(嵌入式Linux系统设计)ARM体系结构
嵌入式系统设计师(基础知识、应用技术)合卷软件资格考试(中级)试卷与参考答案(2025年)
2025年软件资格考试嵌入式系统设计师(基础知识、应用技术)合卷(中级)模拟试卷(答案在后面)一、基础知识（客观选择题，75题，每题1分，共75分）1、嵌入式系统通常由哪些部分组成？（）A. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备B. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源C. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源、操作系统D. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源、网络接口2、嵌入式系统设计时，以下哪种设计方法是最常用的？（）A. 传统的模块化设计B. 面向对象的编程设计C. 面向服务的架构（SOA）设计D. 软件即服务（SaaS）设计3、在嵌入式系统设计中，下列哪个处理器架构最常用于需要高性能与低功耗特性的设备？A. X86B. MIPSC. ARMD. PowerPC4、RTOS（实时操作系统）的主要特征是什么？A. 支持多任务处理B. 提供图形界面支持C. 确保关键任务在规定时间内完成D. 具备网络通讯功能5、以下哪种编程语言通常被用于嵌入式系统开发？（）A. JavaB. CC. PythonD. JavaScript6、嵌入式系统通常由以下几个部分组成，以下哪个不是嵌入式系统的组成部分？（）A. 中央处理单元（CPU）B. 存储器C. 输入/输出接口D. 主板7、在下列存储器中，存取速度最快的是：A. 硬盘存储器B. 内存储器C. 光盘存储器D. 软盘存储器8、下面关于微处理器的叙述中，错误的是：A. 微处理器通常使用单片机集成技术制造B. 它至少具有运算和控制功能，但不具备存储功能C. Pentium处理器是当前PC机中使用的微处理器之一D. 它用作嵌入式系统的中央处理器9、嵌入式系统中的中断服务程序（ISR）通常具有哪些特点？10、以下哪个不是嵌入式系统中的实时操作系统（RTOS）的特点？11、下列哪项不属于嵌入式系统的硬件组成部分？A、微处理器B、存储器C、操作系统D、输入/输出接口12、嵌入式系统的设计过程中，功耗是一个重要的考虑因素。
ARM的十一种嵌入式操作系统
ARM的十一种嵌入式操作系统ARM的十一种嵌入式操作系统嵌入式LINUX嵌入式Linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。
Linux做嵌入式的优势，首先，Linux是开放源代码;其次，Linux的内核小、效率高，可以定制，其系统内核最小只有约134KB;第三，Linux是免费的OS,Linux还有着嵌入式操作系统所需要的很多特色，突出的就是Linux适应于多种CPU和多种硬件平台而且性能稳定，裁剪性很好，开发和使用都很容易。
同时，Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，Linux对网络中最常用的TCP/IP协议有最完备的支持。
提供了包括十兆、百兆、千兆的以太网络，以及无线网络，TokenRing(令牌环网)、光纤甚至卫星的支持。
移植步骤：1.Bootloader的移植;2.嵌入式Linux操作系统内核的移植;3.嵌入式Linux操作系统根文件系统的创建;4.电路板上外设Linux驱动程序的编写。
WinCEWinCE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，它是精简的Windows95,WinCE的图形用户界面相当出色。
WinCE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。
它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。
操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。
一般来说，一个WinCE系统包括四层结构：应用程序、WinCE内核映像、板级支持包(BSP)、硬件平台。
而基本软件平台则主要由WinCE系统内核映像(OSImage)和板卡支持包(BSP)两部分组成。
因为WinCE系统是一个软硬件紧密结合的系统，因此即使CPU处理器相同，但是如果开发板上的外围硬件不相同，这个时候还是需要修改BSP来完成一个新的BSP.因此换句话说，就是WinCE的移植过程主要是改写BSP的过程。
ARM嵌入式体系结构与接口技术
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1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的特点
（1）面向特定应用的特点，与“通用型”系统相比，满 足特定应用的特定需求 （2）嵌入式系统的硬件和软件都必须进行高效地设计， 量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更 高的性能 （3）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和 电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。
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1.1.2 嵌入式系统的体系结构
