ARM嵌入式系统复习资料.docx

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ARM嵌入式系统复习资料

一.名词解释

1.嵌入式系统：

（EmbeddedSystems）（书P1）

以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，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。

2.嵌入式微控制器：

（书P5）

又称单片机，嵌入式微控制器一般以微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、EEPROM等各种必要功能和外设。

3.嵌入式操作系统：

（书P6）

是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，是嵌入式系统（包括硬件系统和软件系统）极为重要的组成部分。

是嵌入式系统的灵魂，是嵌入式应用软件的基础和开放平台，它是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其他应用程序都建立在操作系统之上。

4.SOC：

片上系统，即SystemOnChip，以微处理器为核心，集成了多种功能

5.SOPC：

System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。

6.CISC（书P15）

复杂指令集计算机（ComplexInstructionSetCompurter），这类计算机偏重于由硬件执行指令

7.RISC（书P15）

精简指令集计算机（ReducedInstructionSetComputer）

这类计算机设计的中心思想是精简指令集的复杂度，简化指令实现的硬件设计

8.IP核

IP核（IntellectualPropertycore）是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。

9.流水线技术

流水线（pipeline）技术是指程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。

10.流媒体（书P299）

采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。

嵌入式流媒体播放器以嵌入式处理器PXA270为核心。

11.RTOS：

即实时操作系统，是针对不同处理器优化设计的高效率实时多任务内核

12.JTAG：

JTAG（JointTestActionGroup,联合测试行为组织）调试接口。

13.GUI

图形用户界面（GraphicalUserInterface，简称GUI，称图形用户接口）

即采用图形方式显示的计算机操作用户界面。

14.交叉编译环境（P199）

交叉编译（cross-compilation）是指，在某个主机平台上（比如PC上）用交叉编译器编译出可在其他平台上（比如ARM上）运行的代码的过程。

15.冯诺依曼结构

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。

程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同。

16.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，是一种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。

二．简答题

1.ARM处理器的工作状态与切换方法？

说明ARM处理器支持的7种运行模式及功能，说明ARM处理器的异常类型及异常处理过程（书P27）

处理器工作模式功能

用户模式（usr）正常程序执行模式

快速中断模式（fiq）用于高速数据传输和通道处理

外部中断模式（irq）用于正常的中断处理

管理模式（svc）操作系统保护模式

数据访问终止模式（abt）用于虚拟存储及存储保护

未定义指令终止模式（und）用于支持硬件协处理器的软件仿真

系统模式（sys）用于运行特权级的操作系统任务

注：

除用户模式外，其他6种模式称为特权模式

7种异常，分别为：

复位，未定义指令，软件中断，指令预取中止，数据中止，

外部中断请求（IRQ），快速中断请求（FIQ）

异常处理过程：

对异常响应（具体步骤在书上32~35页）

从异常返回（具体步骤在书上35~37页）

2.PXA270处理器结构框图，PXA270处理器内部件和接口的主要功能。

高速基带协处理器；丰富的串行外设；支持JTAG调试；片内集成跟踪缓冲区，具有硬件监视特性；实时时钟；操作系统定时器；LCD控制器；USIM接口；低功耗；高性能的存储器控制；灵活的时钟；系统附属外设单元；中断控制器（详见P139）

图5.2PXA270结构框图

3.PXA270时钟管理单元结构图，PXA270时钟管理单元主要功能。

时钟管理为各个外围器件提供时钟。

负责执行处理器的复位、时钟、能量管理及控制外部能耗管理芯片，来达到对处理器功耗或者执行某些单独操作的能耗优化。

时钟系统主要包括以下五个时钟源;

13MHz振荡器，产生PLL的参考时钟和串口单元的时钟。

32.768kHz振荡器，用于低功耗模式和实时时钟单元

外围PLL，用于产生外围总线和外围单元的固定频率。

核心PLL，用于产生内核、LCD控制器。

内存控制器、系统总线的可编程时钟频率。

存储控制器时钟输出，设置存储器控制器时钟频率，让它和系统总线频率相同。

图5.6PXA270时钟结构图

4.SD卡的工作模式和引脚定义，SD卡接口电路。

SD卡引脚定义：

SD卡工作模式：

SD模式、SPI模式

SD卡接口电路：

5.用时序图描述

总线的数据传输过程，图示

接口应用实例。

（1）开始：

主设备产生启动信号，表明数据传输开始。

（2）地址：

主设备发送地址信息，包含7位的从设备地址和1位的数据方向指示位（读

（1）或写（0）位，表示数据流的方向）。

（3）数据:

