嵌入式系统复习 南京邮电大学 期末复习 答案 提纲

1.嵌入式系统定义p1

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。

2.嵌入式系统的组成结构，层次关系p4、板级支持包p6

1．硬件层

硬件层由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其它I/O接口（A/D、D/A、通用I/O等）以及电源等组成。

嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心。

2．中间层

硬件层与软件层之间为中间层，它把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。中间层一般包括：

硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）

板级支持包（Board Support Package，BSP）

3．软件层

实时操作系统（Real Time Operating System，）

文件系统

图形用户接口（Graphical User Interfaces，GUI）

网络系统

通用组件模块

RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

4．功能层

功能层由基于RTOS开发的应用程序组成，用来完成实际所需的应用功能。功

能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作时往往需要提供一个友好的人机界面。

3.嵌入式处理器的分类，有哪些典型的嵌入式处理器p8

嵌入式处理器的分类：嵌入式微控制器（MCU），嵌入式微处理器（MPU），嵌入式DSP 处理器，SoC 片上系统。

1.嵌入式微控制器(MicroController)

嵌入式微控制器又称单片机，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。

嵌入式微控制器将CPU、存储器（少量的RAM、ROM或两者都有）和其他外设封装在同一片集成电路里，因为其片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。

与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本降低、可靠性提高。

由于微控制器低廉的价格、优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，是目前嵌入式系统工业的主流。

2.嵌入式微处理器(MicroProcessorUnit)

嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。

与通用计算机处理器不同，在实际应用中，嵌入式系统将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用紧密相关的功能硬件，以满足嵌入式系统体积小、功耗低的特殊要求。

与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低和可靠性高的优点。

3.嵌入式DSP (Digital Signal Processor )

嵌入式DSP是专门用于信号处理的嵌入式芯片。

DSP处理器在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，使其适合于执行DSP 算法，因而能够对离散时间信号进行极快的处理计算，提高了编译效率和执行速度。

在数字滤波、FFT、频谱分析等方面，嵌入式DSP获得了大规模的应用。

嵌入式DSP处理器主要有两方面的应用：一方面，嵌入式DSP处理器经过单片化设计，通过在片上增加丰富的外设使之成为具有高性能DSP功能的片上系统；

另一方面，在微处理器、微控制器或片上系统中增加DSP协处理器来实现DSP运算。

4.嵌入式片上系统(System on Chip )

片上系统SoC是20世纪90年代后出现的一种新的嵌入式集成器件。

在嵌入式系统设计从“集成电路”级设计不断转向“集成系统”级设计过程中，提出了SoC的概念。

Soc追求产品系统的最大包容，已成为提高移动通信、网络、信息家电、高速计算、多媒体应用以及军用电子系统性能的核心器件。

SoC不是把系统所需要的所有集成电路简单地二次集成到一个芯片上，而是从整个系统的性能要求出发，把各层次电路器件紧密结合起来，并通过系统的软硬件协同设计，在单个芯片上实现整个系统的功能。

S oC最大的特点就是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块，满足了单片系统所要求的高密度、高速度、高性能、小体积、低电压和低功耗等指标。

4.ARM处理器模式p27、内核版本（T、D、M、I的含义）p21、内核体系架构p24、工

作状态、寄存器组织p27、CPSR p29、SPSR p29、程序状态寄存器格式p29、程序计

数器

1）ARM 微处理器支持7 种运行模式。

①用户模式（usr）：ARM 处理器正常的程序执行状态。

②快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理。

③外部中断模式（irq）：用于通用的中断处理。

④管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式。

⑤数据访问终止模式（abt）：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。

⑥系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务。

⑦未定义指令中止模式（und）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

2）内核版本（T、D、M、I的含义）:

T—支持16 位的Thumb 指令集。D—支持JTAG 片上调试。M—支持用于长乘法操作（64 位结果）的ARM指令，包含快速乘法器。I—带有嵌入式追踪宏单元ETM（Embedded Trace Macro），用来设置断点和观察点的调试硬件。

3）内核体系架构

复杂指令集CISC和精简指令集RISC

普林斯顿结构和哈佛结构

4）工作状态：

①ARM 状态（32 位，执行字对齐的32 位ARM 指令）：当操作数寄存器的状态

位【0】为0 时，执行BX 指令进入此状态，当ARM 处理器进行异常处理时，如果把PC 指针放入异常模式链接寄存器中，则程序从异常向量地址开始执行，也可以使处理器进入ARM 状态。

②Thumb 状态（16 位，执行半字对齐的16 位Thumb 指令）：当操作数寄存器的

状态位【0】为1 时，执行

BX 指令进入此状态，如果ARM 处理器在Thumb 状态进入异常，则异常处理返回时，自动切换到此模式。

5）寄存器组织：

共有37个寄存器：31个通用寄存器＋6个状态寄存器：

r0～r15：可以直接访问（可见）

r0～r14：是通用寄存器

R13：堆栈指针（sp）每种处理模式都有单独的堆栈

R1４：链接寄存器（lr）

程序计数器PC（r15）

CPSR：当前程序状态寄存器，包括代码标志和当前模式

５个SPSRs：程序状态保存寄存器，异常发生时保存CPSR 状态不分组寄存器r0～r7：

不分组意味着在所有处理器模式下，r0～r7都可被同样访问，没有体系结构所隐含的特殊用途。

分组寄存器r8～r14：

分组意味着r8～r14的访问与当前处理器的模式相关。

如果要访问r8～r14，而不依赖于当前处理器的模式，就必须使用规定的寄存器名称。

名称的形式为：r8_～r14_