嵌入式系统设计 (考试题+答案)
第1章 ?嵌入式系統(tǒng)概述
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用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置
1. 系統(tǒng)內(nèi)核小
2. 專用性強
3. 運行環(huán)境差異大
4. 可靠性要求高
5. 系統(tǒng)精簡和高實時性操作系統(tǒng)
6. 具有固化在非易失性存儲器中的代碼
7. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作和環(huán)境
體積小、實時性、特殊的開發(fā)調(diào)試環(huán)境
答:嵌入式處理器可以分為四類:
嵌入式微處理器EMPU(Embedded Microprocessor Unit)嵌入式微處理器就是和通用計算機的微處理器對應(yīng)的CPU。在應(yīng)用中,一般是將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板上,在母板上只保留和嵌入式相關(guān)的功能即可,這樣可以滿足嵌入式系統(tǒng)體積小和功耗低的要求。
嵌入式微控制器EMCU(Embedded Microcontroller Unit)嵌入式微控制器又稱為單片機,它將CPU、存儲器(少量的RAM、ROM或兩者都有)和其它外設(shè)接口封裝在同一片集成電路里。
嵌入式數(shù)字信號處理器EDSP(Embedded Digital Signal Processor)嵌入式DSP專門用來對離散時間信號進行極快的處理計算,提高編譯效率和執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析、圖像處理等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
嵌入式片上系統(tǒng)ESoC (Embedded System on Chip)。?ESoC:在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)。
答:嵌入式系統(tǒng)指的是以應(yīng)用為中心和以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的,并且軟硬件是可裁剪的,能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等指標(biāo)嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。
答:與通用計算機相比,嵌入式系統(tǒng)特點:
1:嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的;
2:嵌入式系統(tǒng)功耗低、體積小、集成度高、成本低;
3:嵌入式系統(tǒng)具有較長的生命周期;
4:嵌入式系統(tǒng)具有固化的代碼;
5:嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要專用開發(fā)工具和環(huán)境;
6:嵌入式系統(tǒng)軟件需要RTOS開發(fā)平臺;
7:嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員以應(yīng)用專家為主;
8:嵌入式系統(tǒng)是知識集成系統(tǒng)。
答:嵌入式系統(tǒng)的典型組成:
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這類產(chǎn)品從總體上來看由兩部分組成:硬件、軟件。
硬件:嵌入式芯片,由嵌入試CPU、內(nèi)存RAM、ROM、寄存器、輸入/輸出通道組成。
軟件:嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序(C語言、匯編、JAVA語言等編成)。
然后這兩部分由外殼包裝起來。用戶使按下鍵后,系統(tǒng)檢測到后,經(jīng)過輸入通道收集,送到OS,然后OS根據(jù)按鍵的命令,發(fā)出相應(yīng)的命令,調(diào)用響應(yīng)的程序。處理完畢之后,把結(jié)果輸出。
答:BootLoader是系統(tǒng)加電后、操作系統(tǒng)內(nèi)核或用戶應(yīng)用程序運行之前,首先必須運行的一段程序代碼。通過這段程序,為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核、運行用戶應(yīng)用程序準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。(對于嵌入式系統(tǒng)來說,有的使用操作系統(tǒng),也有的不使用操作系統(tǒng),但在系統(tǒng)啟動時都必須運行BootLoader,為系統(tǒng)運行準(zhǔn)備好軟硬件環(huán)境。)
