2015年本科期末考试《嵌入式系统原理及应用》最终版整理复习要点

嵌入式复习大纲

第一章

1、嵌入式系统定义及概念：

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、嵌入式系统的特点：（3个）

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；

3、嵌入式处理器的分类：

1)嵌入式微处理器（EMPU）；

2)嵌入式微控制器（EMCU）；

3)嵌入式DSP处理器（EDSP）；

4)嵌入式片上系统（ESoC）。

4、嵌入式系统的组成：

由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。

（1）硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）

（2）硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层，该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。BSP具有以下两个特点。

（3）系统软件层由实时多任务操作系统、、文件系统、图形用户接口、网络系统及通用组件模块组成。

5、嵌入式操作系统：

嵌入式实时操作系统µC/OS-II、嵌入式Linux、Windows Embedded、VxWorks、pSOS、等，以及应用在智能手机和平板电脑的Android、iOS等

6、嵌入式系统的设计方法：（需交叉编译和调试环境）

（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

第二章

1、ARM的CISC、RISC ARM7~ARM9

（1）CISC特点：复杂指令、各种类型的内存寻址方式、微程序结构、效率高

（2）RISC特点：固定指令长度、指令流水线处理、简化内存管理、硬件接线式控制、单周期执行、复杂度存于编译程序内

（3）冯诺依曼结构：输入输出设备、运算器、控制器、存储器

主要贡献：提出并实现了“存储程序”的概念

2、ARM7：采用3级流水线结构，采用冯诺依曼结构（程序存储与数据存储统一编址）

ARM9：采用5流水线结构，采用哈弗体系结构（程序存储器与数据存储器分开独立编址）

ARM10：采用6流水线结构，采用哈弗体系结构

ARM11：采用8流水线结构，采用哈弗体系结构

3、ARM体系结构的技术特征：

（1）单调周期操作

（2）采用加载/存储指令结构（执行速度快）

（3）固定32位指令（结构简单、效率高）

（4）地址指令格式（三地址指令格式，优化代码）

（5）指令流水线技术（提高执行效率）

4、ARM的三种工作状态，如何标记？

（1）ARM状态：32位，ARM状态下执行字对准的32位ARM指令；

（2）Thumb状态：16位，Thumb状态下执行半字对准的16位Thumb指令。在Thumb-2 状态下，内核兼有16位和32位指令

（3）调试状态：停机调试时，*cortex-M3只有Thumb-2状态和调试状态

处理器的当前状态寄存器CPSR的T位可标志出两种状态。当T位为0时是ARM状态，为1时是Thumb状态。

5、ARM 7 种功能模式：

（1）用户模式：正常用户模式，程序正常执行模式。

（2）FIQ模式：处理快速中断，支持高速数据传送或通道处理。

（3）IRQ模式：处理普通中断。

（4）SVC模式：操作系统保护模式，处理软件中断。

（5）中止模式：处理存储器故障，实现虚拟存储器和存储器保护。

（6）未定义模式：处理未定义的指令陷阱，支持硬件协处理器的软件仿真。

（7）系统模式：运行特权操作系统任务。

6、ARM共有37个寄存器，包括31个通用寄存器（含PC）和6个状态寄存器

7、7 个异常中断：

（1）复位异常reset。

（2）数据访问中止异常DABT

（3）快速中断异常FIQ

（4）外部中断异常IRQ

（5）指令预取中止异常FABT

（6、7）软件中断异常SWI 和未定义的指令异常

8、ARM对异常中断的响应过程：

（1）保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位；

（2）设置当前程序状态寄存器CPSR中的相应位；

（3）将寄存器lr_mode设置成返回地址；

（4）将程序计数器值PC，设置成该异常中断的中断向量地址，跳转到相应异常中断处执行。

9、大端模式：32位的高字节存放在低地址中，低字节存放在高地址中

10、小端模式（系统复位默认）：32位的高字节存放在高地址中，低字节存放在低地址中。

11、简述ARM7的内部寄存器R13、R14、R15的主要功能和作用：

R13、R14、R15都可以被ARM处理器当作通用寄存器和寻址访问；但在ARM 处理器系统中R13也用作堆栈指针，R14用作链接寄存器，R15用作取指指针寄存器。

第三章

1、ARM指令的寻址方式：

1)立即数寻址：在立即数寻址方式下，操作数本身直接在指令中给出，去除指令也就

获得了操作数，这个操作数也称为立即数。

2)寄存器寻址：在寄存器寻址方式下，寄存器的值即为操作数。ARM指令普遍采用

这种寻址方式，由于直接和寄存器交换数据，其执行效率较高。

3)寄存器移位寻址：寄存器移位寻址的操作数由寄存器的数值进行相应移位而得到；

移位的方式在指令中以助记符的形式给出，而移位的位数可用立即数或寄存器寻址

方式表示。

4)寄存器间接寻址：寄存器中的值为操作数的物理地址，这样的寻址方式称为寄存器

间接寻址。实际的操作数存放在存储器中，其地址由寄存器给出。

5)基址变址寻址：将寄存器（称为基址寄存器）的值与指令中给出的偏移地址量相加，

所得的结果作为操作数的物理地址，这样的寻址方式称为基址变址寻址。

6)相对寻址：相对寻址同基址变址寻址相似，区别只是将程序计数器PC作为基址寄

存器，指令中的标记作为地址偏移量。

7)多寄存器寻址：在多寄存器寻址方式中，一条指令可实现一组寄存器值的传送。连

续的寄存器间用“-”连接，否则用“,”分隔。

8)块复制寻址：块复制寻址可实现连续地址数据从存储器的某一位置复制到另一位

置。

9)堆栈寻址：堆栈寻址用于数据栈与寄存器组之间批量数据传输。堆栈是一种后进先

出的数据结构，数据写入和读出内存的顺序不同，适用堆栈寻址可以很好地解决这

个问题。

第四章

1、嵌入式系统中常用的C语言语句：P121

第六章

1、嵌入式的最小系统：

2、UART串行通信的过程：

第七章

1、叙述嵌入式系统Boot Loader概念、功能和两个阶段（即：stage1和stage2）的启动步骤：

（1）概念：Boot Loader 是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。

（2）功能：通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内

核准备好正确的环境。