嵌入式系統復習試題及答案

2016年嵌入式系統復習試題及答案

　　一、填空題：

　　1、試列舉三種主流的嵌入式處理器：( ARM )、( MIPS )、(PowerPC)。

　　2、ARM處理器共有(37)個寄存器，其中包括(31個通用寄存器)和(6個狀態寄存器)。

　　3、寄存器R13在ARM指令中(堆棧指針SP )。R14也稱(程序連接寄存器LR)在程序里的作用是(程序計數器PC的備份)。當發生中斷或異常時，對應分組寄存器分別是(R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用來保存R15的返回值)。

　　4、ARM微處理器支持兩種指令集：(ARM)和(Thumb)。

　　5、寄存器R15用作(程序計數器PC)。該寄存器在ARM狀態下，(位[1:0]為00)，位[31:2]用于保存PC;在Thumb狀態下，(位[0]為0)，位[31:1]用于保存PC。

　　6、CPSR用作( 狀態寄存器 )，CPSR可在任何運行模式下被訪問。每一種運行模式下又都有一個專用的物理狀態寄存器，稱為(程序狀態保存寄存器SPSR)。

　　7、Thumb狀態下的寄存器集是ARM狀態下寄存器集的一個子集，程序可以直接訪問的通用寄存器是(R0—R7,PC,SP,LR,CPSR)。

　　8、ARM指令中條件執行功能是通過( 指令中添加條件碼)來實現的，包含的條件碼位于指令的最高(四)位。

　　9、試列舉五種以上常見的嵌入式操作系統：(μC/OS-II)、(Vxworks)、(WinCE)、(Linux/μCLinux)、(PalmOS)。

　　10、計算機結構中，哈佛結構和馮?諾依曼結構的主要區別是(指令與數據分開)，ARM7采用(馮?諾依曼結構)，ARM9采用(哈佛結構)。

　　11、ARM處理器采用(Thumb指令)操作來訪問SFR。

　　12、在ARM匯編語言程序設計中，語句一般是由(指令操作碼)、(指令的條件碼)、(目標寄存器編碼)和(包含第一個操作數的寄存器編碼)組成。

　　二、名詞解釋：

　　ARM處理器：Advanced RISC Machine。先進的RISC指令集處理器。

　　交叉編譯：在一種計算機環境中運行的編譯程序，能編譯出在另外一種環境下運行的代碼，這個編譯過程就叫交叉編譯。

　　異常：是指CPU在執行指令時出現的錯誤，即不正常的情況。異常是與當前所執行的程序有關的。如存取數據或指令錯誤、計算結果溢出等。

　　大端格式：字數據的高字節存儲在低地址中，而字數據的低字節則存放在高地址中。

　　小端格式：低地址中存放的是字數據的低字節，高地址存放的是字數據的高字節。

　　尋址方式：處理器根據指令中給出的(地址)信息，尋找操作數(物理地址)的方式。

　　嵌入式系統：廣義上：凡是不用于通用目的的可編程計算機設備，就可以算是嵌入式計算機系統。狹義上而言，嵌入式系統是指以應用為核心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統。

　　GNU：GNU(GNU’s Not Unix)，它的目標是建立可自由發布和可移植的類Unix操作系統。

　　偽指令：是匯編語言程序里的特殊指令助記符，在匯編時被合適的機器指令替代。

　　偽操作：為匯編程序所用，在源程序進行匯編時由匯編程序處理，只在匯編過程起作用，不參與程序運行。

　　RTOS ：實時系統，能夠對外部事件做出及時響應的系統。

　　三、簡答題：

　　1、 簡述采用RISC架構的ARM微處理器的特點。

　　a.采用固定長度的指令格式，指令規整，簡單，基本尋址2~3種

　　b.使用單周期指令，便于流水線操作

　　c.大量使用寄存器，提高指令的執行效率

　　d.所有的指令都可以根據前面的執行后，決定是否執行從而提高指令的執行效率

　　e.可以加載/存儲指令，批量傳輸數據，以提高數據的傳輸效率

　　2、 選擇嵌入式微處理器時，應考慮那些因素?

