嵌入式系统原理及接口技术复习题1解读.docx
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嵌入式系统原理及接口技术复习题1解读
一、填空
1.“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。
2.IP核分为软核、硬核、固核。
3.嵌入式系统通常由包含有嵌入式处理器、嵌入式操作系统、应用软件和外围设备接口的嵌入式计算机系统和执行装置（被控对象）组成。
4.嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，可以分为硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
5.硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心。
6.系统初始化过程按照自底向上、从硬件到软件的次序依次可以分为片级初始化、板级初始化和系统级初始化3个主要环节。
7.系统软件层通常包含有实时多任务操作系统（Real-timeOperationSystem，RTOS）、文件系统、图形用户接口（GraphicUserInterface，GUI）、网络系统及通用组件模块组成。
RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
8.ARM处理器共有37个寄存器，31个通用寄存器，6个状态寄存器。
寄存器R13通常用作堆栈指针，称作SP。
寄存器R14用作子程序链接寄存器，也称为链接寄存器LK（LinkRegister）。
9.FIQ模式有7个分组的寄存器R8～R14，映射为R8_fiq～R14_fiq。
在ARM状态下，许多FIQ处理没必要保存任何寄存器。
User、IRQ、Supervisor、Abort和Undefined模式每一种都包含两个分组的寄存器R13和R14的映射，允许每种模式都有自己的堆栈和链接寄存器。
10.寄存器R15用作程序计数器（PC）。
在ARM状态，位［1:
0］为0，位［31:
2］保存PC。
11.程序状态寄存器CPSR的N、Z、C、V分别指-------，I=1指------、F=1指------，M[4：
0]用做-------。
12.ARM指令集大致分为6类：
分支/跳转指令、存储器访问指令、数据处理指令、程序状态寄存器指令、异常中断指令、协处理器指令。
指令解析举例：
13.LDRR0,[R1]；将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0。
14.STRR0，[R1]，＃8；将R0中的字数据写入以R1为地址的存储器中，并将新地址R1＋8写入R1。
15.ADDSR1,R1,#1；加法指令，R1＋1＝R1影响CPSR寄存器，带有S
16.LDMFDR13!
，{R0，R4-R12，PC}；将堆栈内容恢复到寄存器（R0，R4到R12，LR）。
17.S3C2410A的CPU内核采用的是16/32位ARM920T内核，同时还采用了AMBA（先进的微控制器总线体系结构）新型总线结构。
18.ARM920T采用了MMU，AMBA总线和Harvard高速缓存体系结构，该结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个Cache都是由8字长的行组成的。
19.2个USB主设接口/1个USB从设接口
20.117位通用I/O口和24通道外部中断源；
21.电源控制模式有正常、慢速、空闲和电源关断4种模式；
22.ARM处理器支持用户、快中断、中断、管理、中止、系统和未定义等7种处理器模式，除了用户模式外，其余的均为特权模式；
23.ARM微处理器支持四种类型的堆栈，即：
满递增堆栈、满递减堆栈、空递增堆栈、空递减堆栈。
24.
