嵌入式系统复习内容(答案整理)

第一章嵌入式系统概述

1．嵌入式系统是什么？

目前，对嵌入式系统的定义多种多样:

IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义为：用于对机器和设备进行控制，监视或者辅助操作的装置。

从技术的角度定义：

以应用为中心，以计算机为基础，并且软硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。

从系统的角度定义：

嵌入式系统是完成复杂功能的硬件和软件，并使之紧密耦合在一起的计算机系统。

嵌入式系统是指嵌入式操作系统和功能软件集成在以微控制器或微处理器为核心的微型计算机硬件体系中所形成的简单便捷，稳定可靠，机电一体化产品整体。简单地说，嵌入式系统是软件体系和硬件体系紧密结合的一体化系统。

2．嵌入式系统由哪几个部分组成？

嵌入式系统由硬件平台和系统软件组成。硬件平台指嵌入式处理器和与之通过接口连接的外围硬件平台。系统软件指实时操作系统和用户应用软件。

3．嵌入式微(?)处理器有几种类型？各有什么特点?

嵌入式微处理器（EMPU）：比较适合于大容量的数据计算和处理，具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。与嵌入式控制器相比，速度快，运算功能强大，可对各类数据进行快速处理。

嵌入式微控制器（EMCU）：比较适合于基于逻辑运算和简单数据计算结果的控制，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。

嵌入式DSP（EDSP）：对系统结构和指令的某些部分进行了特殊设计，使之适合于执行DSP 算法，编译效率较高，指令执行速度也较快。总而言之，就是运算速度快。

嵌入式片上系统（ESOC）：根据应用系统设计者定义，可以在一个硅片上集成一个更为复杂的系统。整个嵌入式系统的大部分尽可集成到一块或几块芯片上，应用系统电路板将变得很整洁，对于减少体积和功耗，提高可靠性十分有益。

4．你能列举几种熟悉的操作系统吗？

µCOS-Ⅱ，µCLinux，WinCE，VxWorks，TRON，µITRON，eCos，Nucleus，OSE等。

第二章嵌入式系统基本元素

1．需要掌握嵌入式处理器内核的基本知识如下：

1.1 CPU的字长与大小端、总线宽度、外部存储器字长。

字节（8位）, 半字（16位），字（32位）。总线宽度因各个CPU种类而异。

1.2 CPU异常的基本类型，异常优先级与中断优先级的异同点在哪里？

复位、一般异常和中断。CPU 异常具有优先级，当复数个异常事件发生时，事件处理按硬件排列的优先级顺序进行。可屏蔽中断作为CPU 异常的一类其优先级最低。而在可屏蔽中断源之中也有优先级，当复数个中断源申请中断时，优先顺序可通过优先级寄存器的设置，来决定中断服务的顺序。

1.3 CPU异常与中断的区别在哪里？异常向量与中断向量各自的作用是什么？

中断属于CPU异常中的一类。一般异常是指CPU内部事件引起的异常。中断在这里专指CPU外部事件引起的异常，又称硬中断，可分为：不可屏蔽中断NMI和可屏蔽中断MI。

异常向量使CPU 转入异常入口地址执行程序，开始了异常处理。

中断向量使CPU 转入中断入口地址执行程序，开始了中断处理。

1.4 CPU的工作模式有几大类？不同模式的区别体现在哪里？

两大类：用户模式和特权模式。除了共用的工作寄存器组(如R0～R7)外，不同的工作模式还拥有自己专用寄存器组（如PC和SR）。用户模式是指CPU 运行用户程序时的CPU 状态，特权模式的设置主要是为操作系统服务的，它让操作系统可以轻易切换进入用户模式，而用户模式却不能切换进入特权模式，从而限制用户程序对关键寄存器或内存的访问。

1.5 处理器的内核是什么？什么叫外设或外围功能模块？

嵌入式处理器的内核（即CPU）主要由算术逻辑单元、寄存器阵列、控制单元、总线四个部分组成。与CPU通过一定的总线相连的，具有特定功能的模块。

1.6 列举嵌入式处理器常有的外围功能模块。

系统时钟，外部存储器控制器（EMC），向量中断控制器（VIC），引脚连接控制器，数据高速通道（DMA），高速缓冲存储器（Cache），内存管理单元（MMU），定时器，实时时钟（RTC），异步串行口（UART），数模转换器（ADC），脉宽调制器（PWM），SPI总线接口模块、SSPI总线接口模块、I2C总线接口模块、IIR总线接口模块、以太网接口模块、USB 接口模块和CAN接口模块等。

1.7 冯·诺依曼结构和哈佛结构的区别？

冯·诺伊曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构，数据总线和地址总线共用。

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，数据总线和地址总线是分开的。

1.8 嵌入式处理器芯片采用PLL锁相环的目的是什么？

使用PLL锁相环可以产生相对于参考输入时钟频率不同倍率的内核时钟，当芯片工作频率高于一定频率时，就需要消除由于芯片内部时钟驱动所引起的片内时钟与片外时钟的相位差，PLL锁相环可以用来消除相位差。通过PLL锁相环调节，可以确保芯片和外部接口电路之间快速同步和有效的数据传输。

第三章ARM7体系结构

1．ARM7DTMI采用了什么总线结构？采用了几级流水线？执行中指令的地址与PC内容（取指地址）的地址差是多少？

冯诺依曼总线结构。3级。ARM指令集差8，Thumb指令集差4。

2．在ARM7体系中处理器状态是指什么？有几个状态？

指的是执行指令的状态，处理器的操作状态。有两种状态：ARM状态和Thumb状态3．什么是用户模式？什么是特权模式？ARM7体系的处理器其特权模式有几种？

用户模式为正常程序工作模式；特权模式为用于支持异于正常程序工作模式的一些特权任务以及应用。特权模式有6种：系统，快中断，中断，管理，中止，未定义。

4．掌握ARM7体系处理器的内部工作寄存器与处理器模式的关系。

5．ARM7的PC，SP，LR，CPSR对应哪个工作寄存器（R0～R15）吗？各个模式中LR的功能是什么？请说明状态寄存器CPSR的各位功能以及SPSR与CPSR的关系。

R15，R13，R14,CPSR（状态寄存器）。保存子程序返回地址或者异常返回地址。6．ARM7体系的处理器的CPU异常共有几种？各自的起因分别是什么？（重点）

7种：复位，数据中止，中断，快中断，预取中止，未定义，软件中断。P30页

7．在ARM7体系中的嵌入式系统中，调用子程序（C语言程序时为函数）时，程序的断点被自动保存在什么地方？发生中断时，程序的断点被自动保存在什么地方？CPU响应中断时，被自动保存的还有什么？它能自动实现中断嵌套吗？为什么？（重点）

存入自身模式下的链接寄存器LR（R14）中。存入对应异常模式下的链接寄存器LR（R14）