　　調查市場上已有的CPU供應商。

　　CPU的處理速度

　　技術指標。

　　處理器的低功耗。

　　處理器的軟件支持工具。

　　處理器是否內置調試工具。

　　處理器供應商是否提供評估板

　　片內存儲容量

　　3、 若允許FIQ、IRQ中斷，CPSR如何設置?

　　FIQ: CPSR[4:0]=0B10001 IRQ: CPSR[4:0]=0B10010

　　CPSR[5]=0

　　CPSR[6]=0

　　CPSR[7]=0

　　4、 舉例說明ARM的各種尋址方式。

　　寄存器尋址：LDR R1,R2

　　寄存器間接尋址：LDR R1,[R2]

　　寄存器偏移尋址：LDR R1,[R2,-R4,LSL#3]

　　立即尋址:LDR,R3，#34

　　多寄存尋址：LDMIA R0,{R1,R3,R4,R5}

　　5、 對比說明ADR、ADRL與LDR的區別與聯系。

　　ADR：小范圍的地址讀取偽指令。

　　ADRL：中等范圍的地址讀取偽指令。

　　LDR：大范圍的地址讀取偽指令。

　　ADR偽指令功能：將基于PC相對偏移的地址值或基于寄存器相對偏移的地址值讀取到寄存器中。

　　ADRL偽指令功能：將基于PC相對偏移的地址值或基于寄存器相對偏移的地址值讀取到寄存器中，比ADR偽指令可以讀取更大范圍的地址。

　　LDR偽指令功能：用于加載32位立即數或一個地址值到指定的寄存器。

　　6、 比較ARM920T和ARM720T的主要異同。

　　ARM9 5級流水線 獨立的指令總線哈佛結構

　　ARM7 3級流水線 數據與指令一起 馮·諾依曼結構

　　8、 簡述S3C2410 Nand flash存儲器的啟動過程。

　　(1)完成復位

　　(2)如果自動啟動模式使能，NAND Flash存儲器的前4KB自動復制到Steppingstone內部緩沖器中

　　(3)Steppingstone映射到nGCS0

　　(4)CPU在Steppingstone的4KB內部緩沖器中開始執行啟動代碼

　　9、 請從廣義和狹義兩個方面簡述嵌入式系統的含義。

　　答案：嵌入式系統:Embedded System

　　廣義上：凡是不用于通用目的的可編程計算機設備，就可以算是嵌入式計算機系統。

　　狹義上而言，嵌入式系統是指以應用為核心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統。

　　10、簡述Bootloader啟動過程。

　　1、第一階段

　　(1)、基本的硬件設備初始化

　　(2)、為階段2代碼準備RAM空間

　　(3)、拷貝階段2代碼到RAM空間

　　(4)、設置好堆棧

　　(5)、跳轉到階段2的C程序入口點

　　2、第二階段

　　(1)、初始化本階段要使用到的硬件

　　(2)、檢測系統內存映射(memory map)

　　(3)、將kernel和根文件系統映像從flash讀到RAM空間

　　(4)、為kernel設置啟動參數

　　(5)、調用內核

　　12、ARM7指令是幾級流水線，各階級執行什么操作?