A、圖形用戶接口 B、驅(qū)動映射層C、硬件交互層 D、硬件抽象層
A、程序存儲空間與數(shù)據(jù)存儲空間分離 B、存儲空間與IO空間分離
C、程序存儲空間與數(shù)據(jù)存儲空間合并 D、存儲空間與IO空間合并
答:嵌入式系統(tǒng)的硬件是以嵌入式處理器為中心,由存儲設(shè)備、I/O設(shè)備、通信接口設(shè)備、擴展設(shè)備接口以及電源等必要的輔助接口構(gòu)成。
A.Windows CE ??????????????B.VxWorks
C.windowsXP ???????????????D.UC/OS
A.與硬件有關(guān),與操作系統(tǒng)無關(guān) ????B.與硬件無關(guān),與操作系統(tǒng)有關(guān)
C.與硬件和操作系統(tǒng)都相關(guān) ????????D.與操作系統(tǒng)和硬件都無關(guān)
答:消費電子、通信設(shè)備、家庭設(shè)備、汽車電子、工業(yè)控制、軍事國防、醫(yī)療電子等。
A.專用性強????B.軟件豐富????C.可靠性高?????D.實時性強
A.片上系統(tǒng)???B.先進精簡指令集機器???C.存儲器管理單元????D.實時操作系統(tǒng)
答:按照嵌入式系統(tǒng)的定義,嵌入式系統(tǒng)有3個基本特點,即“嵌入性”、“專用性”與“計算機”。
“嵌入性”由早期微型機時代的嵌入式計算機應(yīng)用而來,專指計算機嵌入到對象體系中,實現(xiàn)對象體系的智能控制。當(dāng)嵌入式系統(tǒng)變成一個獨立應(yīng)用產(chǎn)品時,可將嵌入性理解為內(nèi)部嵌有微處理器或計算機。
“計算機”是對象系統(tǒng)智能化控制的根本保證。隨著單片機向MCU、SoC發(fā)展,片內(nèi)計算機外圍電路、接口電路、控制單元日益增多,“專用計算機系統(tǒng)”演變成為“內(nèi)含微處理器”的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)相比較,現(xiàn)代電子系統(tǒng)由于內(nèi)含微處理器,能實現(xiàn)對象系統(tǒng)的計算機智能化控制能力。
“專用性”是指在滿足對象控制要求及環(huán)境要求下的軟硬件裁剪性。嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件配置必須依據(jù)嵌入對象的要求,設(shè)計成專用的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。
A.“天河一號”超級計算機 ???????B.戴爾 XPS13D-7508T?筆記本電腦???
C.蘋果iPhone 6手機?????????????D.三星900X3K-K01超極本
答:產(chǎn)品種類不斷豐富;應(yīng)用范圍不斷普及;性能不斷提高;功耗不斷降低,體積不斷縮小;網(wǎng)絡(luò)化、智能化程度不斷提高;軟件成為影響價格的主要因素。
答:初始化程序是系統(tǒng)加電后運行的第一段軟件代碼。
在嵌入式系統(tǒng)中,通常整個系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由BootLoader來完成。簡單地說,BootLoader就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運行之前運行的一段小程序。通過這段小程序,可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖,從而將系統(tǒng)的軟、硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài),以便為調(diào)用應(yīng)用程序或者操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。
【解析】廣義上講,凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。狹義上講,嵌入式系統(tǒng)強調(diào)那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成的具有自己的操作系統(tǒng)和特定功能、用于特定場合的獨立系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。選項中A、C、D均屬于嵌入式系統(tǒng);而服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的高性能計算機,不屬于嵌入式系統(tǒng)。所以本題選B。?
