存字数据的低字节。
arm处理器支持这两种储存模式。
4、嵌入式处理器的分类及性能特点。
分类：嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器、嵌入式片上系统～微处理器：嵌入式处理器保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。
《嵌入式系统基础》课程教学大纲
嵌入式系统基础课程教学大纲（EmbeddedMicroprocessorSystem）学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：计算机科学与技术一、课程的性质、目的和任务本课程是计算机科学与技术专业本科生的一门专业选修课程。
通过本课程的学习，使学生掌握嵌入式系统的基础知识，熟悉典型的嵌入式微处理器及嵌入式操作系统，掌握嵌入式系统的一般设计方法与开发过程，具备初步的嵌入式系统的软硬件设计开发能力，为嵌入式系统的实际应用打下基础。
二、课程教学的基本要求（一）掌握嵌入式系统的基本概念、基本组成及发展、嵌入式处理器及嵌入式操作系统分类（二）掌握ARM嵌入式微处理器体系结构、ARM指令系统及ARM汇编语言（H）掌握嵌入式1inUX 操作系统内核结构及文件系统（四）掌握嵌入式系统的一般设计流程、典型开发环境及开发工具（五）掌握基于ARM嵌入式微处理器的典型接口设计（六）初步掌握基于嵌入式1inUX操作系统的软件设计三、课程的教学内容、重点和难点第一章嵌入式系统基础知识一、嵌入式系统简介二、嵌入式处理器第二章嵌入式系统一般设计方法一、嵌入式系统的层次结构二、嵌入式系统的设计流程第三章ARM处理器体系结构及指令系统一、ARM微处理器的体系结构二、指令系统三、基于ARM体系的汇编语言程序设计第四章基于ARM处理器的硬件平台设计一、基于微处理器的嵌入式系统的硬件设计二、存储系统的分析与设计三、通用I/O接口的设计第五章嵌入式1inux操作系统一、1i1IUX及其应用二、嵌入式1inux内核三、嵌入式1inUX文件系统第六章嵌入式1inux系统的Boot1oader设计一、Boot1oader的基本概念二、Boot1oader的具体实现重点：Boot1oader的基本概念难点：BOOt1Oader的具体实现第七章嵌入式1inux程序设计基础一、嵌入式1inUX开发基础二、1inUX的常用工具三、嵌入式1inUX操作系统的开发工具四、交叉开发环境重点：嵌入式1inUX操作系统的开发工具、难点：交叉开发环境第八章嵌入式1inux系统的驱动开发一、1inUX下的设备驱动程序简介二、设备驱动程序的开发过程三、典型设备驱动程序设计分析第九章嵌入式网络程序设计一、嵌入式以太网基础知识二、以太网接口设计三、1in1IX网络编程实现重点：以太网接口设计、1inUX网络编程实现难点：1inUX网络编程实现第十章嵌入式1inux图形用户界面编程一、1inux图形开发基础二、嵌入式1inIIX图形用户界面简介四、课程各教学环节要求（一）作业根据课程学习需要，安排适当课外作业。
哈工大 嵌入式系统实验指导04
while(rADCCON & 0x1); //check if Enable_start is low while(!(rADCCON & 0x8000)); //check if EC(End of Conversion) flag is high
return ( (int)rADCDAT0 & 0x3ff ); }
（二）模数转换器（ADC）实验： (1) 本实验使用 S3C2440 片内模数转换器，见图 4-1。从结构图和芯片手册 可以知道，该 ADC 模块总共有 8 个通道可以进行模拟信号的输入，分别是 AIN0、
AIN1、AIN2、AIN3、YM、YP、 XM、XP。模拟信号从任一通道输入，然后设定寄 存器中预分频器的值来确定 AD 转换器频率，最后 ADC 将模拟信号转换为数字信 号保存到 ADC 数据寄存器 0 中(ADCDAT0)，然后 ADCDAT0 中的数据可以通过中断 或查询的方式来访问。对于 ADC 的各寄存器的操作和注意事项请参阅数据芯片 手册。
具体步骤参考实验二。 (3)实验程序实现了一个用于控制读取 ADC 指定通道的值的函数： int ReadAdc(int ch)； 在对 preScaler 变量初始化之后，即可通过调用该函数来多次采集连接在 ADC 上的模拟信号值。 (5) 编译链接工程。连接实验板电源、J-link 仿真器，进行仿真调试。单 步运行程序，并改变板上滑动变阻器 W1 的阻值，观察采集到的电压数值的变化。 参考：模数转换器控制寄存器
{
int tmp, ret;
tmp = a - b; if( tmp > 0)
ret = 1; else if( tmp == 0)