25.8通道10位ADC和触摸屏接口；
26.支持小／大端方式
27.ARM体系结构使用单一、线性地址空间。
将字节地址做为无符号数看待，范围为（0～232－1）。
28.地址空间：
8个存储器bank，每bank128MB（byte）（总共1GB）。
29.对于字对齐的地址A，地址空间规则要求如下：
地址位于A的字由地址为A、A＋1、A＋2和A＋3的字节组成；
地址位于A的半字由地址为A和A＋1的字节组成；
地址位于A＋2的半字由地址为A＋2和A＋3的字节组成；
地址位于A的字由地址为A和A＋2的半字组成。
30.ARM系统使用存储器映射I/O。
I/O口使用特定的存储器地址，当从这些地址加载（用于输入）或向这些地址存储（用于输出）时，完成I/O功能。
31.bank0～bank6都采用固定的bank起始地址。
32.每个bank支持可编程的8/16/32位数据总线宽度。
33.总线宽度和等待寄存器BWSCON：
用来设置总线宽的和等待状态。
34.Bank控制寄存器BANKCONn：
控制各bank的片选，访问周期。
35.刷新控制寄存器REFRESH：
SDRAM的刷新控制寄存器。
36.BANKSIZE寄存器：
用来设置BANK的容量。
37.支持从NANDFlash存储器和NORFlash两种启动方式。
在NANDFlash模式下，采用4KB内部缓冲器用于启动引导
38.Cache存储器采用写直达（Write-through）或写回（Write-back）操作来更新主存储器。
39.每个引脚端的功能通过端口控制寄存器（PnCON）来定义（配置）。
40.与配置I/O口相关的寄存器包括：
端口控制寄存器（GPACON～GPHCON）、端口数据寄存器（GPADAT～GPHDAT）、端口上拉寄存器（GPBUP～GPHUP）、杂项控制寄存器以及外部中断控制寄存器（EXTINTN）等。
41.在ARM系统中，支持复位、未定义指令、软中断、预取中止、数据中止、IRQ和FIQ7种异常，每种异常对应于不同的处理器模式，有对应的异常向量（固定的存储器地址）。
42.S3C2410A通过对程序状态寄存器（PSR）中的F位和I位进行设置控制CPU的中断响应。
如果设置PSR的F位为1，则CPU不会响应来自中断控制器的FIQ中断；如果设置PSR的I位为1，则CPU不会响应来自中断控制器的IRQ中断。
如果设置PSR的F位或I位设置为0，同时将中断屏蔽寄存器（INTMSK）中的相对应位设置为0，CPU响应来自中断控制器的IRQ或FIQ中断请求。
43.S3C2410A中的中断控制器能够接收来自56个中断源的请求；
44.S3C2440A中的中断控制器能够接收来自60个中断源的请求；
45.每个DMA控制器可以处理以下4种情况：
（1）源和目的都在系统总线上；
（2）源在系统总线上，目的在外围总线上；（3）源在外围总线上，目的在系统总线上；（4）源和目的都在外围总线上。
46.S3C2410A每个DMA通道有9个控制寄存器，4个通道共有36个寄存器。
每个DMA通道的9个控制寄存器中有6个用于控制DMA传输，另外3个用于监控DMA控制器的状态。
47.如果在一个存储系统中，指令预取时使用的一个cache，数据读写时使用的另一个cache，各自是独立的，这时称系统使用了独立的cache，用于指令预取的cache称为指令cache，用于数据读写的cache称为数据cache。
48.存储器按存储信息的功能，分为随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）和只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）。
49.Flashmemory（闪速存储器）是嵌入式系统中重要的组成部分，用来存储程序和数据，掉电后数据不会丢失。
Bank控制寄存器BANKCONn：
控制各bank的片选，访问周期。
二、简答题
1.什么是嵌入式系统？
嵌入式系统的特点是什么？
答：
以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，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
特点：
与应用密切相关，实时性，复杂的算法，制造成本，功耗，开发和调试，可靠性，体积
2.简要说明嵌入式系统的硬件组成和软件组成。
答:
硬件组成：
微处理器，存储器，输入设备和输出设备。
软件组成：
操作系统，文件系统，图形用户接口，网络系统，通用组建模块。
3.S3C2410A的AHB总线上连接了那些控制器？
APB总线上连接了那些部件？
AHB：
LCD控制器，LCDDMA，总线控制器，USB主控制器，中断控制器，ExtMaster，电源管理，Nandflash控制器，储存器控制器。
APB：
通用异步收发器，内部集成电路总线（IIC），USB设备控制器，集成电路内部声音总线（IIS），MMC/SD/SDIO主控制器，通用I/O端口（GPIO），看门狗定时器（WDT），
定时时钟（RTC），总线控制器，A/D转换器，串行外设接口，定时器/脉宽调制。
4.ARM体系结构支持几种类型的异常，并说明其异常处理模式和优先级状态？
答，支持7种类型的异常
异常处理过程：
（进入异常）PC→LR，CPRS→SPSR，设置CPSR的运行模式位，跳转到相应的异常处理程序，（异常返回）LR→PC，SPSR→CPSR，若在进入异常处理时设置中断禁止位，要在此清楚，复位异常处理程序不需要返回。
Reset＞数据中指＞快速中断请求（ＦＩＱ）＞中断请求（IRQ）＞指令预取中止＞未定义指令和软件中止。
5.存储器生长堆栈可分为哪几种？
各有什么特点？
4种，满递增堆栈，满递减堆栈，空递增堆栈，空递减堆栈。
6.简述存储器系统层次结构及特点。
答：
层次结构：
包括Ｃａｃｈｅ，主存储器和辅助存储器
特点：
7.简述I2S总线接口的启动与停止过程。
通过I2S控制寄存器IISCON控制，当控制寄存器IISCON的地址为0=I2S禁止（停止）；当控制寄存器IISCON的地址为1=I2S允许（开始）。
8.简述ARM系统中的中断处理过程。
中断处理过程包括：
中断请求、中断排队或中断判优、中断响应、中断处理和中断返回
9.ARM微处理器支持哪几种运行模式？
各运行模式有什么特点？
User：
用户模式。
绝大部分的任务执行都在这种操作模式下，此为正常的程序执行模式。
FIQ：
快速中断模式。
支持数据传送或通道处理。
IRQ：
普通中断模式。
用于一半中断处理。
Supervisor：
管理模式。
一种操作系统受保护的方式。
Abort：
中止模式。
在访问数据中止后或指令预取中止后进入中止方式。
System：
系统模式。
是操作系统一种特权级的用户方式。
Undef：
未定义模式。
当执行未定义指令时会进入这种操作模式。
10.当PCLK=66.5MHz时，选择不同的时钟分频（1/2、1/4、1/8、1/16）输入，分别计算定时器最小分辨率、最大分辨率及最大定时区间。
答：
最小分辨率：
定时器输入时钟频率=ＰＣＬＫ／{ｐｒｅｓｃａｌｅｒ＋１}／{ｄｉｖｉｄｅｒ值}＝６６.5/{0+1}/{2}=33.2500（MHz）
一个计数脉冲时间=1/33.2500MHz=0.0300（us）
最大分辨率：
定时器输入时钟频率=PCLK/｛255+1｝/{2}=66.5/256/2=129.8828
一个计数脉冲的时间=1/129.8828=7.6992（us）
最大定时区间：
由于TCNTBn=65535，计数到0共65536个计数脉冲，
所以65536*7.6992=0.5045（sec）。
11.分析如图所示I2S总线时序图，说明其操作过程。
12.S3C2410A与UAD1341通过I2S总线接口连接，试述音频数据传送过程。
答：
处理器通过IIS总线接口，控制音频数据在s3c2410内存与UDA1341TS之间传送。
连接在UDA1314TS上的麦克风信号在UDA1314内部经过A/D转换器，转换成二进制数，串行通过DATAO引脚送到S3C2410的IIS模块，在IIS模块中数据转换成并行数据然后使用通常存取方式或DMA存取方式，将并行数据保存的内存中，而内存中要输出的音频数据使用通常存取方式或DMA存取方式，将数据并行传送到IIS模块在IIS中转换成串行数据，串行通过DATAI引脚送到UDA1314TS，在片内经过D/A转换器，变成模拟信号，经过驱动器，驱动扬声器。
13.简述LCD控制器组成及数据流描述。
LCD控制器包括：
REGBBANK，LCDCDMA，TMEGEN，ＬＰＣ定时控制逻辑单元，VIDPRCS以及VIDEOMUX组成。
当传送请求由总线仲裁器接收时，4个连续的字数据由系统存储器帧缓冲区传送到LCDCDMA内的FIFO。