　　ARM7的三級流水線

　　1取指：從程序存儲器中取指令，放入指令流水線。(占用存儲器訪問操作)

　　2譯碼：指令譯碼。(占用譯碼邏輯)

　　3執行：執行指令/讀寫REG。(占用ALU及數據路徑)

　　13、請簡述嵌入式軟件Bootloader的兩種工作模式。

　　啟動加載模式：啟動加載模式稱為“自舉”(Autonomous)模式。即Bootloader從目標機上的某個固態存儲設備上將操作系統加載到 RAM 中運行，整個過程并沒有用戶的介入。啟動加載模式是 Bootloader的正常工作模式，在嵌入式產品發布的時侯，Bootloader必須工作在這種模式下。

　　下載模式：在這種模式下，目標機上的Bootloader將通過串口連接或網絡連接等通信手段從主機下載文件。下載內容及存儲：主要是下載內核映像和根文件系統映像等。從主機下載的文件通常首先被Bootloader保存到目標機的RAM中，然后再被 Bootloader寫到目標機上的FLASH 類固態存儲設備中。

　　14、寫出不少于12類嵌入式產品中的常用接口。

　　UART接口、SPI接口、I2C接口、ADC和觸摸屏接口、USB接口、以太網接口、外存接口、LCD接口、時鐘接口、PWM接口、中斷接口、JTAG接口、VGA接口、音頻接口

　　15、簡述ARM9處理器的7種運行模式。

　　1、用戶模式(usr)：非特權模式，大部分任務執行在這種模式。——正常程序執行的模式

　　2、快速中斷模式(fiq)：當一個高優先級(fast)中斷產生時將會進入這種模式。——高速數據傳輸或通道處理

　　3、外部中斷模式(irq)：當一個低優先級(normal)中斷產生時將會進入這種模式。——通常的中斷處理

　　4、管理模式(svc)：當復位或軟中斷指令執行時將會進入這種模式。——供操作系統使用的一種保護模式

　　5、中止模式(abt)：當存取異常時將會進入這種模式。——虛擬存儲及存儲保護

　　6、未定義模式(und)：當執行未定義指令時會進入這種模式——軟件仿真硬件協處理器

　　7、系統模式(sys)：供需要訪問系統資源的操作系統任務使用——特權級的操作系統任務

　　16、ARM9處理器的尋址方式有那些?

　　立即尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、基址尋址、堆棧尋址 、塊拷貝尋址、相對尋址

　　17、ARM9有哪些處理器模式?哪些是特權模式?哪些是異常模式?

　　異常模式：除用戶模式、系統模式之外的五種模式稱為異常模式。特點：以各自的中斷或異常方式進入，并且處理各自的中斷或異常。

　　特權模式：除用戶模式之外的工作模式又稱為特權模式 特點：應用程序可以訪問所有的系統資源，可以任意地進行處理器模式的切換

　　18、ARM7在ARM狀態下有多少個寄存器?通常堆棧指針使用哪個寄存器?連接寄存器LR有什么功能?

　　有37個32位的寄存器其中31個為通用寄存器;6個為狀態寄存器。

　　R13：寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針SP。而在Thumb指令集中，某些指令強制性的要求使用R13作為堆棧指針。

　　R14：寄存器R14也稱作子程序鏈接寄存器(Subroutine Link Register)或鏈接寄存器LR。當執行BL子程序調用指令時，R14中得到R15(程序計數器PC)的備份。其他情況下，R14用作通用寄存器。

　　19、見28

　　20、Linux的主要特點有那些?

　　開放性、多用戶、多任務、良好的用戶界面、設備獨立性、豐富的網絡功能、可靠的安全系統、良好的可移植性。

　　21、常用的Bootloader有那些?

　　1、vivi

　　2、RedBoot

　　3、U-Boot

　　22、Makefile和Make各實現什么功能?

　　Makefile文件內容 按照規則，對系統中本目錄下的文件(.c、.s、.o、.h、.lib等)根據相互關系和要求進行組織，設定各自的編譯方法，指定所生成的目標。 Makefile是一種文本格式文件。

　　Make是Makefile文件的解釋器

　　Make對Makefile文件解釋后，生成Linux的shell命令和gcc編譯命令，接著對命令執行，最終生成目標文件。

　　Makefile是工程系統編譯批處理文件。

　　23、Linux文件系統目錄樹結構是怎樣的?

