嵌入式系统2011作业

嵌入式系统2011作业

第1章嵌入式系统概述

1、什么是嵌入式系统？

答：

嵌入式系统指的是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁剪的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标严格要求的专用计算机系统。

2、与通用计算机相比，嵌入式系统有哪些特点？

答：

1：嵌入式系统通常是面向特定应用的；

2：嵌入式系统功耗低、体积小、集成度高、成本低；

3：嵌入式系统具有较长的生命周期；

4：嵌入式系统具有固化的代码；

5：嵌入式系统开发需要专用开发工具和环境；

6：嵌入式系统软件需要RTOS开发平台；

7：嵌入式系统开发人员以应用专家为主；

8：嵌入式系统是知识集成系统。

3、根据嵌入式系统的复杂程度，嵌入式系统可分为哪4类？

答：

1：单个微处理器；

2：嵌入式处理器可扩展的系统；

3：复杂的嵌入式系统；

4：在制造或过程控制中使用的计算机系统。

4、嵌入式微处理器有哪几类？试举例说明。

答：

嵌入式微处理器，例如：Am186/88、386EX、SC-400.

嵌入式微控制器，例如：8051、P51XA、MCS-251.

嵌入式DSP处理器，例如：TMS320系列、DSP56000系列.

嵌入式片上系统，例如：TriCore、M-Core、Smarrt-XA。

5、从硬件系统来看，嵌入式系统由哪几部份组成？画出简图。

答：

P11图1-4

6、嵌入式微处理器和嵌入式微控制器分别由哪些部件组成？两者有何区别？

答：

（1）嵌入式微处理器组成部件：只保留通用计算机处理器中和嵌入式应用紧密相关的母板功能，去除了其他冗余的功能部分；嵌入式微控制器组成部分：一般以某一种微处理器内核为核心，片上资源比较丰富。

（2）两者区别：嵌入式微处理器在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，系统的可靠性降低，技术保密性也较差；而嵌入式微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。

第2章 ARM微处理器硬件结构

2.1哈佛体系结构和冯·诺依曼体系结构有何不同？

答：

哈佛体系结构：独立的程序存储器和数据存储器。

冯·诺依曼结构：将数据和指令都存储在一个统一的存储器中。

2.2 回答下列关于ARM编程模式的问题

（1）在该模式下有多少通用寄存器

（2）CPSR的作用是什么

（3）Z位的作用是什么

（4）程序计数器保存在何处

答

（1）31个通用寄存器

（2）为状态寄存器，保存当前的状态，可以在任何模式下访问

（3）Z=1 运算结果为0

Z=0 运算结果不为0

（4）R15（PC）

2.3 下列的arm条件码的含义是什么

（1）EQ

（2）NE

（3）MI

（4）VS

（5）GE

（6）LT

答

(1)z置位相等

(2)z清零不相等

(3)n置位负数

(4)v置位溢出

(5)n等于v 带符号数大于或等于

(6)n不等于v 带符号数小于

2.4 arm处理器有几种工作模式？各种工作模式有什么特点？

答

有七种工作模式，

用户模式（usr）正常的程序执行状态

快速中断模式（fiq）用于高速数据处理或通道处理

外部中断模式（irq）用于通用的中断处理

管理模式（svc）操作系统的保护模式

中止模式（abt）用于虚拟存储及存储保护

未定义模式（und）用于支持硬件协处理器的软件仿真

系统模式（sys）运行特权级的操作系统任务

2.5 arm处理器共有多少个寄存器？这些寄存器按其在用户编程中的功能如何进行划分？这些寄存器在使用中有什么特殊之处？

答

37个寄存器，其中有31个通用寄存器，其中包括程序计数器pc，6个状态寄存器

寄存器均为32位

在七种模式中 R0～R7不分组，R8～R14按模式分组，R15为程序计数器，CPSR为状态寄存器，SPSR为保存程序状态寄存器。

R13为堆栈指针寄存器，R14为链接寄存器。

CPSR在各种模式下多可以访问，而在用户模式及系统模式下SPSR不可以被访问。

2.6若寄存器R1=0x01020304，分别按照大端模式和小端模式存储在0x30000字单元中，试分别写出两种模式下内存存储内容，并标出内存地址

答

大端模式

0x30000 01

0x30001 02

0x30002 03

0x30003 04

小端模式

0x30000 04

0x30001 03

0x30002 02

0x30003 01

2.7 ARM存储器的存储周期有几种类型？对应于Cache访问和存储器访问是何存储周期？

答：

ARM存储器有4种存储周期：空闲周期，非顺序周期，顺序周期，协处理器寄存器传送周期。

一般地，对应于Cache访问的存储周期是：非顺序周期。

对应于存储器访问的存储周期是：顺序周期和非顺序周期。

2.8何谓Cache？简述Cache的工作原理。

答：

高速缓存器：弥补主存速度，在CPU与主存之间设置的高速，小容量存储器，构成Cache-主存存储层次，速度是Cache的，容量是主存的。

工作原理：当CPU要访问Cache时，CPU送来主存地址，放到主存地址寄存器中。然后通过地址变换部件把主存地址中的块号M变成Cache的块号m，并放到Cache地址寄存器中；同时将主存地址中的块内地址N直接作为Cache的块内地址n装入到Cache地址寄存器中。如果地址变换成功，就用得到的Cache 地址去访问Cache，从Cache中取出数据送到CPU中。如果地址变换不成功，则产生Cache失效信息，接着使用主存地址直接去访问主存储器，从主存储器中读出一个字送到CPU，同时将从主存储器中读出来的数据装入到Cache中去。此时如果Cache已经满了，则需要采用某种Cache替换策略把不常用的块先调出到主存储器中相应的块中，以便腾出空间来存放新调入的块。

教材：图2-12 Cache工作原理图

2.9何谓写通Cache和写回Cache？两者有何区别？

答：

写通法： write-throught，指CPU在执行写操作时，必须把数据同时写入Cache和主存。

写回法： write-back，指CPU在执行写操作时，被写的数据只写入Cache，不写入主存。仅当需要替换时，才把已经修改的Cache块写回到主存中。

区别在于写通法在Cache中的内容发生改变时，相应的存储器中的内容会立即被修改，而写回法则是等到替换时才会使存储器中的内容发生改变。

2.10 ARM的MMU主要实现什么功能？

答：

ARM的MMU主要实现的功能：

（1）虚拟存储空间到物理存储空间的映射。

（2）存储器访问权限的控制。

（3）设置虚拟存储空间的缓冲特性。

2.11简述MMU使能时存储访问过程。

答：