【解析】嵌入式系統(tǒng)與通用計算機一樣,也由硬件和軟件兩部分組成。硬件的主體是CPU和存儲器,它們通過I/O接口和I/O設(shè)備與外部世界聯(lián)系。現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中使用最多的還是8位和16位CPU,但32位是技術(shù)發(fā)展的主流。故本題選C。
【解析】嵌入式系統(tǒng)的分類有多種。按系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)復(fù)雜度,嵌入式系統(tǒng)分為低端系統(tǒng)、中端系統(tǒng)和高端系統(tǒng)。其中低端系統(tǒng)硬件大多采用4位或8位單片機,不使用操作系統(tǒng),由監(jiān)控程序?qū)ο到y(tǒng)進行控制,在工控領(lǐng)域和白色家電領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。選型中D項表述錯誤,故選D。
【解析】隨著電子設(shè)計自動化水平的提高和VLSI制造技術(shù)的飛速發(fā)展,半導(dǎo)體加工已經(jīng)從微米、亞微米進入到深亞微米的時代,單個芯片上可以集成幾億個甚至幾十億個晶體管,因而能夠把計算機或其他一些電子系統(tǒng)的全部電路都集成在單個芯片上,這種芯片就是所謂的片上系統(tǒng)。SoC芯片中既包含數(shù)字電路,也可以包含模擬電路,甚至還能包含數(shù)字/模擬混合電路和射頻電路。由于SoC將嵌入式系統(tǒng)的幾乎全部功能都集成在一塊芯片中,單個芯片就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理和I/O等多種功能。目前,大多數(shù)32位的嵌入式處理芯片均為SoC,SoC逐漸成為集成電路設(shè)計的主流發(fā)展趨勢。D選項中平板電腦使用的也是SOC技術(shù),故本題選D。
【解析】嵌入式處理器本身是不能獨立工作的,必須給它供電,加上時鐘信號,提供復(fù)位信號等才可能工作;嵌入式最小硬件系統(tǒng)一般包括嵌入式處理器、時鐘電路、電源電路、復(fù)位電路、存儲器和調(diào)試測試接口;而大多數(shù)基于ARM處理器核的處理器芯片都有調(diào)試接口。故本題A項錯誤。
【解析】嵌入式系統(tǒng)加電后執(zhí)行的第一批最初操作稱為引導(dǎo)或者自舉(Boot),對應(yīng)的程序稱為引導(dǎo)程序或者加載程序,其英文術(shù)語是Bootloader;引導(dǎo)加載程序主要完成內(nèi)存加電自檢、外設(shè)存在自檢、內(nèi)存地址映射、初始化外圍設(shè)備、內(nèi)存尋址定位、加載和啟動操作系統(tǒng)。由于硬件平臺的不同,每種平臺的引導(dǎo)程序也有所差異。故本題選B。?
【解析】嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)平臺包含大量開發(fā)工具,軟件開發(fā)工具通常包括:項目管理器、編輯器、編譯器、連接器、定位器等;這些軟件開發(fā)工具往往都使用統(tǒng)一的用戶界面并作為一個整體提供給開發(fā)人員使用,以提高開發(fā)工作效率;有的開發(fā)平臺中還包含一些中間件和軟件組件,以滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域的各種應(yīng)用開發(fā);嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)平臺大多采用宿主機-目標(biāo)機的架構(gòu),宿主機是開發(fā)用機,目前大多數(shù)運行Windows操作系統(tǒng),而應(yīng)用軟件的開發(fā)和調(diào)試都是通過宿主機開完成。故本題選D。
【解析】JATG可用于實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的在線編程功能,其標(biāo)準(zhǔn)允許多個芯片通過JTAG接口串聯(lián)在一起,實現(xiàn)對多個器件的測試;目前大多數(shù)嵌入式CPU、DSP、FPGA器件都支持JTAG標(biāo)準(zhǔn);SWD是Cortex-M內(nèi)核提供的功能與JTAG類似的調(diào)試接口。故本題選A。
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第2章 ?ARM微處理器概述與編程模型
教材P36:1-8
答:ARM狀態(tài):執(zhí)行ARM指令集
Thumb狀態(tài):執(zhí)行Thumb指令集
使用跳轉(zhuǎn)指令BX/BLX
格式:BX/BLX ?Rm 當(dāng)Rm[0]為1時,從ARM態(tài)跳轉(zhuǎn)到Thumb態(tài)
37個寄存器:31個通用寄存器,包括程序計數(shù)器PC;6個狀態(tài)寄存器。
R13常作為堆棧指針(SP)
R14為鏈接寄存器(LR)保存子程序返回地址
答:復(fù)位:當(dāng)發(fā)生復(fù)位異常時,處理器立即停止當(dāng)前程序,進入禁止中斷的管理模式,并從地址0x00000000或0xFFFF0000處開始執(zhí)行。
