中山大学嵌入式系统练习与参考答案

思考与练习1、 ARM7TDMI 中的T、D、M、I 的含义是什么？答：T 表示支持高密度Thumb 指令集；D 表示支持片上调试；M 表示增加了64 位乘法指令；I 表示带有EmbededICE 观察点硬件。

2、分别列举ARM 的处理器模式和状态。

答：ARM 处理器共有7 种运行模式。

分别是用户模式（User，usr），快速中断模式（FIQ ，fiq），外部中断模式（IRQ，irq），特权模式（Supervisor，svc），数据访问模式（Abort，abt），未定义指令中止模式（Undefined， und），系统模式（System，sys）。

ARM 处理器有两种状态，ARM 状态（执行32 位字方式的ARM 指令）和Thumb 状态（执行16 位半字方式的Thumb 指令）。

3、 PC 和LR 分别使用哪个寄存器？答：PC 使用了R15 寄存器。

LR 使用了R14 寄存器。

4、定义R0=0x12345678，假设使用存储指令将R0 的值放在0x4000 单元中。

如果存储器格式为大端格式可，请写出在执行加载指令将存储器0x4000 单元的内容取出存放到R2 寄存器操作后所得R2 的值。

如果存储器格式为小端格式，所得的R2 的值又为多少？低地址0x4000 单元的字节内容分别是多少？答：按大端模式将数据0x12345678 保存在地址0x4000 处，则数据高位存放在地址此时按大端模式从地址0x4000 处的1 字数据读取到R2 则其内容为0x12345678。

如果按小端模式将数据0x12345678 保存在地址0x4000 处，则数据低位存放在此时用按小端模式从地址0x4000 读取1 字数据到R2，将会得到0x12345678。

5、简单描述一下ARM7 的三级流水线，并说明其对程序设计的影响？答：ARM7TDMI 使用流水线来增加处理器指令流的速度。

这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作，能提供0.9MIPS/MHz 的指令执行速度。

三阶段流水线入图所示：ARM ThumbPC PC 取指PC-4 PC-2 译码PC-8 PC-4 执行由于ARM 采用了流水线机制，所以当正确读取了PC 的值时，并且PC 未更新时，该值通常为当前指令地址值加8 个字节；但当发生IRQ 或FIQ 时，PC 值已更新，它指向当前指令后面的第三条指令，对ARM 指令来说就是当前指令地址加12 个字节。

在程序跳转或发生中断异常时，保存到LR 寄存器中的值通常是当前指令的下一条指令。

所以编写子程序调用后返回或异常中断返回代码时就要考虑到由于流水线操作使PC 值变化而带来的问题。

6、请指出MOV 指令与LDR 指令的区别以及用途。

答：MOV 指令主要用来传送数据，比如将8 位图立即数传送到目标寄存器，而LDR 指令则是将存储的内容加载到寄存器中。

7、调用子程序是用B 还是用BL 指令？请写出之程序返回的指令。

答：B 指令可以跳转到指令中的目标地址，但是不将PC 值保存在LR 中。

而BL 在完成跳转的同时，将PC 值保存在LR 中，所以调用子程序时使用BL 指令。

返回指令：MOV PC，LR；8、请指出LDR 伪指令的用法。

指令格式与LDR 指令的区别是什么？答：LDR 伪指令可以大范围的地址读取，用于加载一个32 位的常数或者一个地址值到指定的寄存器中。

若加载的常数未超过MOV 或MVN 的范围，则使用MOV 或MVN 指令代替该LDR 伪指令，否则汇编器将常量放入文字池，并使用一条程序相对偏移的LDR 指令从文字池读出常量。

而LDR 加载指令则用于从内存中读取数据放入寄存器中。

与指令LDR 在格式上相比，伪指令LDR 的参数有“=”号。

9、 ARM 状态与Thumb 状态的切换指令是什么？答：ARM V4 版本的ARM7TDMI 内核处理器可以使用BX 指令进行状态切换。

BX 指令可以跳转到Rn 指定的地址执行程序，并根据地址来切换处理器的状态：LDR R0，ThumbFun+1BX R010、 LPC2114 可使用的外部晶振频率范围是多少？（使用/不使用PLL 功能时）答：LPC2114 在不使用PLL 功能时晶振范围为1～30MHz；使用PLL 功能时晶振范围为10～25MHz。

11、描述一下LPC2210 的p0.14、p1.20、p1.26、BOOT1 和BOOT0 引脚在复位时分别有什么作用？并简单说明LPC2000 系列ARM7 微控制器的复位处理流程？答：复位时，p0.14 的低电平强制片内引导程序装载程序控制器件的操作，即进入ISP 状态；复位时，p1.20 的低电平使p1.25～p1.26 复位后用做跟踪端口；复位时，p1.26 的低电平使p1.31～p1.26 复位后用做一个调试端口； 复位时，根据BOOT1:0 电平状态控制引导方式，如下表所示。

复位流程：系统复位时，首先进行各种配置的初始化，判断是否看门狗复位，若是则判断用户代码是否有效，若有效则执行用户代码（片内FALSH ：0x00000000）（对总线开放的LPC22XX 系列来说，还要先判断BOOT1:0 是否为11 来选择执行片外BANK0：0Vx80000000），若无效则进入ISP 服务程序；若不是看门狗复位则根据硬件配置（p1.20 和p1.26 ）选择是否把一些端口配置为跟踪调试端口，然后判断p0.14 是否为低，不为低则转去判断用户代码是否有效，为低则进入ISP 模式。