嵌入式操作系统不仅具有通用操作系统的一般功 能，如向上提供对用户的接口（如图形界面、库 函数API等），向下提供与硬件设备交互的接口（ 硬件驱动程序等），管理复杂的系统资源， 在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应 用专用性等方面，具有更加鲜明的特点
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1.1.2 嵌入式系统的体系结构
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（4）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的 软件一般都固化在存储器芯片中或单片机本身，而不是 存储于磁盘中。 （5）嵌入式开发的软件代码尤其要求高质量、高可靠性 。 （6）嵌入式系统本身不具备二次开发能力，即设计完成 后用户通常不能在该平台上直接对程序功能进行修改， 必须有一套开发工具和环境才能进行再次开发。厂家对 产品固件（Firmware）进行升级
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1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统应用随处可见，工业、军事、宇宙、通信、运 输、金融、医疗、气象、农业等领域 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机控制系统为基础， 并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成 本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统通常由特定功能模块和计算机控制模块组成， 主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统 以及用户应用软件等部分组成。它具有“嵌入性”、“专 用性”与“计算机系统”的三个基本要素。
基于嵌入式ARM-Linux的播放器的设计与实现
基于嵌入式ARM-Linux的播放器的设计与实现摘要随着21世纪的到来，人类进入了PC时代。
在这一阶段，嵌入式技术得到了飞速发展和广泛应用。
由此，本文提出了一种基于嵌入式ARM-Linux的播放器设计与实现的方案。
本文首先详细分析了ARM体系结构，研究了嵌入式Linux操作系统在ARM9微处理器的移植技术，包括交叉编译环境的建立、引导装载程序应用、移植嵌入式Linux内核及建立根文件系统，并且实现了嵌入式Linux到S3C2410开发板的移植。
由于嵌入式系统本身硬件条件的限制，常用在PC机的图形用户界面GUI系统不适合在其上运行。
为此，本文选择了Minigui作为研究对象，在对其体系结构等方面进行研究基础上，实现了Minigui到S3C2410开发板的移植，完成了嵌入式图形用户界面开发，使得系统拥有良好的操作界面。
对于播放器，本文实现了Linux系统下的通用媒体播放器—Mplayer到S3C2410开发板的移植。
通过对音频数据输出的研究，解决了Mp1ayer播放声音不正常的问题，实现了一个集音乐和视频播放于一体的嵌入式多媒体播放系统。
最后，总结了论文所做的工作，指出了嵌入式播放器所需要进一步解决和完善的问题。
关键词：嵌入式ARM-Linux； S3C2410； Mplayer； GUI界面； MiniguiPlayer Designing and Implement Based On Embedded ARM-LinuxAbstractAlong with the 21st century arrivals, the humanity enters the post PC time. In this stage, embedded technology gets rapidly developed and widely used. So, this paper aims to design a player based on embedded ARM-Linux.First, in this paper, ARM architecture and the characteristic are analyzed in detail. The emphasis of the study is put on the porting techniques of embedded Linux operation system based on the ARM9 micro-processor, which include setting cross complier、transplanting Bootloader、transplanting embedded Linux kernel and setting root file system; Furthermore, implement the technique of transplanting Embedded Linux to S3C2410 board.GUI (Graphical User Interfaces) systems which are supported by normal PCs cannot run well on the embedded systems, just because of the restriction of the hardware of embedded devices. So, this paper selects Minigui as research object. Based on the Minigui architecture and its other aspects, the technique