嵌入式ARM期末考试试卷及复习题

一、填空题(请将答案填入题后括号中)：共10小题，每小题2分，满分20分。

1、一般而言，嵌入式系统的构架可以分为4个部分：分别是（处理器）、存储器、输入/输出和软件，一般软件亦分为操作系统相关和（应用软件）两个主要部分。

2、根据嵌入式系统使用的微处理器，可以将嵌入式系统分为嵌入式微控制器，（嵌入式微处理器），（嵌入式DSP 处理器）以及片上系统。

3、操作系统是联接硬件与应用程序的系统程序，其基本功能有（进程管理）、进程间通信、（内存管理）、I/O 资源管理。

4、从嵌入式操作系统特点可以将嵌入式操作系统分为（实时操作系统）和分时操作系统，其中实时系统亦可分为（硬实时操作系统）和软实时系统。

5、内核负责管理各个任务，或者为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的（通信），内核的基本服务是（任务切换）。

6、嵌入式开发一般采用（宿主机/目标机）方式，其中宿主机一般是指（PC机/台式机）。

7、哈佛体系结构数据空间和地址空间（分开），ARM7TDMI采用（冯诺依曼体系）的内核架构,ARM920T采用（哈佛）的内核架构。

8. ARM7TDMI采用（3 ）级流水线结构，ARM920TDMI采用（5）级流水线。

9 .按操作系统的分类可知，Dos操作系统属于顺序执行操作系统，Unix操作系统属于（分时）操作系统，VxWorks 属于（实时嵌入式）操作系统。

10、ARM7TDMI中，T表示支持16位Thumb指令集，D表示（在片可调试），M表示内嵌乘法器Multiplier，I表示（嵌入式ICE ），支持在线断点和调试。

二、选择题(请将答案填入题后括号中)：共10小题，每小题2分，满分20分。

1、要使CPU能够正常工作，下列哪个条件不是处理器必须满足的。

（ D ）
(A) 处理器的编译器能够产生可重入代码（B）在程序中可以找开或者关闭中断
(C) 处理器支持中断，并且能产生定时中断（D）有大量的存储空间
2、下面哪种操作系统最方便移植到嵌入式设备中。

（ D ）
(A) DOS （B）unix (C) Windows xp （D）linux
3、下面哪个选项不是SUB设备的特点。

（ B ）
(A) 串行通信方式（B）不可热拨插
(C) 分HOST、DEVICE和HUB （D）通信速率比RS232快
4、下面哪种嵌入式操作系统很少用于手机终端设备上。

（ C ）
(A) Symbian （B）WinCE (C) uc/os （D）linux
5、以下哪项关于SRAM和DRAM的区别是不对。

（ A ）
(A) SRAM比DRAM慢（B）SRAM比DRAM耗电多
(C) DRAM存储密度比SRAM高得多（D）DRM需要周期性刷新
6、uc/os操作系统不包含以下哪几种状态。

（ C ）
(A) 运行（B）挂起 (C) 退出（D）休眠
7、0x07&0x11的运算结果是。

（ A ）
(A) 0x01 （B）0x11 (C) 0x17 （D）0x07
8、以下哪种方式不是uc/os操作系统中任务之间通信方式。

（ C ）
(A) 信号量（B）消息队列 (C) 邮件（D）邮箱
9、以下哪种方式不是文件系统的格式。

（ B ）
(A) FAT （B）DOS (C) NTFS （D）Ext
10、在将uc/os操作系统移植到ARM处理器上时，以下哪些文件不需要修改。

（ A ）
(A) OS_CORE.C （B）include.h (C) OS_CPU.H （D）OSTaskInit
2. 下面哪点不是嵌入式操作系统的特点。

( C )
A. 内核精简
B. 专用性强
C. 功能强大
D. 高实时性
4. 在嵌入式ARM处理器中，下面哪种中断方式优先级最高。

( A )
A. Reset
B. 数据中止
C. FIQ
D. IRQ
5. NAND FLASH和NOR FLASH的区别正确的是。

( D )
A. NOR的读速度比NAND稍慢一些
B. NAND的写入速度比NOR慢很多
C. NAND的擦除速度远比NOR的慢
D.大多数写入操作需要先进行擦除操作
三、判断题：共5小题，每小题2分，满分10分。