　　Linux文件系統是一個目錄樹結構，最上層是根目錄，其他的所有目錄都是從根目錄出發而生成的。Linux下，任何一個目錄都可以是一個分區。因此，在分區時，必須將一個分區安裝在樹根下面。Linux不僅將分區安裝為一個目錄，而且還將所有的硬件設備都安裝成一個個設備文件。對設備的操作是通過文件的操作完成的。

　　24、CPSR各位的含義及作用。

　　31 30 29 28 27 … 8 7 6 5 4 3 2 1 0

　　N Z C V (保留) I F T M4 M3 M2 M1 M0

　　1、條件碼標志位(保存ALU中的當前操作信息)

　　N：正負號/大小 標志位

　　Z：零標志位

　　C：進位/借位/移出位

　　V：溢出標志位

　　2、控制位

　　I、F中斷控制位——控制允許和禁止中斷

　　T控制(標志)位——反映處理器的運行狀態

　　M控制位——決定了處理器的運行模式

　　25、S3C2410存儲器組織及地址分配。

　　S3C2410X的存儲器管理器提供訪問外部存儲器的所有控制信號：26位地址信號、32位數據信號、8個片選信號、以及讀/寫控制信號等。

　　S3C2410X的存儲空間分成8組，最大容量是1GB，bank0---bank5為固定128MB，bank6和bank7的容量可編程改變，可以是2、4、8、16、32、64、128MB，并且bank7的開始地址與bank6的結束地址相連接，但是二者的容量必須相等。

　　bank0可以作為引導ROM，其數據線寬只能是16位和32位，復位時由OM0、OM1引腳確定;其它存儲器的數據線寬可以是8位、16位和32位。

　　S3C2410X的存儲器格式，可以編程設置為大端格式，也可以設置為小端格式。

　　26、ARM有哪兩種工作狀態，怎樣有指令進行切換?

　　從ARM狀態切換到Thumb狀態

　　有兩種情況ARM處理器自動切換到Thumb狀態。

　　(1)執行BX指令，當操作數寄存器的位[0]為1時，則微處理器從ARM狀態切換到Thumb狀態。此為主動切換。

　　(2)當處理器處于Thumb狀態時發生異常(如IRQ、FIQ等)，處理完異常后，在異常處理返回時，自動切換到Thumb狀態。此為自動切換。

　　從Thumb狀態切換到ARM狀態

　　有兩種情況ARM處理器自動切換到Thumb狀態。

　　(1)執行BX指令，當操作數寄存器的位[0]為0時，則微處理器從Thumb狀態切換到ARM狀態。

　　(2)當處理器在Thumb狀態時發生異常(如IRQ、FIQ等)，則處理器從Thumb狀態自動切換到ARM狀態進行異常處理

　　27、Linux常用命令。

　　ls---文件及子目錄名列表

　　cat---連續顯示

　　cd---改變工作目錄(目錄切換)

　　cp---復制文件和目錄

　　28、嵌入式處理器ARM7/9TDMI中TDMI的基本含義是什么?

　　ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。TDMI的基本含義為(對其它系列也適用)：

　　T： 支持16位壓縮指令集Thumb，稱為T變種

　　D： 支持片上Debug，稱為D變種

　　M：內嵌硬件乘法器 Multiplier，稱為M變種

　　I： 嵌入式ICE，支持片上斷點和調試，稱為I變種

　　29、S3C2410有那些數據通信接口?