of transplanting Minigui to S3C2410 board is given in detail, and then an embedded GUI system is established and it also makes the handle interface friendly.About the player, this paper implements transplanting the universal player on Linux－Mplayer to S3C2410 board. By learning of audio data, it solves the problem of sound abnormality, and achieves an embedded multimedia system which could play audio and video files.Key words: Embedded ARM-Linux; S3C2410; Mplayer; GUI interface; Minigui目录摘要 (I)Abstract ........................................................... I I 目录.............................................................. I II 第一章绪论.. (1)1.1系统研究背景 (1)1.1.1 多媒体播放器与嵌入式系统 (1)1.1.2 嵌入式多媒体播放器国内外发展现状 (1)1.2 嵌入式处理器 (3)1.3 嵌入式系统 (4)1.3.1嵌入式系统的概述 (4)1.3.2 嵌入式系统的选择 (5)1.4 本文的意义和主要工作 (7)第二章系统软硬件平台的搭建 (8)2.1 硬件开发平台的介绍 (8)2.1.1 核心板 (8)2.1.2 外设板 (8)2.1.3 设计所用硬件介绍 (9)2.2 硬件平台的设计方案 (9)2.2.1 核心板设计 (9)2.2.2 外设电路设计 (14)2.3 嵌入式软件开发环境 (15)2.3.1 引导装载程序 (16)2.3.2 宿主机开发环境配置 (17)2.3.3 交叉开发环境的建立 (18)2.3.4 内核的编译 (18)2.3.5 烧制内核映像和文件系统 (20)2.4 嵌入式图形用户界面的实现 (20)2.4.1 图形用户界面minigui的简介 (20)2.4.2 MiniGUI在S3C2410开发板上的移植过程 (21)第三章 Mplayer的移植 (25)3.1 Mplayer的简介 (25)3.2 Mplayer的移植 (25)3.2.1 安装交叉编译工具及解压源代码 (25)3.2.2 编译Mplayer (25)3.3 调试 (27)第四章嵌入式播放器Mplayer的设计 (31)4.1 播放器的工作流程 (31)4.2 播放器的逻辑结构 (31)4.3 Mplayer播放器的目录文件组织结构 (32)4.4 播放器对解码器和输出设备的管理方式 (34)第五章总结与展望 (36)5.1 本文主要完成的工作及结论 (36)5.2 完善与展望 (36)致谢 (37)参考文献： (38)第一章绪论1.1系统研究背景从上世纪末开始，随着计算机和电子技术的发展走上快车道，便携式电子设备，诸如智能手机，个人电子助理(PDA)的运算存储能力和通信能力都得到了长足的进步，便携式设备的用户界面也变的越来越友好，从早期的只能显示单色文字的LED，发展到现在大尺寸6万色彩色液晶屏幕。
基于ARM9的嵌入式Linux应用开发平台的分析与实现
基于ARM9的嵌入式Linux应用开发平台的分析与实现陈斌【摘要】随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高,IT行业取得了较大程度上的进步,为我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高做出重要贡献。
尤其是近几年来,信息技术、网络技术飞速发展,IT领域不断发展与升级,在这种环境之下,嵌入式系统成为IT领域的重要焦点之一。
目前状况下,行业内存在着诸多的嵌入式系统,而在这些嵌入式系统当中,Linux最为受到青睐,这主要是因为Linux具有自身的强大优势,主要表现在三个方面,分别是元代码开放、功能强大一级级易于移植等。
就目前市场状况而言,ARM9系列的嵌入式微处理器已经成为嵌入式系统首选的处理器产品,本文就在此基础之上针对基于ARM9的嵌入式Linux应用开发平台的分析与实现进行有益探讨。
【期刊名称】《佳木斯职业学院学报》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】2页(P1-2)【关键词】嵌入式系统 ARM9 Linux应用开发平台文件系统【作者】陈斌【作者单位】铁岭师范高等专科学校【正文语种】中文【中图分类】TP316.811.嵌入式系统模型图1显示的主要是嵌入式系统的模型结构：如果从物理层面的角度对其进行一定程度上的分析，可以将嵌入式计算系统理解成一个专用的电子系统，一般情况下，这一专用的电子系统都处于一个非电子系统环境之下，且这一系统环境具有一定的复杂性。
至于这两种系统的关系，可以对其进行一定程度的抽象化处理，即具有复杂性的非电子系统是嵌入式系统的外部环境，我们将其称为被嵌入的系统。
就一般状况而言，整个系统之中所包含的嵌入式系统为多个，同时，嵌入式系统能够与外界进行直接的通信。
对于嵌入式系统而言，它能够提供一个专门的服务给被嵌入系统，这一服务主要表现为两个方面：一方面，这一服务可以表现为对外界输入的响应；另一方面，这一服务也可以是对被嵌入系统或者与之相邻的嵌入式系统数据的响应。