1、所有的电子设备都属于嵌入式设备。

（×）
2、冯诺依曼体系将被哈佛总线所取代。

（×）
3、嵌入式linux操作系统属于免费的操作系统。

（√）
4、移植操作系统时需要修改操作系统中与处理器直接相关的程序。

（√）
5、USB2.0的最大通信速率为12M/S。

（×）
简答题：共2小题，每小题10分，满分20分。

1、根据嵌入式系统的特点，写出嵌入式系统的定义。

以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁减、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

2、试分析实时操作系统的工作状态特点及相互之间的转换。

运行：获得CPU的控制权；
就绪：进入任务等待队列，通过调度中转为运行状态；
挂起：任务发生阻塞，称出任务等待队列，等待系统实时事件的发生而被唤醒，从而转为就绪或者运行；
休眠：任务完成或者错误等原因被清除的任务，也可以认为是系统中不存在的任务。

3、写出uc/os操作系统在某一任务正在执行时发生中断的处理过程。

中断现有程序-保护现场-执行中断服务程序-判断当前程序优先级或是否允许任务调度—(否)执行原来程序(是)执行更高优先级任务-返回
四、分析计算题：共2小题，每小题10分，满分20分。

1、试写抢占式和非抢占式的区别。

执行的过程中对中断处理方式不一样，抢先式：某一中断执行完成后，如果有更高优先级的任务处于就绪状态，将执行更高优先级任务，而非抢占式不一样，一个任务只有主动放弃CPU的控制权，其它任务才能够获得CPU的控制权。

2、从嵌入式系统底层到上层应用软件，试分析嵌入式计算系统的组成主要分为哪几个部分，并写出各部分所完成的功能。

(1)硬件层；(2)中间层(嵌入式系统初始化，硬件相关的驱动程序)；(3)软件层(操作系统、文件系统、GUI，网络及通用组件)；(4)功能层。

五、专业名词解释(写出以下英文简写对应的中文名称)：共5小题，每小题2分，满分10分。

（1）RTOS 实时操作系统（2）CISC 复杂指令集（ 3）Kernel 内核
（4）Scheduler 调度（5）non-preemptive 非抢占式
1、简述优先级倒置产生的条件、现象以及解决方案。

答：条件：基于优先级抢先式的任务调度、资源共享。

（
现象：低优先级任务L和高优先级任务H共享资源，在任务L占有共享资源之后，任务H就绪，但这时任务H 必须等待任务L完成对共享资源的操作。

在任务L完成对共享资源的操作之前，任务M也已就绪并将抢先任务L运行。

在任务M运行时，系统中具有最高优先级的任务H仍然保持挂起状态。

解决方案：优先级继承、优先级天花板。

2、I/O接口电路数据传送方式有：查询、中断、DMA、I/O通道和I/O处理机方式。

3、从模块结构来看，嵌入式系统由三大部分组成，分别是：硬件、软件和开发平台。

4、嵌入式系统的设计过程包括：需求分析、规格说明、体系结构设计、构件设计、系统集成和系统测试。

5、RAM存储器有两种，分别是：SRMA和DRAM。

6、谈一谈嵌入式系统的发展趋势（列出五个趋势以上）。

答：产品种类不断丰富；应用范围不断普及；性能不断提高；功耗不断降低，体积不断缩小；网络化、智能化程度不断提高；软件成为影响价格的主要因素。

7、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
8. 请描述建立一个嵌入式开发平台的步骤。

（13分）
答：(1)连接主机和目标板
（2）使用flash工具烧写bootloader
(3)配置并启动主机的bootp服务
（4）配置并启动主机的tftp服务
（5）使用tftp下载内核及根文件系统镜像到目标板，重启目标板
（6）配置并启动NFS服务
（7）在目标板使用mount挂载主机的目录
（8）再次使用bootp命令确认bootp服务是否建立，使用tftp命令确认tftp服务建立。

（9）将内核镜像和根文件系统cp到tftp根目录。

（10）重启目标板，确认嵌入式linux正常启动。

1.什么是嵌入式系统？其特点有些什么？
答：嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

”
特点：1）是专用的计算机系统，用于特定的任务；
2）资源较少，可以裁减；
3) 功耗低，体积小，集成度高，成本低;
4）使用实时操作系统；
5) 可靠性要求更高，具有系统测试和可靠性评估体系;
6）运行环境差异大
7）大部分程序固化在 ROM中；
8) 较长的生命周期；
9）嵌入式微处理器通常包含专用调试电路
2.嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么？
答：BootLoader是系统加电后、操作系统内核或用户应用程序运行之前，首先必须运行的一段程序代码。