未定義指令:ARM處理器認為當(dāng)前指令未定義時,便產(chǎn)生了未定義指令中斷。該異常可用于協(xié)處理器軟件仿真。
軟件中斷:當(dāng)用戶模式下的程序使用指令SWI時,處理器便產(chǎn)生軟件中斷,進入管理模式,以調(diào)用特權(quán)操作。
指令預(yù)取中止:當(dāng)處理器預(yù)取指令的地址不存在,或該地址不允許當(dāng)前指令訪問,存儲器會向處理器發(fā)出中止信號;只有當(dāng)預(yù)取的指令被執(zhí)行時,才會產(chǎn)生指令預(yù)取中止異常。
數(shù)據(jù)訪問中止:若處理器數(shù)據(jù)訪問指令的地址不存在,或該地址不允許當(dāng)前指令訪問時,就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止異常。
外部中斷請求:當(dāng)處理器的外部中斷請求引腳有效,而且CPSR中的I位為0時,就會產(chǎn)生IRQ異常。系統(tǒng)的外設(shè)可通過該異常請求中斷服務(wù)。
快速中斷請求:處理器的快速中斷請求引腳有效,而且CPSR中的F位為0時,將產(chǎn)生FIQ異常。
| 異 常 類 型 | 工 作 模 式 | 特定地址(低端) | 特定地址(高端) | 優(yōu) ?先 ?級 |
| 復(fù)位 | 管理模式 | 0x00000000 | 0xFFFF0000 | 1 |
| 未定義指令 | 未定義指令中止模式 | 0x00000004 | 0xFFFF0004 | 6 |
| 軟件中斷(SWI) | 管理模式 | 0x00000008 | 0xFFFF0008 | 6 |
| 指令預(yù)取中止 | 中止模式 | 0x0000000C | 0xFFFF000C | 5 |
| 數(shù)據(jù)訪問中止 | 中止模式 | 0x00000010 | 0xFFFF0010 | 2 |
| 外部中斷請求(IRQ) | 外部中斷模式 | 0x00000018 | 0xFFFF0018 | 4 |
| 快速中斷請求(FIQ) | 快速中斷模式 | 0x0000001C | 0xFFFF001C | 3 |
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答:ARM微處理器支持7種工作模式,分別為:
1)用戶模式(usr):ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài);
2) 快速中斷模式(fiq):用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道管理;
3) 外部中斷模式(irq):用于通用的中斷處理;
4) 管理模式(svc):操作系統(tǒng)使用的保護模式;
5) 數(shù)據(jù)訪問終止模式(abt):當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時進入該模式 ,用于虛擬存儲及存儲保護 ;
6) 系統(tǒng)模式(sys):運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù);
7) 未定義指令中止模式(und):當(dāng)未定義指令執(zhí)行時進入該模式, 可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真
答:1)復(fù)位異常(管理模式);無返回
2)未定義指令異常(未定義模式);返回指令MOVS PC,R14
3)軟件中斷(SWI)異常(管理模式);返回指令MOVS PC,R14
4)指令預(yù)取中止異常(中止模式);返回指令SUBS PC,R14,#4
5)數(shù)據(jù)訪問中止(中止模式);返回指令SUBS PC,R14,#8
6)快速中斷請求(FIQ)(FIQ模式);返回指令SUBS PC,R14,#4
7)外部中斷請求(IRQ)(IRQ模式)。返回指令SUBS PC,R14,#4
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答:N:負標(biāo)志位,運算結(jié)果的第31位值,記錄標(biāo)志設(shè)置的結(jié)果。
Z:零標(biāo)志位,如果標(biāo)志設(shè)置操作的結(jié)果為0,則置位。
C:進位標(biāo)志位,記錄無符號加法溢出,減法無錯位,循環(huán)移位。
V:溢出標(biāo)志位,記錄標(biāo)志設(shè)置操作的有符號溢出。
I:中斷禁止標(biāo)志位,置位時禁止IRQ中斷,否則允許IRQ中斷使能。
F:中斷禁止標(biāo)志位,置位時禁止FIQ中斷,否則允許FIQ中斷使能。
T:控制位,置位時處理器運行在Thumb狀態(tài)下,清零時處理器運行在ARM狀態(tài)下。
M0~M4:模式控制位,定義處理器的7中模式。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的嵌入式系统设计 (考试题+答案)的全部內(nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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