就如现代机电控制系统，对于这一系统而言，它是一种分布式的系统，在这种系统环境之下，各个处理单元都是通过网络进行一定程度上的连接的。
ARM嵌入式LINUX应用程序设计PPT课件
嵌入式软件测试中经常用到的测试工具： ➢ 内存分析工具 ➢ 性能分析工具 ➢ 覆盖分析工具 ➢ 缺陷跟踪工具
2021/3/18
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嵌入式Linux面临的挑战
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Linux的实时 扩充性
改变Linux内核 体系结构
完善Linux的集 成开发环境
Solution
➢ 扩展 Linux 的实时 性能
向外扩展 向上扩展
页式存储管理机制 页表
硬件无关部分
进程的映射和逻辑内存的对换
硬件相关部分
为内存管理硬件提供了虚拟接口
每个进程保留一张页表，用于将本进程 空间中 的虚拟地址变换成物理地址。
2021/3/18
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进程调度
当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程，依 据每个进程的task_struct结构
交叉开 发环境
开放类型
GNU工具链
➢ 常用的交叉开发环
境主要有开放和商
业两种类型。开放 Metrowerks CodeWarrior
嵌入式系统设计教程(第2版)简答题答案.pdf
第一章嵌入式系统概论1.嵌入式系统的定义是什么？答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
2.简述嵌入式系统的主要特点。
答：（1）功耗低、体积小、具有专用性（2）实时性强、系统内核小（3）创新性和高可靠性（4）高效率的设计（5）需要开发环境和调试工具3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。
4. 简述嵌入式系统的发展趋势答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持（2）连网成为必然趋势（3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本（4）提供精巧的多媒体人机界面（5）嵌入式软件开发走向标准化5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。
嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用软件。
6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。
（2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。
（3）没有实时特点的嵌入式操作系统。
第二章嵌入式系统的基础知识1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？答：冯诺依曼体系和哈佛体系。
冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。
哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用于数据信号处理及高速数据处理的计算机。
2.在嵌入式系统中采用了哪些先进技术？答：（1）流水线技术（2）超标量执行（3）总线和总线桥3.简述基于ARM架构的总线形式答：ARM架构总线具有支持32位数据传输和32位寻址的能力，通过先进微控制器总线架构AMBA支持将CPU、存储器和外围都制作在同一个系统板中。
ARM架构
R13(SP)
R13
R13
R13_svc R13_svc R14_svc R14_svc
2-3-1 ARM状态下的寄存器组织
寄存器类别 寄存器在汇编中的名 称 用户 用户 R0(a1) R1(a2) R2(a3) R3(a4) R4(v1) R5(v2) R6(v3) 通用寄存器 和程序计数 器 R7(V4) R8(V4) R9(SB,v6) R0 R0 R1 R1 R2 R2 R3 R3 R4 R4 R5 R5 R6 R6 R7 R7 R8 R8 R9 R9 R10 R10 R11 R11 R8 R9 各模式下实际访问的寄存器 系统 系统 管理 管理 中止 中止 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8_fiq R8_fiq R9_fiq R9_fiq R10_fiq R10_fiq R11_fiq R11_fiq 未定义 未定义 中断 中断 快中断 快中断
1-4-1 常见ARM微处理器系列介绍
ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供 最佳的性能：
5级整数流水线，指令执行效率更高。 提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 支持32位的高速AMBA总线接口。 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS 等多种主流 嵌入式操作系统。 MPU支持实时操作系统。 支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。
2-1 ARM微处理器的工作状态
处理器状态: ARM9处理器内核使用V4T版本的ARM结构，具有 两种操作状态：
ARM状态：32位，这种状态下执行的是字方式的ARM指令 Thumb状态：16位，这种状态下执行半字方式的ARM指令。