全部FIFO大小为28个字，分别由12个字的FIFOL和16个字的FIFOH组成。
使用FIFOL和FIFOH，用来支持双扫描显示模式，在单扫描显示模式，仅有FIFO中一个，即FIFOH能够被使用。
14.以下是S3C2410A的串口逻辑方框图，试分析其组成和工作原理。
15.ARM的异常有哪几种，各进入何种工作模式？
他们退出各采用什么指令？
答：
1）复位（Reset）异常（管理模式）；
2）未定义指令（undefinedinstruction）异常（未定义模式）；
3）软件中断（SWI）异常（管理模式）；
4）指令预取中止（PrefechAbort）异常（中止模式）；
5）数据访问中止（DataAbort）（中止模式）；
6）快速中断请求（FIQ）（FIQ模式）；
7）外部中断请求（IRQ）（IRQ模式）。
异常返回指令：
1）SWI，未定义的返回：
MOVSPC,R14；2）IRQ,FIQ,预取中止的返回：
SUBSPC,R14,#4；3）数据中止返回并重新存取：
SUBSPC,R14,#8
异常中断的优先级：
复位（最高优先级）-->数据异常中止--->FIQ-->IRQ--->预取指异常中止--->SWI---->未定义指令（包括缺协处理器）。
16.什么是小端和大端存储器组织？
答：
1）小端存储器组织是较高的有效字节存放在较高的存储器地址，较低的有效字节存放在较低的存储器地址（同同小）。
2）大端存储器组织是较高的有效字节存放在较低的存储器地址，较低的有效字节存放在较高的存储器地址（正反大）。
三、程序分析。
给以下程序主要过程加注释，幷写出程序功能
1.汇编程序：
IsrIRQ
subsp,sp,#4；//堆栈指针—4送入sp
stmfdsp！
，｛r8－r9｝
ldrr9，＝INTOFFSET
ldrr9，[r9]；//将该r9内容作为地址，读该单元数据送r9。
ldrr8，＝HandleEINT0；//读中断向量表首地址
addr8，r8，r9，lsl#2；//r9的值逻辑左移2位，加r8，和送r8。
ldrr8,[r8]；//将该r8内容作为地址，读该单元数据送r8。
strr8，[sp,#8］；//先索引，r8数据写入sp+8做地址的寄存器中，不回写。
ldmfdsp!
，{r8-r9,pc}；//将sp指向的储存单元多字数据，装入r8-r9地址单元，pc中。
程序实现的功能：
IRQ中断服务程序课本P257
2.C语言程序段
rGPFCON|=2<<0|2<<4;//将GPF0配置成EINT0和将GPF2配置成EINT2
rGPGCON|=2<<6|2<<22;//将GPG3，GPG11配置成EINT11,EINT19功能
rINTMOD=0;//中断模式配置为IRQ中断
rEXTINT0|=4<<0|4<<8;//将EINT0和EINT2信号方式设置为上升沿触发
rEXTINT1|=4<<12;//将EINT11信号方式配置为上升沿触发
rEXTINT2|=4<<12;//将EINT19信号方式配置为上升沿触发
//
rINTMSK&=~（1<<0|1<<2|1<<5）;
//EINT0,EINT2,EINT8_23对应屏蔽位置0，允许服务
程序实现的功能：
中断初始化课本P255
3.C语言程序段
voidTest_Touchpanel（void）
{
rADCDLY=50000;//Normalconversionmodedelayabout
rADCCON=（1<<14）+（ADCPRS<<6）;//ADCPRSEn,ADCPRSValue
rADCTSC=0xd3;//Wfait,XP_PU,XP_Dis,XM_Dis,YP_Dis,YM_En
pISR_ADC=（int）AdcTsAuto;
rINTMSK=~BIT_ADC;//ADCTouchScreenMaskbitclear
rINTSUBMSK=~（BIT_SUB_TC）;
Uart_Getch（）;
rINTSUBMSK|=BIT_SUB_TC;
rINTMSK|=BIT_ADC;
}
程序实现的功能：
测试触摸屏
4.汇编语言
ldrr0,=REFRESH
ldrr3,[r0];r3=rREFRESH
movr1,r3
orrr1,r1,#BIT_SELFREFRESH
strr1,[r0];EnableSDRAMself-refresh
movr1,#16;waituntilself-refreshisissued.maynotbeneeded.