ret = 0; else
嵌入式基础教程
嵌入式系统工业的主流SR。AM微控制器RO的M片上外中设断资源一般比较丰富，
适合于控制，因此称微部控件制器。 部件
部件
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用
系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、
MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。目前MCU
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• 基本概念 ——前后台系统
后台
前台
循环中调用 相应的函数完成 相应的操作，这 部分可以看成后 台行为，后台也 可以叫做任务级。 这种系统在处理 的及时性上比实 际可以做到的要 差。
中断服务程序 时
ISR
间
ISR ISR
ISR
中断服务程 序处理异步事件， 这部分可以看成 前台行为，前台 也叫中断级。时 间相关性很强的 关键操作一定是 靠中断服务程序 来保证的。
EEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一
个是机系一最列样大的的限单，度片不地机同和具 的 应有是用多存需复部种储求位件衍器相生和匹产外配看品设，部门，的功件狗每配能种置不衍及多晶部生封不振件产装少品。，的这从处样而理可减器以少内使功核单耗都片和
成本和。嵌入式微处理定器部时相件器比，微C控P制U核器的最部大I/O件特点是单片化，体积 大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前
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• 嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将 微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的 母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式 应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基 本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做 了各种增强。
《嵌入式技术基础与实践》(第二版)习题参考答案
嵌入式技术基础与实践（第二版）习题参考答案目录第1章概述习题参考答案 (1)第2章Freescale S08微控制器习题参考答案 (3)第3章第一个样例程序及工程组织习题参考答案 (5)第4章基于硬件构件的嵌入式系统开发方法习题参考答案 (8)第5章串行通信接口SCI 习题参考答案 (10)第6章GPIO的应用实例—键盘、LED与LCD 习题参考答案 (12)第7章定时器模块习题参考答案 (13)第8章串行外设接口SPI 习题参考答案 (14)第9章Flash存储器在线编程习题参考答案 (15)第10章集成电路互连总线I2C 习题参考答案 (18)第11章模数转换模块A/D 习题参考答案 (20)第12章系统开发其他模块应用习题参考答案 (21)第13章JM60的USB 2.0开发方法习题参考答案 (23)第14章DZ60的CAN总线开发方法习题参考答案 (27)第1章概述习题参考答案1．嵌入式系统的基本含义是什么？为什么说单片机是典型的嵌入式系统？答：即MCU的含义是：在一块芯片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM 等）、定时器/计数器及多种输入输出（I/O）接口的比较完整的数字处理系统。
大部分嵌入式系统以MCU为核心进行设计。
MCU从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点专门设计的，它能很好地满足应用系统的嵌入、面向测控对象、现场可靠运行等方面的要求。
因此以MCU为核心的系统是应用最广的嵌入式系统。
2．简述嵌入式系统的特点以及应用领域。
答：嵌入式系统属于计算机系统，但不单独以通用计算机的面目出现;嵌入式系统开发需要专用工具和特殊方法;使用MCU设计嵌入式系统，数据与程序空间采用不同存储介质;开发嵌入式系统涉及软件、硬件及应用领域的知识;嵌入式系统的其他特点,比如紧张的资源，较高稳定性要求，低功耗，低成本等。
一般用于工业控制，智能家电，日常电子等领域。
3．比较MCU与CPU的区别与联系。
哈工大 嵌入式系统实验指导02