如图 1 所示。

图 1 LPC2210/2212/2214 复位处理流程12、LPC2000 系列ARM7 微控制器的向量表有何要求？（向量中的保留字）答：LPC2000 系列规定了“向量表中所有数据32 位累加和为零”作为有效用户代码条件，也就是说，只有向量表中所有数据32 位累加和为零时，用户的程序才能脱机运行。

在程序设计中，通过定义向量表中的保留字（0x00000014 地址）的值（使用DCD 指令定义），使向量表中所有32 位累加和为零（0x00000000~0x0000001C 的8 个字的机器码累加）。

13、 LPC2000 系列ARM7 微控制器片内FLASH 是多少位宽度的接口？它是通过哪个功能模块来提高FLASH 的访问速度？答： LPC 2000 系列ARM7 微控制片内FLASH 是128 位宽度的接口。

可以通过存储器加速模块（MAM）来提高FLASH 的访问速度。

14、若LPC2210 的BANK0 存储块使用32 位总线，访问BANK0 时，地址线A1、A0 是否有效？EMC 模块中的BLS0～BLS4 具有什么功能？答：若存储器配置为32 宽度，A0 和A1 不做地址线使用，可以作为GPIO 使用。

EMC 模块中的BLS0-BLS4 是字节定位选择信号，输出低电平有效，用于外扩存储器时的字节定位，扩展8 位存储器时需一位信号来定位，16 位时需BLS1：0 来定位，32 位时同时需BLS3：0 来定位。

15、LPC2000 系列ARM7 微控制器具有引脚复用特性，那么如何设置某个引脚为指定功能？答：引脚连接模块使同一个引脚可以具有多种功能，即管脚复用，通过配置相关寄存器控制多路开关来连接引脚与片内外设。

可通过配置PINSEL0 、PINSEL1 、PINSEL2 （引脚选择寄存器0、1、2）来将指定的片内外设功能映射到相关引脚，每两个寄存器位对应一个特定的器件引脚。

16、设置管脚为GPIO 功能时，如何控制某个引脚单独输入/输出？当需要知道某个引脚当前的输出状态时，是读取IOPIN 寄存器还是读取IOSET 寄存器？答：设置引脚为GPIO 功能时，通过GPIO 方向寄存器IO0DIR、IO1DIR 来控制引脚的输入/输出。

相应的位置“1”表示输出，清“0”表示输入。

当需要知道当前某个引脚的输出状态时，需要读取IOSET 寄存器。

17、LPC2114 的两个UART 是符合什么标准？哪一个UART 可用做ISP 通讯？哪一个UART 具有MODEM 接口？答： LPC2114 的两个UART 都符合16C550 工业标准。

UART0 可用做ISP 通讯，UART1 具有标准的调制解调器接口。

18、LPC2000 系列ARM7 微控制具有哪两种低功耗模式？如何降低系统的功耗？答： LPC2000 系列ARM7 微控制器支持两种节电模式：空闲模式和掉电模式。

在空闲模式下，指令的执行被挂起直到发生复位或中断为止。

外设功能在空闲模式下继续保持并可产生中断使处理器恢复运行。

空闲模式使处理器、存储器系统和相关控制器以及内部总线不再消耗功率。

在掉电模式下，振荡器关闭，这样芯片没有任何内部时钟。

处理器状态和寄存器、外设寄存器以及内部SRAM 值在掉电模式下被保持。

芯片引脚的逻辑电平保持静态。

复位或者特定的不需要时钟仍能工作的中断可终止掉电模式并使芯片恢复正常运行。

由于掉电模式使芯片所有的动作都挂起，因此芯片的功耗降低到几乎为零。

19、计算PLL 设置值假设有一个基于LPC2114 的系统，所使用的晶振为11.0592MHz 石英晶振。

请计算出最大的系统时钟（cclk）频率为多少MHz？此时PLL 的M 值和P 值各为多少？请列出计算公式，并编写设置PLL 的程序段。

答：LPC2000 系列ARM 微处理器时钟频率Fcclk 最大可以是60MHz。

倍频数：M ＝ Fcclk/Fosc ＝ 60/11.0592 ≈ 5所以CPU 时钟频率：Fcclk ＝ Fosc*M ＝ 55.296MHz ，PLLCFG[4:0]=00100 。

P 值可由P=Fcco/（cclk*2）得出，Fcco 必须在156MHz~320MHz 内。

假设取最低156MHz，P=1.4，取最高频率320MHz 时，P=2.89。

因此，同时满足条件的P 值只能是2。

所以PLLCFG[6:5]=01计算公式为 cclk=M*Fosc 即 P=Fcco/（cclk*2）。

设置PLL 的参考程序段如下所示:……LDR R0,=PLLCFGMOV R1,#0x24 ; 设置M 值为5，P 值为2STR R1,[R0]LDR R0,=PLLCONMOV R1,#0x01 ; PLLE 位置位，使能PLL 部件STR R1,[R0]LDR R0,=PLLFEED ; 使PLLCON 和PLLCFG 寄存器的更改生效MOV R1,#0xAA ; PLLFEED ＝ 0xAASTR R1,[R0]MOV R1,#0x55STR R1,[R0] ; PLLFEED ＝ 0x55WAITOK LDR R0,=PLLSTAT ; 等待PLL 锁定，即等待PLOCK 为1 LDR R1,[R0]ANDS R1,R1,#0x0400 ; 屏蔽b10 位，即PLOCK 位BEQ WAITOKLDR R0,=PLLCONMOV R1,#0x03 ; 设置PLL 连接STR R1,[R0]LDR R0,=PLLFEED ; 使PLLCON 和PLLCFG 寄存器的更改生效MOV R1,#0xAASTR R1,[R0]MOV R1,#0x55STR R1,[R0]……20、写出最小系统的定义，并画出最小系统原理框图。