根据指示位,数据在主设备和从设备之间传输。

数据以8位传输,重要的位放在前面;传输多少量的数据没有限制。

接收器产生1位的ACK（应答信号）表明收到了每个字节。

传输过程可以被中止和重新开始。

（4）停止：

主设备产生停止信号

I2C总线与使用I2C总线的EEPROM芯片KS24C080C连接电路如下图所示。

6.图示PXA270扩展64MBFlash存储器与64MBSDRAM存储器电路。

Flash存储器设计：

Flash存储器（内存）作为一种非易失性存储器，在系统中通常用于存放操作系统映像、程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。

Flash选用的是Intel公司的RC28F256P30C120，双片构成64MB的并行接口Flash。

PXA270复位后访问的是低地址空间（第一条指令在0x00000000处），因此引导Flash的片选采用nCS0，其缺省地址空间是0x00000000~0x03FFFFFF，共64MB。

单片Flash为16位数据总线，采用两片Flash数据总线并行连接，与PXA270为32位数据总线连接。

图6.3PXA270Flash存储器扩展

SDRAM存储器设计：

系统扩展了64MBSDRAM。

SDRAM不具有掉电保持数据的特性,但其存取速度大大高于闪存,且具有读写属性。

因此,SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、数据及堆栈区。

SDRAM采用Infineon公司的HYB25L256160A（4Banles*4Mbit*l6）,双片构成64MB的容量,SDRAM存储器扩展如图6.4所示。

U2,U5即为两片SDRAM。

图6.4PXA270SDRAM存储器扩展

三．编写汇编程序

1.数据块复制：

编程实现将从地址src开始的num个字的数据复制到地址dst去。

AREAexample5，CODE，READONLY;程序代码段,属性为只读

numEQU25;令num=25

ENTRY;程序入口

Start;标号Start

LDRR0,=src;R0=src的地址

LDRR1,=dst;R1=dst的地址

MOVR2,#num;R2=num

Blockcopy;标号Blockcopy,循环体起始

MOVSR3,R2,LSR#3;R3=R2/8

BEQwordcopy;若R3=0则跳转到字复制程序

STMFDSP!

{R4-R11};保存R4-R11到堆栈

copy;标号copy,块复制程序

LDMIAR0!

{R4-R11};R0开始的8个字复制到R4-R11中

STMIAR1!

{R4-R11};R4-R11中的数到R1始的8个字中

SUBSR3,R3,#1;R3=R3-1

BNEcopy;R3不为0,跳转到标号copy

wordcopy;标号wordcopy,字复制程序

ANDSR2，R2，#7;R2=R2&0x07，R2取末尾3位

BEQstop;若R2=0,则跳转到标号stop

copyLoop;字复制程序循环

LDRR3，[R0]，#4;R3=[R0]，R0=R0+4

STRR3，[R1]，#4;[R1]=R3，R1=R1+4

SUBSR2，R2，#1;R2=R2-1

BNEcopyLoop;R2不为0,转到copyLoop

stop

Bstop

AREAoriData，DATA，READWRITE;数据段,属性为可读写

SrcDCD0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,1,2,3,4

dstSPACE25*4;预留的空间

END;程序结束

2.多重循环：

对n个数进行从小到大排序。

AREAexample6，CODE，READONLY;程序代码段

numEQU10；令num=10

ENTRY；程序入口

start；标号start

LDRR0，=src；R0=src的地址

MOVR2，#num-1；R2=num-1

LOOP1；外循环体开始标号

LDRR4，[R0，R2，LSL#2]；R4=src[R2]

SUBSR3，R2，#1；R3=R2-1

LOOP2;内循环体开始标号

LDRPLR5,[R0,R3,LSL#2];R5=src[R3]

