嵌入式系统开发基础基于ARM微处理器和Linux操作系统的课后答案.docx
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嵌入式系统开发基础基于ARM微处理器和Linux操作系统的课后答案
1-1什么是嵌入式系统？
嵌入式系统和普通计算机系统的区别是什么？
举例说明。
答：
问题一：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机为基础，其软硬件可裁剪配置，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的一种专用计算机系统。
问题二：
比较项目
嵌入式系统
普通计算机系统
引导代码
BootLoader引导，针对不同电路进行移植
主板的BIOS引导
OS
WindowsCE、VxWorks、Linux等，需要移植
Windows、Linux，不移植
驱动程序
每个设备都必须针对电路板进行开发
OS中含有大多数，直接下载
协议栈
移植
OS或者第三方供应商提供
开发环境
借助服务器进行交叉编译
在本机可开发调试
仿真器
需要
不需要
1-2简述嵌入式系统的构成
答：
硬件
微处理器
嵌入式系统的控制核心
外围电路
嵌入式系统的内存、I/O端口、复位电路、电源等
外设
USB、LCD、键盘等
软件
设备驱动接口
负责嵌入式系统与外设的信息交互
实时操作系统
包括与硬件相关的底层软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等
可编程应用接口
为编制应用程序提供各种编程接口库
应用软件
1-3
答：
R13：
也记作SP，在ARM指令集中虽然没有强制，但是通常用于堆栈指针SP；在Thumb指令集中强制其作为堆栈指针。
R14：
也记作程序连接寄存器LR（LinkRegister），用于保存子程序调用或异常中断处理返回时程序的返回地址。
R15：
也记作程序计数器PC，用于标示下一条将要执行的指令地址。
CPSR：
程序状态寄存器，包含条件标识位、中断标识位、当前处理器模式等状态和控制位。
SPSR：
备份的程序状态寄存器。
在异常中断处理过程中，用于保存被中断处理程序的执行现场和处理器状态。
1-4
答：
（1）复位异常中断：
当系统上电、复位、软件复位时产生该类型中断。
（2）未定义指令异常中断：
当ARM处理器或系统中的协处理器认为当前指令未定义时，产生该中断。
通常利用该中断模拟浮点向量运算。
（3）软件中断：
可用于用户模式下特权操作的调用，既可以是系统功能，也可以是用户自定义的功能。
（4）指令预取中止异常中断：
如果处理器预取的指令地址不存在，或者该地址不允许当前指令访问，产生该类型的中断。
（5）数据访问中止异常中断：
如果数据访问的目标地址不存在，或者该地址不允许当前指令访问，则产生该中断。
（6）外部中断：
当处理器的外部中断请求引脚有效，而且CPSR的I控制位被清除时，产生该类型的中断
（7）快速外部中断：
当处理器的快速中断请求引脚有效，而且CPSR的F控制位被清除时，产生该中断。
1-5
答：
（1）ADRR0,TABLE
（2）ADRR1,DATA
LDRR0,[R1]
（3）LDRR0,=DATA
（4）TABLEEQU800
MOVR0,#TABLE
（5）TABLESPACE20
1-6
答：
R0=DATA1这组数据在存储器中所存放的起始地址，由编译器分配;
R1=0x0C0D0E0F;R2=0xF;R3=0x8020;[0x8020]=R1
1-7
答：
AREASWITCH,CODE,READONLY
ENTRY
ANDR2,R0,0x3;R2R0的低两位
MOVR2,R2,LSL#30;将低两位移动到高两位
BICR0,R0,0x3;将R0的低两位清0
ANDR3,R1,0xC0000000;R3R1的高两位
MOVR3,R3,LSR#30;将高两位移动到低两位
BICR1,R1,0xC0000000;将R1的高两位清0
ORRR0,R0,R3;R1的高两位写入到R0的低两位
ORRR1,R1,R2;R0的低两位写入到R1的高两位
END
1-8
答：
//main.c
Include“stdio.h”
externintsum（intnum[],intn）;
main（）{
intarray[10]={20,30,23,5,15,64,6,15,72,73};