ARM嵌入式体系结构与接口技术
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精品课件
ARM芯片厂商
2、PCB设计仿真阶段
需要在EDA仿真设计平台下，设计系统原理图及
PCB，并对PCB板上的信号完整性、EMI等进行
仿真，根据仿真结果来对PCB进行合理的布局布
线调整，完成PCB的设计
PCB图
ML67Q4051, ML67Q4060, ML67Q4061, ML696201, ML69Q6203
Samsung (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
S3C2410A, S3C2440A, S3C44B0X, S3C4510B,S5PC210
Sharp (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
LPC2294, LPC2364, LPC2366,, LPC2880, LPC2888, LPC3180
OKI (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
ML674000, ML674001, ML674002, ML674003, ML675001, ML675002, ML675003, ML67Q4050,
到终端用户手中
云计算的核心思想，是将大
量用网络连接的计算资源统
一管理和调度，构成一个计
算资源池向用户按需服务。
精品课件
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1.2 嵌入式系统的组成
应用 软 件
嵌 入 式操 作 系 统
硬件 设 备
嵌入式处理器
外围 设 备
图1-1 嵌入式系统结构简图
精品课件
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1.2 嵌入式系统的组成
《ARM嵌入式系统结构与编程》习题答案
1章绪论1.国内嵌入式系统行业对“嵌入式系统”的定义是什么？如何理解？答：见教材1.1节。
2.嵌入式系统是从何时产生的，简述其发展历程。
答：见教材1.1节。
3.当前最常见的源码开放的嵌入式操作系统有哪些，请举出两例，并分析其特点。
答：见教材1.2.1节的嵌入式Linux和嵌入式实时操作内核UC /OS-I 。
4.举例说明嵌入式设备在工控设备中的应用。
答：见教材1.3节的“工业控制领域”。
5.未来嵌入式技术的发展趋势有哪些？答：见教材1.4节的嵌入式技术的发展趋势。
2章ARM技术与ARM体系结构1．简述ARM处理器内核调试结构原理。
答：对教材1.2节的图2-1进行描述。
2.分析ARM7TDMI-S各字母所代表的含义。
答：参考教材2.1．2 ARM核版本命名规则说明。
3．ARM处理器的工作模式有哪几种，其中哪些为特权模式，哪些为异常模式，并指出处理器在什么情况下进入相应的模式。
ARM处理器共有7种工作模式：用户模式：非特权模式，也就是正常程序执行的模式，大部分任务在这种模式下执行。
在用户模式下，如果没异常发生，不允许应用程序自行改变处理器的工作模式，如果有异常发生，处理器会自动切换工作模式FIQ模式：也称为快速中断模式，支持高速数据传输和通道处理，当一个高优(fast)中断产生时将会进入这种模式。
IRQ模式：也称为普通中断模式，:当一个低优先级中断产生时将会进入这种模式。
在这模式下按中断的处理器方式又分为向量中断和非向量中断两种。
通常的中断处理都在IRQ 模式下进行。
SVC模式：称之为管理模式，它是一种操作系统保护模式。
当复位或软中断指令执行时处理器将进入这种模式。
中止模式：当存取异常时将会进入这种模式，用来处理存储器故障、实现虚拟存储或存储保护。
未定义指令异常模式：当执行未定义指令时会进入这种模式，主要是用来处理未定义的指令陷阱，支持硬件协处理器的软件仿真，因为未定义指令多发生在对协处理器的操作上。
ARM体系结构——ARM简介
LPC2000系列CPU的核心是ARM7，由于其C语言编译器已经考虑到了许多复杂的因素，所以作为初学者无需成为一个专家就可以使用LPC2000。但是为了能够设计出可靠的应用系统和培养学习新技术的能力，作为初学者确实需要对CPU的运作机制及其独特的性能有更加深入的理解。
在连载的文章中，我们将着眼于ARM7内核，处理器状态与模式，内部寄存器，程序状态寄存器，异常、中断及其向量表和存储系统的学习，这是成为一个应用工程师必备的基础。
ARM1136JF－S就是为了进行快速浮点运算，而在ARM1136J－S增加了向量浮点单元。
9．Xscale
Xscale处理器将Intel处理器技术和ARM体系结构融为一体，致力于为手提式通信和消费电子类设备提供理想的解决方案。并提供全性能、高性价比、低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令和集成数字信号处理（DSP）指令。
ARM926EJ－S发布于2000年，ARM9E系列为综合处理器，包括ARM926EJ－S和带有高速缓存处理器宏单元的ARM966E－S、ARM946E－S。该系列强化了数字信号处理（DSP）功能，可应用于需要DSP与微控制器结合使用的情况，将Thumb技术和DSP都扩展到ARM指令集中，并具有EmbeddedICE-RT逻辑（ARM的基于EmbeddedICE JTAG软件调试的增强版本），更好地适应了实时系统的开发需要。同时其内核在ARM9处理器内核的基础上使用了Jazelle增强技术，该技术支持一种新的Java操作状态，允许在硬件中执行Java字节码。
5．ARM7系列