通过这段程序,为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。

（对于嵌入式系统来说，有的使用操作系统，也有的不使用操作系统，但在系统启动时都必须运行BootLoader，为系统运行准备好软硬件环境。

）3.目前嵌入式操作系统有哪些？
答：1）µC/OS-II 嵌入式操作系统内核；2）VxWorks嵌入式实时操作系统；3）WinCE操作系统；4）Linux操作系统；5）Symbian操作系统
4.构造嵌入式开发环境有哪几种形式？
答：1）交叉开发环境；2）软件模拟环境；3)评估电路板
5.嵌入式系统开发的基本流程?
答：1）系统定义与需求分析；
2）系统设计方案的初步确立；
3）初步设计方案性价比评估与方案评审论证；
4）完善初步方案、初步方案实施；
5）软硬件集成测试；
6）系统功能性能测试及可靠性测试。

6.什么是可编程片上系统？
答：用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统SOPC.它是一种特殊的嵌入式系统，首先它是SOC，即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能，具有一般SOC基本属性；其次，它又具备软硬件在系统可编程的功能，是可编程系统，具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。

7.有时要使用Thumb技术的原因
答：（Thumb指令集是把32位的ARM指令集的一个子集重新编码后形成的一个特殊的16位指令集。

）在性能和代码大小之间取得平衡，在需要较低的存储代码时采用Thumb指令系统用Thumb指令编写最小代码量的程序（能够很好的解决代码长度的问题），却取得以ARM代码执行的最好性能，可以带来低功耗,小体积,低成本。

8.ARM处理器的工作模式有哪几种？
答：1）正常用户模式（usr）；
2）快速中断模式（fiq）；
3）普通中断模式（irq）；
4）操作系统保护模式（svc）或管理模式；
5）数据访问中止模式（abt）；
6）处理未定义指令的未定义模式（und）；
7）运行特权级的操作系统任务的系统模式（sys）。

9.寄存器R13，R14，R15的专用功能各是什么？
答：1）寄存器R13保存堆栈指针SP；2）寄存器R14用作子程序链接寄存器，也称为LR ，用以保存返回地址；
3）R15（PC）用作程序计数器。

10.寄存器CPSR，SPSR的功能各是什么？
答：1）CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息。

所有处理器模式下都可以访问当前的程序状态寄存器CPSR。

2）在每种异常模式下都有一个对应的物理寄存器——程序状态保存寄存器SPSR。

当异常出现时，SPSR用于保存CPSR的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。

11.ARM的异常有哪几种，各进入何种工作模式？他们退出各采用什么指令？
答：1）复位（Reset）异常（管理模式）；
2）未定义指令（undefined instruction）异常（未定义模式）；
3）软件中断（SWI）异常（管理模式）；
4）指令预取中止（Prefech Abort）异常（中止模式）；
5）数据访问中止（Data Abort）（中止模式）；
6）快速中断请求（FIQ）（FIQ模式）；
7）外部中断请求（IRQ）（IRQ模式）。

异常返回指令：1）SWI，未定义的返回：MOVS PC,R14；2）IRQ,FIQ,预取中止的返回：SUBS PC,R14,#4；3）数据中止返回并重新存取：SUBS PC,R14,#8
异常中断的优先级：复位（最高优先级）--> 数据异常中止--->FIQ --> IRQ--->预取指异常中止--->SWI---->未定义指令（包括缺协处理器）。

12.什么是小端和大端存储器组织？
答：1)小端存储器组织是较高的有效字节存放在较高的存储器地址，较低的有效字节存放在较低的存储器地址（同同小）。

2) 大端存储器组织是较高的有效字节存放在较低的存储器地址，较低的有效字节存放在较高的存储器地址（正反大）。

13.什么是数据的边界对齐？
答：默认情况下，ADS编译器使用的是数据类型的自然边界对其方式。

数据的自然对其方式是指：如果该数据类型是n个字节的，那么该数据类型就按n字节对齐。

14.ARM核现在有哪几种？
答：ARM7、 ARM9、ARM9E 、ARM10E,、SecurCore 、ARM11
15.ARM的寻址方式有哪些？各写一条说明。