实验二:GPIO输入/输出实验1．实验目的z了解Mini2440 ARM实验板的功能和使用。
z掌握J-link仿真器的用法，并能连接实验板调试程序。
z掌握GPIO外设的操作原理和编程。
2．实验设备z硬件：PC机一台Mini2440 ARM实验板一套J-link仿真器一套z软件：WindowsXP系统，Keil uVision 4.0集成开发环境3．实验内容（1）使用GPIO控制Mini2440实验板上的LED指示灯的亮/灭，使用Keil uVision的调试功能单步、全速运行程序，设置断点，打开寄存器窗口监视寄存器，观察实验板上的LED指示灯的状态。
（2）使用GPIO读取Mini2440实验板上的按键状态，观察按键输入的抖动现象。
4．实验预习要求(1)学习GPIO外设的操作原理和编程方法；(2)查阅JTAG的介绍，了解使用仿真器联机调试的原理。
5．实验步骤(1)认识Mini2440 ARM实验板。
见图2-1。
图2-1 实验板及主要功能模块图2-2 电源接口与电源开关LED 是开发中最常用的状态指示设备，本开发板具有4个用户可编程LED，它们直接与CPU 的GPIO 相连接，低电平有效(点亮)，详细电路连接关系见图2-3、图2-4。
图2-3 LED指示灯开发板总共有6个用户测试用按键，它们均从CPU 中断引脚直接引出，低电平触发，这些引脚也可以复用为GPIO和特殊功能口。
图2-4 按键输入JTAG接口是开发中最重要的接口，用途是调试，市面上常见的JLINK、ULINK，以及其他的仿真调试器，最终都是通过JTAG 接口连接的。
标准的JTAG 接口是4 线：TMS、 TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线，加上电源和地，一般总共6 条线就够了；为了方便调试，大部分仿真器还提供了一个复位信号。
见图2-5。
图2-5 JTAG接口(2)启动Keil uVision，新建一个工程ex02-1。
嵌入式系统基础教程第2版习题解答___
嵌入式系统基础教程第2版习题解答___本文档旨在介绍《嵌入式系统基础教程第2版题解答俞建新》一书的目的和内容概述。
该教程的目的是为了帮助读者更好地理解嵌入式系统的基础知识，并提供相关题的解答。
___书籍是嵌入式系统领域的专家，他在本书中结合了自己的经验和理论知识，为读者提供了一本全面而实用的题解答手册。
本书的内容涵盖了嵌入式系统的基本原理、硬件设计、软件开发、实时操作系统和嵌入式系统应用等方面。
每个章节都包含了大量的题，通过解答这些题，读者可以进一步巩固所学的知识并提升自己的实践能力。
在本文档中，将逐章介绍每个章节的主要内容和题类型。
读者可以根据自己的需求选择相应的章节进行研究和实践。
无论是学生、从业人员还是对嵌入式系统感兴趣的人，都可以从本书中获得丰富的知识和实用的经验。
希望本文档能够帮助读者更好地掌握嵌入式系统的基础知识，并在实践中取得进一步的提升和发展。
第一章：嵌入式系统概述第二章：处理器与内存第三章：外设接口与设备驱动第四章：实时操作系统第五章：嵌入式系统设计第六章：嵌入式系统应用以下章节内容继续）。
问题：什么是嵌入式系统？解答：嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它以特定的功能为目标，被嵌入到其他设备或系统中，常常包括硬件和软件的组合。
嵌入式系统通常具有实时性、可靠性和功耗低的特点，广泛应用于各个领域，如消费电子、汽车、医疗设备等。
问题：嵌入式系统的组成部分有哪些？解答：嵌入式系统主要由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等，它们负责数据的处理和交互。
软件包括操作系统、应用程序等，它们控制硬件的运行，并实现特定的功能。
问题：嵌入式系统相比通用计算机有哪些特点？解答：相比通用计算机，嵌入式系统具有以下特点：实时性要求高：嵌入式系统通常需要对任务的响应时间做出快速的反应，因此对实时性的要求较高。
可靠性要求高：嵌入式系统常用于一些关键应用领域，如交通、医疗等，因此其稳定性和可靠性要求较高。
哈工大嵌入式操作系统课件—1 嵌入式系统简介
嵌入式操作系统 - Linux
嵌入式Linux种类 - Hard Hat Linux: Monta Vista - RTLinux: New Mexico Institute of Technology - Embedix: Lineo
Agenda
嵌入式系统概述 嵌入式系统硬件基础 嵌入式系统软件基础 嵌入式系统开发过程
目标板是一个独立的开发系统，包含了引导、 操作以及开发额外软件所必须的软件。 非常适合以PC为主的高级嵌入式系统开发应 用。
独立式开发环境
宿主机/目标设备
*引导加载程序 *内核 *完整的根文件系统 *开发环境