intHE=sum（array,10）;
printf（“Thesumofarrayis%d”,HE）;
}
//huibian.s
AREAASM,CODE,READONLY
EXPORTsum
sumMOVR2,#0
LOOPLDRR3,[R0],#4
ADDR2,R2,R3
SUBR1,R1,1
CMPR1,0
BNELOOP
MOVR0,R2
MOVPC,LR
END
1-9
答：
（1）要求很强的实时性，支持快速而明确的上下文切换
（2）具有高度的可裁剪性，支持动态链接，能够通过装卸某些模块来达到系统所需要的功能
（3）具有快速有效的中断和异常处理能力
（4）具有优化的浮点支持
（5）能够进行动态的内存管理
2-1略。
2-2略
2-3略
2-4按照要求完成以下操作。
（1）创建文件夹test。
mkdirtest
（2）进入test目录。
cdtest
（3）在test目录下用Vi编辑一个新文件test.c，其内容如下：
#include
intmain（）
{
inta,i=0;
a=0;
while（i<20）
{
a=a+3;
printf（"thevalueofa=％d\n",a）;
sleep
（1）;
i=i+1;
return0;
}
}
vitest.c
（4）保存退出test.c。
（5）按照下面的要求编译test.c。
使用gcc-otest.otest.c编译，生成test.o。
使用gcc-g-ogtest.otest.c编译，生成gtest.o。
比较gtest.o与test.o的大小，哪个大？
为什么？
gtest.o比test.o大，因为前者加入了一些调试信息。
（6）执行gtest.o与test.o。
2-5使用GDB调试上面的程序gtest.o。
（1）进入GDB调试环境，读入调试程序。
gdbgtest.o
（2）列出源文件内容。
list
（3）在程序a=0;处设置一个断点。
breakpoint
（4）在程序printf（"thevalueofa=%d\n",a）;处设置一个断点。
（5）执行该程序。
run
（6）查看变量a的值。
printa
（7）查看变量a的类型。
（8）执行下一个源程序行，从而执行其整体中的一个函数。
（9）从断点开始继续执行到下一个断点。
（10）查看变量a的值，看看a是否有变化？
（11）不停地执行continue，直到程序结束。
（12）退出GDB。
2-6根据要求编写Makefile文件。
五个文件分别是main.c、display1.h、display1.c、display2.h、display2.c，具体的代码如下：
#include"stdio.h"
intmain（intargc,char**argv）
{
display1（"hello"）;
display2（"hello"）;
}
display1.h
voiddisplay1（char*print_str）;
display2.h
voiddisplay2（char*print_str）;
display1.c
#include"display1.h"
voiddisplay1（char*print_str）
{
printf（"Thisisdisplay1print％sn",print_str）;
}
display2.c
#include"display2.h"
voiddisplay2（char*print_str）
{
printf（"Thisisdisplay2print％sn",print_str）;
}
（1）如果上述文件在同一个目录，请编写Makefile文件。
（2）如果按照下面的目录结构存放文件，请编写Makefile文件。
|---bin存放生成的可执行文件
|---obj存放.o文件
|---include存放display1.h和display2.h文件
|---src存放main.c、display1.c、display2.c和Makefile
（3）如果按照下面的目录结构存放文件，请编写Makefile文件。
|---bin存放生成的可执行文件
|---obj存放.o文件
|---include存放display1.h和display2.h文件
|---src存放main.c和Makefile
|---src/display1存放display1.c和Makefile
|---src/display2存放display2.c和Makefile
src下面的makefile
SRC_DIR=.