答：1）立即寻址（1） ADD R0，R0，＃1 /*R0←R0＋1*/
（2）ADD R0，R0，＃0x3f /*R0←R0＋0x3f*/；
2）寄存器寻址（ADD R0，R1，R2 /*R0←R1＋R2*/）；
3）寄存器间接寻址（1）、LDR R0，[R1] /*R0←[R1]*/；
（2）STR R0，[R1] /*[R1]←R0*/；
4）基址加偏址寻址（1）、LDR R0，[R1，＃4]；R0←[R1＋4]；
（2）、LDR R0，[R1，＃4]！；R0←[R1＋4]、R1←R1＋4；
（3）、LDR R0，[R1] ，＃4；R0←[R1]、R1←R1＋4
5）堆栈寻址（1）、 STMFD SP! {R1-R7,LR}；
（2）、LDMFD SP! {R1-R7,LR}；
6）块拷贝寻址（1）、LDMIA R0!, {R2-R9}；（2）、STMIA R1,{R2,R9}；
7）相对寻址
16.在ARM的立即寻址方式下其立即数如何在指令编码中表示？
答：在ARM数据处理指令中，当参与操作的第二操作数为立即数型时，每个立即数都是采用一个8位的常数循环右移偶数位而间接得到。

其中循环右移的位数由一个4位二进制的两倍表示，如果立即数记作<immediate>，8位常数记作immed_8，4位的循环右移值记作rotate_imm，有效的立即数是由一个8位的立即数循环右移偶数位得到。

因此有效立即数immediate可以表示成：<immediate>=immed_8循环右移（2×rotate_imm）
17.指令ADR，ADRL、LDR、NOP是如何处理地址值读入到寄存器中的？
答：ADR是将基于PC或者寄存器的地址值读入到寄存器的,ADR伪指令通常被替换成一条ADD指令或SUB指令来实现该ADR指令的功能。

而ADRL伪指令与ADR指令的最大不同之处是,它可以读取更大范围内的地址,而且被编译器替换成2条数据处理指令。

LDR将一个32位的立即数或者一个地址值读取到寄存器中。

大范围的地址读取。

NOP在汇编时将被替换成ARM中的空操作。

18.指令LDR R1,=0xFFF是如何将立即数0xfff读入到R1的？
答：由于需要读取的寄存器的数据超过了MOV及MVN指令可操作的范围,编译器将该常数放在数据缓冲区中，同时用一条基于PC的LDR指令读取该常数。

LDR R1，[PC，offset_to_LPOOL].
LTORG ;声明数据缓冲池
LPOOL DCD OxFFF； OxFFF放在数据缓冲池中。

19.如何在c语言程序中内嵌汇编？
答：内嵌的汇编指令包括大部分的ARM指令和Thumb指令，但是不能直接引用C的变量定义，数据交换必须通过ATPCS进行。

嵌入式汇编在形式上表现为独立定义的函数体。

20.如何在汇编语言程序访问C语言的全局变量？
答：汇编程序可以通过地址间接访问在C语言程序中声明的全局变量。

通过使用IMPORT关键词引人全局变量，并利用LDR和STR指令根据全局变量的地址可以访问它们。

对于不同类型的变量，需要采用不同选项的LDR和STR指令，如下所示：
1）unsigned char——LDRB/STRB；
2）unsigned short——LDRH/STRH；
3）unsigned int——LDR/STR；
4）char ——LDRSB/STRSB；
5）Short——LDRSH/STRSH
21.在C语言程序如何调用汇编语言程序？
答：为了保证程序调用时参数的正确传递，汇编程序的设计要遵守ATPCS。