CMPR5，R4;比较R5和R4

STRGTR4,[R0,R3,LSL#2];若R5>R4,则src[R3]=R4

STRGTR5,[R0,R2,LSL#2];若R5>R4,则src[R2]=R5

MOVGTR4，R5;若R5>R4,则R4=R5

SUBSR3，R3，#1;R3=R3-1

BPLLOOP2;若R3>=0,则跳转到LOOP2

SUBSR2，R2，#1;R2=R2-1

BHILOOP1;若R2>=0,则跳转到LOOP1

B;原地跳转,进入死循环

AREADataArea,DATA,READWRITE;数据段开始

srcDCD6,1,9,8,4,5,0,7,3,2;源数据

四．综合题

1.3G手机和车载多媒体远程监控服务系统综合应用实例的主要功能、硬件组成和软件方案。

3G手机：

1.主要功能：

高端拍照手机欲取低端数码相机。

3G视频业务主要包括移动视频、视频共享和可视电话等。

3G手机还可以用来看电视，具体实现形式包括手机内置无线调谐器、运营商电信网络和卫星电视三种模式；3G手机可以用来播放数字音乐和视频。

配合GPS全球卫星定位系统，3G手机可以显示自己的位置，这样就可以实现问路、导航服务，甚至用来防盗。

2.硬件实现方案：

3G手机的硬件组成与普通手机没有大的区别，只是模拟系带部分采用的是3G技术，并且使用了更多的外设。

基于PXA270平台设计3G手机，既满足了高性能处理的要求，也可以方便的扩展GPS、摄像头、存储卡等外设。

3.软件方案：

在软件设计上,3G手机在提供传统2G手机的语音和文字通信的基础上,还必须能够提供各种其他的应用功能和服务,包括:

无线网络终端：

电子邮件、手机上网、手机商务及其他定位服务和安全数据传输等重要功能。

PDA功能:

拥有操作系统（Android、iOS5、WindowsPhone、Linux等）所提供的功能。

高质量的多媒体功能:

音视频播放器、视频电话、手机游戏平台等功能。

灵活的软件集成:

Java，预装、下载第三方软件或用户自行开发的软件。

3G手机在软件的架构上是一个三层的架构,底层是移植3G手机所外接的多种设备的驱动程序,中间层采用嵌入式操作系统,上层是用户所使用的各种应用程序。

2.车载多媒体远程监控服务系统：

1.主要功能：

（1）指纹防盗：

车主通过指纹验证才能开启汽车,否则车载终端提示登录失败,并声光报警;

（2）报警及监控：

当驾驶者未通过指纹验证,但汽车有移动时,为非法状态,车载终端将通过GPRS网络自动向服务中心报警。

服务中心接受报警后,可控制车载摄像头对车内拍照,并控制车载

（3）GPS模块获得GPS定位信息。

照片和GPS经纬度信息通过GPRS不间断地传输到服务中心。

服务中心管理人员可以通过集成软件查看汽车内的情况,并在电子地图上查看汽车位置,以便协助警方找到丢失的汽车,服务中心也可以解除对车载终端的控制。

（4）移动电话功能：

能够拨打、接听电话，具有来电显示、电话本、电话记录等功能;

（5）信息服务功能：

通过车载终端图形用户界面可订制服务信息,服务中心根据订制信息发送新闻、天气预报、路况、医院、饭店、修车场、GPS定位信息给车载终端,在图形界面显示。

除新闻和天气预报,信息都是根据汽车当前的位置实时提供的。

（6）多媒体功能：

能播放含有MPEG-4视频流的avi文件和mp3文件,具有简单的操作界面,能选择打开文件,开始、暂停、停止播放。

具有录像（格式为MPEG-4）、录音（格式为MP3）、拍照（格式为JPEG）的功能，并将文件存于U盘中。

2.硬件设计方案：

车载终端以PXA270处理器为核心，COM0口连接GPS模块,COM1口连接GPRS模块,COM2口连接指纹识别模块,USBHOST1连接U盘,USBHOST2连接摄像头,还外接了音箱和送话器（麦克风）。

3.软件设计方案：

软件设计主要包括两大部分,车载终端系统的开发和服务中心软件的开发。

车载终端系统主要是在Linux平台下的C编程和QT/E图形用户界面开发;服务中心软件在Windows环境下的视窗程序设计。

车载终端系统又分为前台图形用户界面和后台程序两部分。

用户只可通过用户界面和系统交互,后台程序除了监视汽车状态以外,还负责各个软件模块之间消息的转发。