嵌入式系统知识点(综合考点)

第一章嵌入式系统概述

1 嵌入式系统的定义及特点

定义：嵌入式系统源于微型计算机，是嵌入到对象体系中，实现嵌入对象智能化的计算机。可以将嵌入式系统定义成“嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统”。

特点：嵌入性、内含计算机、专用性。

P11 2 常见的嵌入式实时操作系统

（1）µClinux

含义：微控制领域中的Linux系统。

（2）Windows CE

含义：微软公司开发的一个开放的、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。

（3）VxWorks

含义：一种嵌入式实时操作系统，是嵌入式开发环境的关键组成部分。

思考与练习

1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。

答：机顶盒、红绿灯控制、数字空调。

2、什么叫嵌入式系统？

答：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁减，适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理分别为哪几类？

答：嵌入式处理器为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。

嵌入式处理器分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器、嵌入式片上系统。

4:、什么是嵌入式操作系统？为何要用嵌入式操作系统？

操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配回收、控制与协调等开发的活动；操作系统提供了用户接口，使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。

是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。

第二章ARM7体系结构

1 RISC结构特性：ARM内核采用精简指令集计算机体系结构，是一款小门数的计算机

2 ARM公司开发了一系列ARM处理器，应用较多的是ARM7系列，ARM9系列，ARM10系列，ARM11系列，还有针对低端8位MCU市场推出的Cortex系列，其具有32位CPU的性能，8位MCU的价格。

3 ARM7TDMI中

T：高密度16位Thumb指令集扩展 D：支持片上调试

M：64位乘法指令 I:Embedded ICE硬件仿真功能模块

4 ARM处理器使用了冯·诺依曼结构，指令和数据共用一条32位总线。因此只有装载，存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问。

5 ARM处理器直接支持8位字节、16位半或者32位字的数据类型。

了解：

表2.1 ARM指令的长度是一个字，Thumb指令的长度是半字。

6 3级流水线的3个阶段：

（1）取指从存储器装载一条指令

（2）译码识别将要被执行的指令（前一条指令）

（3）执行处理指令并将结果写回寄存器（再之前一条指令）

7 ARM处理器的2种操作状态分别为：

（1）ARM状态： 32位处理器执行字方式的ARM指令，处理器在系统上电时默认为ARM 状态。

（2）Thumb状态：16位处理器执行半字方式的Thumb指令

8 ARM处理器内部共有37个用户可访问的32位寄存器，期中有6个32位宽的状态集训期目前只使用了其中12位。

9 P26 表2.2 ARM处理器模式 P27 ARM内部寄存器

10 P28 表2.3了解各模式下的寄存器

11 需要记得：堆栈指针R13（SP）链接寄存器R14（LR）

程序计数器R15（PC）指到哪儿，执行到哪儿

12 CPSR与SPSR状态寄存器相互之间的关系：

（a）当一个特定的异常中断发生时，讲CPSR的当前值保存到相应异常模式下的SPSR，然后设置CPSR为相应的异常模式

（b）从异常中断程序退出返回时，可通过保存在SPSR中的值来恢复CPSR

13 中断禁止标志位：I和F都是中断禁止为标志，用来使能或者禁止ARM的2种外部中断源，具体设置如下：

（1）当I置位（置1）时，IRQ中断被禁止，否则（I置0）IRQ中断使能

（2）当F置位（置1）时，FIQ中断被禁止，否则（I置0）FIQ中断使能

14控制位T反映了正在操作的状态：

（1）当控制位T置位（置1）时，处理器正在Thumb状态下运行。

（2）当控制位T清零（置0）时，处理器正在ARM状态下运行。

15 模式控制位：M4，M3，M2.M1和M0(即M[4:0])

16 记0x0000 0000 是复位异常向量地址

17 异常优先级：复位最高，FIQ高于IRQ，软件中断SWI最低

18 存储器格式：大端格式和小端格式，小端格式中，最低地址的字节被看做是最低字节位，最高地址的字节被看做是最高位字节。大端格式中，最高位字节保存在最低地址，最低位字节保存在最高地址。

思考与练习

1（1）T D M I的含义略

（2）ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？

3 级采用冯·诺依曼结构（指令和数据共用一条32位总线）

(3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？

答：ARM处理器模式指的是处理器在执行程序是在不同时刻所在的不同状态，ARM处理器状态是指处理器当前所执行的指令集

(4)分别列举ARM的处理器模式和状态？

答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。

(5)PC和LR分别使用哪个寄存器？

答：PC:：R15作用：程序计数器

LR:：R14。作用：链接寄存器

(6)R13寄存器的通用功能是什么？

答：堆栈指针SP。

(7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？

答：在CPSR中，T位反应正在操作的状态，当T位置位时，处理器正在Thumb状态运行，当T为清零时，处理器正在ARM状态下运行

(8)描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。

答：当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。

2.存储器格式

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，请写出在执加载在指令将存储器0x4000单元的内容的取出存放到R2寄存器操作后所得R2的值。如果存储器格式改为小端格式，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：无论是大端格式还是小端格式，R2的值与R1一致R2=0x12345678;

地址0x4000单元的字节：大端：0x12、小端：0x78。

第三章 ARM7TDMI(-S)指令系统

1 寻址方式是根据指令中给出的地址码字段来实现寻找真实操作数地址的方式，ARM处理器具有8种基本寻址方式：

（a）寄存器寻址（b）立即寻址(c)寄存器移位寻址（d）寄存器间接寻址（e）基址寻址：例如LDR R2，[R3，#0x0C]

（f）多寄存器寻址（g）堆栈寻址（h）相对寻址

2 ARM7TDMI(-S)的指令集，包括ARM指令集和Thumb指令集P58-P59+P60表3.1+P61表3.2自己看

另：表3.2 LDR：加载字数据即把源地址存储器放入目标寄存器