ARM7TDMI是ARM公司1995年推出的第一个处理器内核，是目前用量最多的一个内核。ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI－S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充了Jazelle的ARM7EJ－S。该系列处理器提供Thumb 16位压缩指令集和EmbeddedICE JTAG软件调试方式，适合应用于更大规模的SoC设计中。其中ARM720T高速缓存处理宏单元还提供8KB缓存、读缓冲和具有内存管理功能的高性能处理器，支持Linux和Windows CE 等操作系统。
ARM嵌入式系统结构与编程习题答案 清华大学出版社 最详细版
ARM嵌入式系统结构与编程习题答案清华大学出版社最详细版arm嵌入式系统结构与编程习题答案清华大学出版社最详细版一《arm嵌入式系统结构与编程》习题答案第一章为绪论1.国内嵌入式系统行业对“嵌入式系统”的定义是什么？如何理解？答：国内嵌入式行业普遍接受的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可定制，满足应用系统在功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求的专业计算机系统。
从这个定义可以看出，嵌入式系统与应用紧密结合，具有很强的特殊性。
它必须根据实际系统需求进行合理定制和使用。
因此，嵌入式系统是“为特定的人定制的”。
2．嵌入式系统是从何时产生的，简述其发展历程。
答：从20世纪70年代单片机的出现到目前各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了30多年的发展历史。
嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。
英特尔于1971年开发了第一款4位总线结构的微处理器4004，可以说是嵌入式系统的雏形。
80年代初的8051是单片机历史上值得纪念的一页。
20世纪80年代初，出现了一种商业化的“实时操作系统内核”。
在实时内核下编写应用软件，可以加快新产品的开发速度，节约资金。
在20世纪90年代，实时内核发展为实时多任务操作系统。
进入21世纪以来，嵌入式系统得到了极大的发展。
在硬件方面，单片机的性能有了很大的提高，尤其是ARM技术的出现和改进，为嵌入式操作系统提供了强大的硬件载体，将嵌入式系统推向了一个新的阶段。
3．当前最常用的源码开放的嵌入式操作系统有哪些，请举出两例，并分析其特点。
答：主要有嵌入式linux和嵌入式实时操作内核uc/os-ii嵌入式Linux操作系统是一种针对嵌入式微控制器的特点而定制的Linux操作系统，包括通用的嵌入式通信协议和通用驱动程序，并支持多种文件系统。
它主要具有以下特点：开源、易移植、内核小、功能强大、运行稳定、效率高。
uc/os是源码工卡的实时嵌入式系统内核，主要有以下特点：源码公开，可移植性强，可固化，可剪裁，占先式，多任务，可确定性，提供系统服务等。
《ARM嵌入式Linux系统开发》PDF课件
华清远见
LINUX的移植
v 移植uboot
选择uboot版本 选择uboot支持的合适的参考板子 配置硬件相关的资源（SDRAM/DDR） 三个重要的驱动：uart，flash，ethernet
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华清远见
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嵌入式LINUX
v 工具
make arm-linux-gcc, arm-linux-ld arm-linux-g++ arm-linux-nm, arm-linux-objdump
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华清远见
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华清远见
掌握的知识
v Linux
深入的C语言能力 了解gcc、ld的原理和用法 了解Make工具的使用（包括Makefile） 了解堆栈的原理和用途 了解系统调用的原理
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强化uboot的功能 裁减rootfs 选择rootfs type（yaffs，jffs2，cramfs，ramdisk） 对flash合理分区 对flash的读写保护
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华清远见
掌握的知识
v ARM
了解arm的指令集和用法 了解arm的mmu原理 深入理解arm的cache原理 熟读需要移植的芯片手册 熟悉各种常用总线如：PCI,USB 了解abi（应用二进制接口）
5ARM体系结构
配备MMU和 最快 最高 Cache
合理
媒体播放器，产品举 例：MP3，机顶盒， iPOD，智能手机，
PAD
去除MMU， 较快 合理 备有Cache
较低
数字信号处理，产品 举例：汽车ABS系统， 路由器，交换机，航 电系统
没有存储子 系统，即不 含MMU。
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体系结构版本V3
这个体系结构版本将寻址范围扩展到了32位。 当前程序状态信息由过去存于R15中移到一个 新的当前程序状态寄存器CPSR（Current Program Status Register）中。增加了程序状态 保存寄存器SPSR（Saved Program Status Registers），以便当异常出现时保留CPSR的 内容。增加了2个指令（MRS和MSR），允许 访问新的CPSR和SPSR寄存器。