　　UART接口 、SPI接口、IIC接口、JTAG接口、以太網接口、USB接口

　　四、編程題：

　　1、編寫一個匯編程序，在ARM程序代碼中調用Thumb子程序，并返回ARM程序完成其功能。

　　CODE32

　　--------

　　BLX TSUB1

　　-------

　　CODE16

　　TSUB1

　　-------

　　BX R14

　　2、將存儲器中0x30000000開始的200字節的數據，傳送到地址從0x10000000開始的某接口電路的存儲區域。

　　START

　　LDR R0,=0X30000000

　　LDR R1,=0X10000000

　　MOV R4,#0

　　LKM

　　LDRB R2,[R0],#1

　　STRB R2,[R1],#1

　　ADD R4,R4,#1

　　CMP R4,#200

　　BLNE LKM

　　END

　　3、編寫一簡單ARM匯編程序段，實現1+2+…+1000的累加運算。

　　MOV R0,#0

　　MOV R1,#0

　　LKM

　　ADD R0,R0,#1

　　ADD R1,R1,R0

　　CMP R0,#1000

　　BLNE LKM

　　END

　　4、將內存中從0x30000FFF開始的100個字數據相加，其結果存于R3、R2中。

　　LDR R0,=0X30000000

　　MOV R4,#0

　　MOV R2,#0

　　MOV R3,#0

　　LKM

　　LDR R5 , [R0],#4

　　ADDS R3, R3,R5

　　ADDC R2, R2,#0

　　ADD R4,R4,#1

　　CMP R4,#100

　　BLNE LKM

　　END

　　5、編寫一程序，查找存儲器從0x30000000開始的100個字中為0的數目，將其結果存到0x30000012中。

　　START

　　LDR R0,=0X30000000

　　LDR R1,=0X30000012

　　MOV R3,#0

　　MOV R4,#0

　　LKM

　　LDR R2,[R0],#4

　　ADD R3,R3,#1

　　CMP R2,#0

　　ADDEQ R4,R4,#1

　　CMP R3,#100

　　BLNE LKM

　　STR R4,[R1]

　　END

　　6、R0和R1中有兩個32位無符號數，若R0>R1，則R0=R0-R1;若R0

　　CMP R0,R1

　　SUBHS R0,R0,R1

　　SUBCC R1,R1,R0

　　7、試編寫程序，實現計算2+4+6+8+…+2N的值。

　　MOV R5,#0

　　MOV R3,#0

　　MOV R4,#0

　　LABLE EQU #0X2300000

　　MOV LABLE,#300

　　LKM

　　ADD R3,R3,#2

　　ADD R4,R4,R3

　　ADD R5,R5,#1

　　CMP R5,#LABLE

　　BLNE LKM

　　END

　　9、編程實現S3C2410工作模式的切換。

　　MRS R0,CPRS

　　BIC R0,R0,#&1F

　　ORR R0,R0,#&12

　　MSR CPSR_C R0

　　10、UART初始化編程。

　　START

　　LDR R0,=UFCON0

　　LDR R1,=0X0

　　STR R1,[R0]

　　LDR R0,=ULCON0

　　LDR R1,=0X3

　　STR R1,[R0]

　　LDR R0,=UCON0

　　LDR R1,=0X245

　　STR R1,[R0]

　　LDR R0,=PCLK

　　MOV R1,[R0]

　　考試題型

　　填空20分;單項選擇20分;名詞解釋12分;簡答題20分;編程題28分。

　　跳轉指令：

　　B BL BLX BX

　　B/BL{cond} label

　　BLX{cond} Rm/lable

　　數據指令:

　　MOV MVN 移位指令 2

　　ADD ADC 加法指令 3

　　SUB SBC 減法指令 3

　　RSB RSC 逆向減法 3

　　ORR EOR AND 邏輯 3

　　CMP CMN TST TEQ 測試 2

　　BIC 位測試 3

　　注意：

　　{cond} {s} Rd ,Rm

　　{cond} {s} Rd ,Rm Rn LSL #3

　　{cond} {s} Rd ,Rm,# LABLE

　　TEQ (NE,EQ)

　　乘法：

　　MUL 32 {cond} {S} Rd, Rm ,Rs

　　MLA 32 {cond} {S} Rd, Rm ,Rs

　　SMULL/ SMLAL

　　UMULL/UMLAL

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