0subsr1,r1,#1
bne%B0
四、设计与编程（每题10分，共20分）
1.设计程序，写出实现LED1~LED4轮流闪烁的主程序代码。
已知FCLK=400M，不考虑分频函数，FCLK:
HCLK:
PCLK按1:
2:
4计算，使用端口GPB0、1、2、3为LED控制端口，低电平点亮。
GPBCON功能描述
配置端口B引脚端，使用位[21:
0]，分别对端口B的11个引脚端进行配置。
00：
输入；01：
输出；10：
第2功能；11：
保留
程序代码：
voiddely（U32tt）
{
U32i;
for（;tt>0;tt--）
{
for（i=0;i<10000;i++）{}
}
}
intMain（intargc,char**argv）
{
inti;
U8key;
U32mpll_val=0;
intdata;
mpll_val=（92<<12）|（1<<4）|
（1）;
//initFCLK=400M,sochangeMPLLfirst
ChangeMPllValue（（mpll_val>>12）&0xff,（mpll_val>>4）&0x3f,mpll_val&3）;
ChangeClockDivider（key,12）;
MMU_DisableICache（）;
MMU_DisableDCache（）;
rGPBCON=0x155555;
data=0x06;
while
（1）
{
rGPBDAT=（data<<5）;
dely（120）;
data=~data;
}
return0;
}
2.根据NandFlash控制器工作原理，试在图中画出S3C2410A的NandFlash控制器与K9F2808U0C芯片的连接关系，并简单描述其操作过程。
3.S3C2410A的LCD控制器初始化程序主要包括配置LCD引脚用到的GPIO；设置LCDCON寄存器参数等。
试配置C端口、D端口的相关引脚为LCD功能引脚。
写出端口配置初始化程序。
4.用S3C2410A或S3C2440的串口1实现串口通信。
试设计不带流量控制的简单收发程序，包括初始化程序，发送程序和接收程序。
所用寄存器描述如下：
ULCONn位
描述
[6]
0：
正常模式；1：
红外模式
[5:
3]
0xx：
无奇偶校验；100：
奇校验101：
偶校验
110：
强制奇偶校验／校验1；111：
强制奇偶校验／校验0
[2]
0：
每帧1个停止位；1：
每帧2个停止位
[1:
0]
00：
5位；01：
6位；10：
7位；11：
8位
UCONn的位功能
位
描述
波特率时钟选择
[10]
0：
使用PCLK，1：
使用UEXTCLK
发送中断请求类型选择
[9]
0：
脉冲；1：
电平
接收中断请求类型选择
[8]
0：
脉冲；1：
电平
Rx超时中断使能控制
[7]
0：
禁止；1：
使能
接收错误状态中断使能控制
[6]
0：
禁止；1：
使能
回送模式选择
[5]
0：
正常模式；1：
回送模式
发送模式选择
[3:
2]
00：
禁止；01：
中断请求或查询模式；
接收模式选择
[1:
0]
00：
禁止；01：
中断请求或查询模式；
UMCONn的位功能
位
描述
AFC使能
[4]
0：
禁止；1：
使能
请求发送
[0]
0：
RTS无效；1：
RTS有效
等等
已定义宏如下：
#defineWrUTXH0（ch）（*（volatileunsignedchar*）0x50000020）=（unsignedchar）（ch）
#defineRdURXH0（）（*（volatileunsignedchar*）0x50000024）
程序设计（要求加注释）：
5.使用S3C2410A的A/D转换器进行模拟信号到数字信号的转换。
写出初始化函数和读取转换结果的函数。
ADCDAT0位名
位
描述
XPDATA（正常ADC）
[9:
0]
X位置的转换数据值（包括正常A/D转换的数据值）。
取值范围：
0～3FF
定义与A／D转换相关的寄存器
#definerADCCON（*（volatileunsigned*）0x58000000）//ADC控制寄存器
#definerADCTSC（*（volatileunsigned*）0x58000004）//ADC触摸屏控制寄存器
#definerADCDLY（*（volatileunsigned*）0x58000008）//ADC启动或间隔延时寄存器
#definerADCDAT0（*（volatileunsigned*）0x5800000c）//ADC转换数据寄存器0
#definerADCDAT1（*（volati1eunsigned*）0x58000010）//ADC转换数据寄存器
程序设计（要求加注释）：
6.S3C2440的bank6使用32位数据总线与SDRAM芯片HY57V561620连接，每片SDRAM为32MB存储空间，16位数据线。
试画出二者之间的连接电路图。
在下图中SDRAM芯片引脚引出线上标出连接到S3C2440芯片上的对应引脚名称。
简单描述工作原理：
读书的好处
1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。
——达尔文
5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。
——颜真卿
7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
8、读书要三到：
心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
10、一日无书，百事荒废。
——陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。
——高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。
——陆游
15、读一本好书，就
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