ARM状态，运行32位的ARM指令集 Thumb状态，运行16位的Thumb指令集 在任何一种工作状态可以通过转移指令切换到另一种
工作状态。 ARM和Thumb之间的状态切换不影响处理器工作模式
和寄存器中的内容。 加电起动时处理器工作在ARM状态。
2024/2/22
12
指令集压缩
对于传统的微处理器体系结构，指令和数据具有同样 的宽度。 与16位体系结构相比，32位体系结构在操纵32位数 据时呈显了更高的性能，并可更有效地寻址更大的 空间。 一般来讲，16位体系结构比32位体系结构具有更高 的代码密度，但只有近似一半的性能。
提高了T变量中ARM／Thumb之间切换的效率； 让非T变量同T变量一样，使用相同的代码生成技 术。增加了一个前导零计数（count leading zeros） 指令，该指令允许更有效的整数除法和中断优先 程序；增加了软件断点指令；为协处理器设计者 增加了更多可选择指令；对由乘法指令如何设置 标志进行了定义。
基于ARM9的嵌入式Linux应用系统设计
湖北 黄石 ４５０ ） ３０ ３
（ 石理工 学院计算机 学院 黄
摘
要 ： 入 式 系统 的 发 展 和 应 用是 现 代 信 息 社 会 的 一 个 重 要 特 征 ， 经被 用 于各 行 各 业 。 文 章 对 嵌 入 式 系统 的 基 本 嵌 已
概 念 、 理 和 基 于 Ａ Ｍ９的 嵌 入 式 Ｌ ｕ 原 Ｒ ｉ ｘ应 用 系统 的 设 计 与 开发 作 了介 绍 。 ｎ 关 键 词 ： 入 式 ； Ｉ ９ Ｌ ｕ 操 作 系统 ；３ ２ １ 嵌 Ａ￣Ｉ；ｉ ｘ ｎ ￥ Ｃ４ ０处理 器
第 １ 卷第 ３ ０ 期 ２ ０ ９月 ０８年
黄 冈 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＨ ａ ｇａ ｇＰ ｌｔ ｈ ｉ ｏ ｒａ ｕ ｎ ｇｎ ｏｙｅ ｎｃ ｏ ｃ
Ｖ（ ． ０ Ｎ ３ Ｊ １ ｏ． １
ｓｐ２０ ｅ ．０８
基于 Ａ Ｍ９的 嵌入 式 ｉｕ 用 系 设 计 Ｒ Ｌｎｘ应 统
中图分 类号 ：Ｐ ０ ． Ｔ ３２ １
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： ７ １ ２一ｌ４ （ｏ８０ —０２ —０ ６ ｏ７２ｏ ） ３ ０２ ３
ＡＲＩ ９～ ｂ ｓ ｄ ｅ ＼ 僵 ａ ｅ ｍｂｅ ｄ ｄ Ｌｉ ｕ ｐ ｉａｉｎ ｙ ｔｍ ｅ ｉｎ ｄ ｅ ｎ ｘ ａ ｐｌ ｔｏ ｓ ｓｅ ｄ ｓｇ ｃ
入式系统 的特殊要求 。
包括硬件抽 象层 ＨＡ 、 级 支持 包 Ｂ Ｐ和设 备 驱动程 序。 Ｌ板 Ｓ 嵌 入式操作 系统 包括非实时操作系统和实时操作 系统 。非 实时操作 系统 主要 是基 于非抢 占式的多用 户多任务 系统 ， 实时操作 系统是指 能在指定的或确定的时间内实现 系统功
3ARM体系结构及编程模型
第二章 ARM体系结构及编程模型
1
ARM技术的应用领域及特点
2 ARM微处理器系列 3 ARM处理器的工作状态 4 ARM处理器的工作模式 5
ARM处理器的存储器格式
6 ARM 处理器的寄存器组织 7
ARM 异常处理 1
ARM技术的应用领域及特点
ARM－Advanced RISC Machines
8
ARM微处理器系列
ARM微处理器系列
ARM7系列 系列 ARM9系列 系列 ARM9E系列 系列 ARM10E系列 系列 SecurCore系列 系列 Intel的Xscale 的 其中， 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用 、 、 和 为 个通用 处理器系列， 处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不 同应用领域的需求。 同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的 系列专门为安全要求较高的 应用而设计。 应用而设计。
5
ARM技术的应用领域及特点
ARM微处理器的特点—大量使用寄存器 大量使用寄存器
ARM 处理器共有 个寄存器，被分为若干个组，这些 处理器共有37个寄存器 被分为若干个组， 个寄存器， 寄存器包括： 寄存器包括： 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC 指针）， 个通用寄存器，包括程序计数器（ 指针）， 个通用寄存器 均为32位的寄存器 位的寄存器； 均为 位的寄存器； 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程 个状态寄存器，用以标识 个状态寄存器 的工作状态及程 序的运行状态，均为32位 序的运行状态，均为 位。
14
ARM微处理器的工作状态
ARM与THUMB
THUMB指令是ARM指令的子集 可以相互调用，只要遵循一定的调用规则 Thumb指令与ARM指令的时间效率和空间效率关系为: 存储空间约为ARM代码的60％～70％ 指令数比ARM代码多约30％～40％ 存储器为32位时ARM代码比Thumb代码快约40％ 存储器为16位时Thumb比ARM代码快约40～50％ 使用Thumb代码，存储器的功耗会降低约30％
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基于指令集体系结构的分类版本
ARM架构处理器定义了6种不同的版本：
• V1 版架构: 基本的数据处理指令（无乘法）； 字节、半字和字的Load /Store 指令；转移指 令，包括子程序调用及链接指令；软件中断指 令；寻址空间64MB（226 ）。 • V2 版架构: 在V1版上进行了扩充，例如ARM2和 ARM3架构，并增加了以下功能：乘法和乘加指 令；支持协处理器操作指令；快速中断模式； SWP/SWPB的基本存储器与寄存器交换指令；寻 址空间64MB。