在汇编程序中需要使用EXPORT伪操作来声明，使得本程序可以被其它程序调用。

同时，在C程序调用该汇编程序之前需要在C语言程序中使用extern关键词来声明该汇编程序。

22.汇编语言程序调用C语言程序？
答：为了保证程序调用时参数的正确传递，汇编程序的设计要遵守ATPCS。

在C程序中不需要使用任何关键字来声明将被汇编语言调用的C程序，但是在汇编程序调用该C程序之前需要在汇编语言程序中使用IMPORT伪操作来声明该C程序。

在汇编程序中通过BL指令来调用子程序。

23.在嵌入式C语言程序设计中为提高程序效率的相关设计技巧。

答：1）变量定义；2）参数传递；3）循环条件；4）以空间换时间；5）数学方法解决问题；6）使用位操作；7）嵌入汇编。

24.Linux操作系统的内核、文件系统、编程接口等。

P192 P201
答：Linux的内核也有很多种，例如普通的Linux内核、uClinux内核、RTLinux内核等
25.嵌入式Linux操作系统的特点。

答：广泛的硬件支持、内核高效稳定、开放源码，软件丰富、优秀的开发工具、完善的网络通信和文件管理机制，26.Windows CE操作系统及其特点。

答：Windows CE是一个32位、多任务、多线程的操作系统，其开放式的设计结构适用于各种各样的设备，其主要特点：
一、CE是一种压缩并可升级的软件系统，即使在小内存条件下，也能提供较高的性能。

二、CE具有便于携带的优点，可以运行于多种微处理器上
三、CE拥有很好的电源管理系统，能延长移动设备的电池寿命
四、CE支持标准的通讯系统，可以非常方便地访问Internet，发送和接受电子邮件，浏览万维网。

程序解释
AREA COPYBS,CODE,READONLY ；定义一个代码段
ENTRY ；程序入口
LDR RO,=SRC ；取得原数据表的表头
LDR R1,=DST ；取得目标数据表的表头
MOV R2,#20 ；R4作为循环控制
BCOPY MOVS R3,R2,LSR,#3 ；R3=R2 <<3 逻辑右移3位
BEQ CWORD ；若Z=1,跳转到CWORD
OCOPY LDMIA R0!,{R4-R11} ；加载R0指向的地址上的多字数据，保存到R4~R11中，R0值更新 STMIA R1!,{R4-R11} ；将R4-R11的数据存储到R1指向的地址上，R1值更新
SUBS R3,R3,#1 ；R3=R3-1
BNE OCOPY ；若Z=0,跳转到OCOPY
CWORD AND R2,R2,#7 ；R2=R2&7
BEQ STOP ；若Z=1，跳转到STOP
WCOPY LDR R3,{R0},#4 ；将R3中的字数据读入以R0为地址的存储器中，并将新地址R0+4写入R1 STR R3,{R1},#4 ；将R3中的字数据写入以R1为地址的存储器中，并将新地址R1+4写入R1
SUBS R2,R2,#1 ；R2=R2-1
BNE WCOPY ；若Z=0,跳转到WCOPY
STOP ……
……
在程序中常常需要根据一定的参数选择执行不同的子程序。

跳转表中存放的是各子函数的地址，选择不同的子程序的参数是该子程序在跳转表中的偏移量。

在本例中R3寄存器中存放的是跳转表的基地址（首选地址，其中存放的是第一个子程序的地址）。

R0寄存器的值用于选择不同的子程序；当R0为0时，选择的是子程序DoAdd；当R0为1时，选择的是子程序DoSub。

在ADS编译环境程序如下：
AREA Jump，CODE，READONLY ；设置本程序的名称及属性
NUM EQU 2 ；跳转表中的子程序个数
ENTRY ；程序执行的入口点
Start MOV R0,#0 ；设置3个参数，R0选择调用哪个子程序
MOV R1,#3 ；R1为子程序要用的参数
MOV R2,#2 ；R2为子程序要用的参数
BL Func ；调用子程序Func，进行算术运算
Stop MOV R0 ,#0x18 ；本条与下条指令的作用是参数传递
LDR R1,=&20026
SWI 0x123456 ；将CPU的控制权交给调试器
Func CMP R0，#NUM ；判断R0是否在有效范围之内
MOVHS PC，LR ；如果超出范围则程序返回
ADR R3，JTable ；读取跳转表的基地址
LDR PC，【R3，R0，LSL #2】；根据参数R0的值跳转到相应的子程序
JTable DCD DoAdd ；当参数R0为0时上面的代码将选择DoAdd
DCD DoSub ；当参数R0为1时上面的代码将选择DoSub
DoAdd ADD R0，R1，R2 ；子程序DoAdd执行加法操作
MOV PC，LR ；子程序返回
DoSub SUB R0，R1，R2 ；子程序DoSub执行减法操作
MOV PC，LR ；子程序返回
END ；结束汇编
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