嵌入式软件开发工具
应用软件开发： 1. Windriver公司Tornado for VxWorks 2. 嵌入式Linux的开发工具链gcc，gdb和make
在实时系统中，系统的正确性不仅仅依赖于计 算的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间 实时操作系统必须在指定的时间内对外部或内 部的事件进行响应和处理 需要高效的中断处理能力来处理异步事件和高 效的I/O能力来处理有严格时间限制的数据收 发应用
实时操作系统的性能参数
系统响应时间(System response time ) 系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间。 任务切换时间(Context-switching time) 是任务之间切换而使用的时间。 中断延迟(Interrupt latency ) 是计算机接收到中断信号到操作系统作出响 应，并转入中断服务程序的时间。
Agenda
嵌入式系统概述 嵌入式系统硬件环境 嵌入式系统软件基础 嵌入式系统开发过程
嵌入式系统原理及应用Chapter嵌入式系统绪论
哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系
通用计算机－看得见的计算机
哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系
嵌入式系统定义
●从技术的角度定义：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。
勇气号
哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系
Wearable Computing
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• 嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
前车门控 制系统 发动器控 制系统 后车门控 制系统 尾灯控制 系统 所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统
马达
座椅控制 系统
控制器 车灯 哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系
算机”。
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嵌入式系统无处不在
彼此互连
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即使远在火星
火星与地球，这一对在星空中遥 遥相望的“兄弟”，迎来6万年来 “最亲密的接触”，在2003年8 月27日这一天，火星距离地球最 近达到55756622(5千多万)公里。 面对6万年才有一次的机 会，科学家们积极行动 起来———从6月开始， 先后有欧洲的“火星快 车”、美国“勇气号” 和“机遇号”等三颗火 星探测器飞往火星，而 日本一颗本已在太空 “迷失方向”的火星探 测器也在关键时刻及时 “醒”来，开始了久违 的火星之旅。
实验系统的内容
目标平台 开发工具 嵌入式操作系统 实验项目
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ARM7开发板
PC虚拟机
•ADS集成开发环境
µC/OS-II
嵌入式系统基础教程第2版习题解答俞建新
《嵌入式系统基础教程第2版》习题和思考题解答要点提示版本：1.00版编写完成日期：2014年12月5日机械工业出版社《嵌入式系统基础教程第2版》习题和思考题解答要点提示目录目录简单说明 (1)第1章1.9节习题和思考题 (1)第2章2.5节习题和思考题 (4)第3章3.9节习题与思考题 (5)第4章4.8节习题和思考题 (8)第5章5.6节习题与思考题 (8)第6章6.11节习题与思考题 (13)第7章7.9节习题和实验题 (18)第8章8.7节习题与思考题 (20)第9章9.6节习题和思考题 (26)结束正文共31页 (31)简单说明1，从2014年4月初开始搜集资料、编写、整理、润色和修改，到2014年12月5日结束。
2，本文档给出的习题和思考题都是《嵌入式系统基础教程第2版》图书中各章最后一节段落中列出的习题和思考题。
为了描述简单起见，在文档正文中大多数情况下我们用“第2版教程”一词来代表《嵌入式系统基础教程第2版》图书。
3，对第2版教程中的大部分习题和思考题给出了解答要点提示，但是并非所有习题和思考题都是这样。