基于指令集体系结构的分类版本
• V3版架构: V3架构对ARM体系结构作了较大的改 动，把寻址空间增至32位，增加了当前程序状态 寄存器CPSR和存储程序状态寄存器SPSR，以便增 强对异常情况的处理。增加了中止和未定义二种 处理模式。ARM6就是采用该版架构。 • V4版架构: 它在V3版架构上作了进一步扩充，使 ARM使用更加灵活。ARM7、ARM8、ARM9 都采用该 版结构。增加功能有符号化和半符号化半字及符 号化字节的存取指令；增加了16位的Thumb指令 集；完善了软件中断SWI指令的功能；处理器系 统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作；把 一些未使用的指令空间扑获为未定义指令。
CISC与RISC
• CISC (Complex Instruction Set Computer) 复杂指令集计算机 – 处理器在分析每一条指令之后执行一系列初级指令运算来完 成所需的功能 – 一般CISC计算机所含的指令数目至少300条以上，有的甚至 超过500条 – 采用CISC结构的计算机数据线和指令线是分时复用的，即所 谓的冯.诺依曼结构 • RISC (Riduced Instruction Set Computer) 精简指令集计算机 – 采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离，即所谓的哈佛 结构 – 计算机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高， 有利于实现超小型化
哈佛体系结构
• 哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分 开的存储器结构。 • 中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序 指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的 数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作 （通常是执行）。 • 程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和 数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的 PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是 8位宽度。
基于指令集体系结构的分类版本
• V5版架构：ARM10 和XScale都采用该版架构。新 增指令有：带有连接和交换的转移BLX指令；计 数前导零CLZ指令；BBK中断指令；增建了数字信 号处理指令；为协处理器增加了更多可选择的指 令。 • V6版架构：是在低功耗的同时，还强化了图形处 理性能，追加有效进行多媒体处理的SIMD功能。 于2002年推出，ARM11 采用该架构，具体新增加 了以下功能：THUMBTM -35% 代码压缩；DSP扩充高性能定点DSP功能；JazelleTM- Java性能优化， 可提高8倍；Media扩充-音/视频性能优化，可提 高4倍。另外还支持多微处理器内核。
课程大纲
嵌入式处理器及其体系结构
ARM处理器
XScale体系结构
PXA系列处理器
基于ARM架构的嵌入式微处理器
在多媒体技术、网络互连和开放操作系统等方面 的应用，是8位机体系结构所难以逾越的障碍，也就 正好成为选择32位嵌入式系统的主要理由。 所有的ARM芯片在内核上保持高度的兼容性，这 样在学习和开发嵌入式系统中就可以使用通用的开 发、调试工具。 目前ARM CPU内核里面都有一个Embedded ICE逻 辑模块，用于采集CPU总线信号，而对Embedded ICE 以及CPU执行单元的通信是通过扫描线来进行的，所 有的扫描线都受到测试访问控制端口（TAP）控制， 并通过芯片与JTAG接口连接，故可保持不同CPU之间 的接口控制的兼容性。调试工具只要支持TAP端口访 问，就能进行ARM的系统调试。
ARM微处理器系列产品及性能简介
1 ）系列产品分类 ARM处理器当前有5个产品系列：ARM7、ARM9、 ARM9E、ARM10和ARM11。进一步的产品来自于合作伙 伴，例如Intel Xscale微体系结构和产品。 ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10是4个通用处理器系 列。每个系列提供一套特定的性能来满足设计者对 功耗、性能和体积的需求。 ARM11是第5个产品系列，是专门为安全设备而设 计的。性能高达1.2MIPS（Xscale微体系结构），功 耗测量为μW/MHz，并且所有体系结构兼容。
基于ARM的处理器体系结构
课程大纲
嵌入式处理器及其体系结构
ARM处理器
XScale体系结构
PXA系列处理器
冯.诺依曼和哈佛体系结构
冯· 诺依曼型计算机
冯·诺依曼型计算机组成结构
• 处理器使用同一个存储 器，经由同一个总线传 输。 • 完成一条指令需要3个 步骤，即：取指令、指 令译码和执行指令 • 指令和数据共享同一总 线的结构
32位体系结构的性能优势
（3）操作系统的支持 如果某个系统需要有多任务的调度、图 形化的人机界面、文件管理系统、网络协议 等需求，那么就必须使用嵌入式操作系统。 一般复杂的操作系统在多进程管理中还需要 有硬件存储器保护单元（MPU）或管理单元 （MMU）的支持。目前ARM9以上的微处理器 均有这些支持，可运行Linux、Win CE和 VxWorks等众多操作系统。