INC_DIR=../include
OBJ_DIR=../obj
BIN_DIR=../bin
include$（SRC_DIR）/test/makefile
include$（SRC_DIR）/test1/makefile
display1下面的makefile
all:
$（OBJ_DIR）/display1.o$（OBJ_DIR）/display1.o
gcc-o$（BIN_DIR）/display1$^
display2下面的makefile
$（OBJ_DIR）/display2.o:
$（SRC_DIR）/display2/display.c
gcc-c$<-o$@
3-1
答：
1.建立宿主机开发环境，包括操作系统及编译器等
2．配置宿主机相关服务及软件，如minicom、网络等
3．建立引导加载程序BootLoader
4．移植内核kernel
5．建立根文件系统root
6．建立应用程序的Flash磁盘分区
7．开发应用程序
8．烧写内核、根文件系统和应用程序
9．发布产品
3-2
答：
Stage1：
（1）硬件设备初始化。
（2）为加载BootLoader的Stage2准备RAM空间。
（3）复制BootLoader的Stage2到RAM空间中。
（4）设置好堆栈。
堆栈指针的设置是为执行C语言代码做好准备。
Stage2：
（1）初始化本阶段要使用到的硬件设备。
（2）检测系统内存映射（MemoryMap）。
（3）将内核映像和根文件系统映像从Flash存储器上读到RAM空间中。
（4）为内核设置启动参数。
（5）调用内核。
3-3答：
1.数据结构file_operations
2.设备注册：
驱动程序模块通过函数register_chrdev来完成内核的注册。
3.设备卸载：
驱动程序模块通过函数unregister_chrdev来完成内核的卸载。
4．打开/释放设备：
驱动程序通过函数open来完成设备的打开。
驱动程序通过函数release来完成设备的释放
5．读写设备：
read函数将数据从内核复制到应用程序空间，write函数则将数据从应用程序空间复制到内核。
6．读写以外的I/O操作：
驱动程序模块通过ioctl函数来完成读写以外的I/O操作，如锁设备等
3-4答：
（1）register_chrdev（0,”demo”,&demo_fops）;
（2）mknod/dev/democ2200
（3）insmoddemo.o
4-1参见exam4-1
4-2参见exam4-2
4-3参见exam4-3
5-1略
5-2略
5-3
C:
\Qt\4.3.2>sqlite3exam.db
SQLiteversion3.5.4
Enter".help"forinstructions
EnterSQLstatementsterminatedwitha";"
sqlite>createtablebook（IDIntegerprimarykey,Namevarchar（20）,Typevarchar（10
）,CountInteger）;
sqlite>insertintobookvalues（1,'SQLite3','Database',10）;
sqlite>insertintobookvalues（2,'Qt4','GUI',20）;
sqlite>select*frombook;
1|SQLite3|Database|10
2|Qt4|GUI|20
sqlite>
5-4
#include
#include
intmain（）
{
sqlite3*db=NULL;
intrc;
char*Errormsg;
intnrow;
intncol;
char**Result;
inti=0;
rc=sqlite3_open（"exam.db",&db）;
if（rc）{
fprintf（stderr,"can'topendatabase:
%s\n",
sqlite3_errmsg（db））;
sqlite3_close（db）;
return1;
}else
printf（"opendatabasesuccessly!
\n"）;
char*sql="createtablebook（IDIntegerprimarykey,Namevarchar（20）,Typevarchar（10）,CountInteger）";
sqlite3_exec（db,sql,0,0,&Errormsg）;
sql="insertintobookvalues（1,'SQLite3','Database',10）";
sqlite3_exec（db,sql,0,0,&Errormsg）;
sql="insertintobookvalues（2,'Qt4','GUI',20）;";
sqlite3_exec（db,sql,0,0,&Errormsg）;
sql="select*frombook";
sqlite3_get_table（db,sql,&Result,&nrow,&ncol,&Errormsg）;
printf（"row=%dcolumn=%d\n",nrow,ncol）;
printf（"theresultis:
\n"）;
for（i=0;i<（nrow+1）*ncol;i++）
printf（"Result[%d]=%s\n",i,Result[i]）;
sqlite3_free（Errormsg）;
sqlite3_free_table（Result）;
sqlite3_close（db）;
return0;
}
5-5
参见案例
6-1略
6-2略
6-3参见exam6-3。
6-4参见案例
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