如果习题和思考题难度较大，或者需要技术成熟的开发板调试，或者需要较长时间的实验程序编写，对这样的习题和思考题我们不直接提供解答要点提示。
4，在这个文档中的插图编号我们采用“插图x-y”的形式。
其中x表示章号，y表示这一章的插图序号，例如：插图1-1、插图5-1、等。
5，本文档的编写者就是第2版教程的三名编写者，俞建新、王健、宋健建。
第1章1.9节习题和思考题习题1-1 试说明嵌入式系统和PC系统的主要差异在哪些方面？解答要点提示本道题目的解答可以从以下7个方面着手。
（1）嵌入式系统属于专用计算机系统，应用领域比较广泛，用户对象与嵌入式产品关系密切。
而PC 系统属于通用计算机系统，主要以个人用户需要为主，兼顾企业和事业单位的业务需要。
（2）嵌入式处理器的型号比较多，研发嵌入式产品时选型的余地比较大。
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1
2
3
4
5
6
Decode Execute
Fetch Decode Execute Fetch Decode Fetch
该例中用6个时钟周期执行了6条指令 所有的操作都在寄存器中（单周期执行） 指令周期数 (CPI) = 1
LDR 流水线举例
周期
操作
ADD SUB Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Data
嵌入式系统硬件部分
嵌入式系统硬件基础
RISC和CISC 冯· 诺依曼体系结构和哈佛体系结构 流水线 嵌入式微处理器体系结果 总线 高速输入输出接口 输入输出设备 存储器
CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 只包含最有用的指令，指令长度固定
PC - 8
PC - 4
Execute
PC指向正被取指的指令，而非正在执行的指令
最佳流水线
周期
操作
ADD SUB MOV AND ORR EOR CMP RSB Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Fetch Decode Execute Fetch
输出
数据 数据0 数据1 数据2
哈佛体系结构
地址 程序存储器 指令0 指令1 指令2
指令寄存器
控制器
指令
地址 数据通道 输入
数据存储器 数据0 数据1 数据2
输出
数据
CPU
流水线技术
流水线(Pipeline)技术：几个指令可以并行执行 • 提高了CPU的运行效率 • 内部信息流要求通畅流动
Add Sub Cmp 时间
PowerPC体系结构
Motorola半导体（现Freescale半导体）联合 IBM以及苹果电脑 IBM
PowerPC750 PowerPCG3 MPC MC
Motorola
X86体系结构
Intel X86体系结构 AMD最新的X86体系结构嵌入式处理器产品 为Geode 系列处理器 CISC指令集
高 速 缓 存 控 制 器
数据
CACHE 主存
CPU
地址 数据
总线和总线桥
CPU 低速设备
高速总线
桥
低速总线
存储器
高速设备
数据
键盘
ARM公司提出的AMBA总线标准
嵌入式处理器体系结构
按体系结构的不同可分为五大类
ARM MIPS POWER PC X86 SH系列
ARM11 ARMxx ARM10E ARM9E ARM9
5K和20Kc系列属于MIPS的64位内核
5K能提供1.4DMIPS/MHz的性能以及最低350MHz的运行速率。 20Kc是当今最快的可授权嵌入式处理器内核。一般运行在 600MHz，具有7段流水线的20Kc内核，能提供1.2GFLOPS的峰 值浮点运算能力。
MIPS
在嵌入式处理器市场中，基于MIPS内核的处理器 占据了相当大的数量 2002年，一共付运了8700万片采用MIPS内核的嵌 入式处理器，份额仅次于ARM位居全球第二。 在目前快速增长的比如Cable Modem、DSL Modem、 DVD录像机等领域内，MIPS的市场份额位居第一。 MIPS的合作伙伴包括了AMD，IDT，NEC，TI， SONY等众多厂商
大量复杂指令的控制逻辑不规整，不适于VLSI工艺
软硬功能分配
不利于先进指令级并行技术的采用 流水线技术
RISC基本设计思想
减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cycle
精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频 度不高的指令
采用Load/Store结构，有助于减少指令格式，统 一存储器访问方式 采用硬接线控制代替微程序控制
1
操作
BL X XX ADD SUB MOV Fetch Decode Execute
2
3
4
5
Linkret
AFetch
Fetch
Decode Execute
Fetch Decode Execute Fetch
Decode
Fetch
流水线被阻断 注意:内核运行在ARM状态
SH体系结构
SH(SuperH)系列是由前日立半导体公司（现 Renesas公司）推出的嵌入式处理器 SH系列的CPU指令格式是固定的，只有一个 字长，绝大多数指令是单周期完成的，即使 是复杂的乘加指令也仅需2个时钟周期 为了克服内存访问的瓶颈，SH的CPU简化寻 址方式，采用Load/Store(装载/存储)结构，并 且在片内设置高速缓存，以减少访问内存的 时间
EMBEDDED MICROPROCESSOR UNIT (EMPU)
Motorola
POWER PC
AMD VIA
Efficeon
Transmeta
SH5 SH4 SH3 SH2 SH1
SH/HP RISC
64 Bit
32 Bit
ARM 公司的ARM RISC处理器
ARM 7 Thumb 家族 ARM 9 Thumb 家族 ARM 10 Thumb 家族 ARM 11 Thumb 家族
MIPS RISC
MIPS
在MIPS的32位内核中
4K系列对应于SOC应用设计； M4K系列内核是为在下一代消费电子、网络、宽带应用中越 来越受欢迎的多CPU SOC所设计； 4KE系列具有目前32位通用嵌入式处理器中最高的DMIPS/MHz 性能指标； 4KS系列由于采用了特殊的SmartMIPS体系结构，特别适用于 需要安全数据传输的领域，比如网络、智能卡等；
MIPS
从1986年推出R2000处理器以来，MIPS陆续推出 R3000、R4000、R8000等。 之后,MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入 式系统。 1999年，MIPS公司发布了MIPS32和MIPS64体系结 构标准，集成了原来所有的MIPS指令集，并且增 加了许多更强大的功能。 此后MIPS公司又陆续开发了高性能、低功耗的32 位和64位处理器内核。
Intel StrongARM
StrongARM 110 StrongARM 1100 StrongARM 1110 StrongARM 1111
INTEL的Xscale架构处理器
• 基于ARM V5TE体系结构 • 兼容ARM V5TE ISA指令集（不支持浮点 指令集） • 在处理器内核周围提供了 • 指令和数据存储器管理单元 • 指令、数据和微小数据缓存 • 写缓冲、挂起缓冲和分支目标缓冲器 • 电源管理 • 性能监控 • 调试 • JTAG单元以及协处理器接口 • MAC协处理器 • 内核存储总线
取指
译码 取指
执行add 译码 取指 执行sub 译码 执行cmp
指令流水线—以ARM为例
为增加处理器指令流的速度，ARM7 系列使用3级流水线. 允许多个操作同时处理，比逐条指令执行要快。
ARM
PC
Thumb
PC
Fetch
从存储器中读取指令
PC - 4
PC-2
Decode
解码指令 寄存器读（从寄存器Bank） 移位及ALU操作 寄存器写（到寄存器Bank ）
超标量执行
超标量(Superscalar)执行：超标量CPU采用多条流水线结构
指令
取指
取指
流 水 线 1
译码1 译码2 执行1 执行2
流 水 线 2
译码1 译码2 执行1 执行2
数据回写
高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存 微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以 提高内存的平均性能。 2、高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内 容的拷贝。
典型的高性能RISC处理器
SUN公司的SPARC(1987) MIPS公司的SGI:MIPS(1986)
HP公司的PA-RISC,
IBM, Motorola公司的PowerPC
DEC、Compac公司的Alpha AXP
IBM的RS6000(1990)第一台Superscalar RISC机
ARM RISC
ARMx
ARM7 XScale
StrongARM 20Kc 64 Bit 5Kx 24K Pro 32 Bit 4Kx M4K 603e e300 e500 PPC405 IBM PPC440 186/386/ 486 Geode Nehemiah Intel
X86 MIPS RISC
可以对存储器和寄存器进行 只能对寄存器对行算术和逻辑 算术和逻辑操作 操作，Load/Store体系结构 难以用优化编译器生成高效 采用优化编译技术，生成高效 的目标代码程序 的目标代码程序
冯· 诺依曼体系结构
冯· 诺依曼体系结构