计算机三级嵌入式系统操作题到详细解答.docx

1、计算机三级嵌入式系统操作题到详细解答操作题（一）1、地铁进出站闸机的控制器以S3C2410芯片为核心，并外加其他功能电路来进行设计，其基本功能描述如下：a、闸机能够识别本地铁票务系统出售的IC卡。能识别的IC卡有2种，一种是可预付费的市民卡，另一种是地铁站内出售的当次卡。b、乘客凭市民卡或当次卡刷卡进站。若IC卡合法，则闸机打开，乘客通过后，闸机立即关闭；若IC卡不合法，闸机不打开，并进行声光报警。声光报警5次后自动停止。c、进站刷卡时，还需识别IC卡的种类。若是市民卡，在闸机打开之前，需读取卡中余额并显示在闸机的LED显示器上，且把地铁站ID、进站时间写入卡中相应区域。若是当次卡，判断合法后

2、直接打开闸机。d、出站时，乘客需要根据所用的IC卡种类，来进行不同的操作。若乘客用的是市民卡，则需在闸机的刷卡器上刷卡，若乘客用的是当次卡则需要把卡投入闸机的投卡口中。e、若乘客出站时刷的是市民卡，闸机系统需读取存储在卡上的市民卡类别ID（注：市民卡类别分为普通卡、学生卡、老人卡）、地铁站ID、进站时间、余额等信息，根据这些信息来扣除费用，并在闸机的LED显示器上显示余额及本次扣费额，若是学生卡或老人卡，还要用声音播报出市民卡类别，然后，打开闸机，乘客通过后立即关闭闸机。f、若乘客出站时用的是当次卡，判断合法后即把闸机打开，乘客出去后立即关闭。根据上述功能要求的描述，请完善下面的叙述（程序）和

3、回答有关的问题。（注意：完善程序或回答问题所需的寄存器格式见题后的附录）（1）闸机控制器的硬件平台设计时，除了需要设计最小硬件系统（包括：微处理器、 _【1】_电路、时钟电路、复位电路、存储器、JTAG接口电路)外，还必须设计IC卡读写电路、闸门电机驱动电路、声音提示及声光报警电路、LED显示接口电路等。若闸门电机驱动电路由GPE1引脚控制，GPE1引脚输出0时，控制闸门关闭，输出1时，控制闸门打开。那么，初始化GPE1引脚功能的语句是：rGPECON=(rGPECON|0x00000004)& _【2】_); / rGPECON是端口E的控制寄存器控制闸门关闭和打开的语句分别是：rGPEDA

4、T = rGPEDAT & _【3】_; / rGPEDAT是端口E的数据寄存器rGPEDAT = rGPEDAT | _【4】_; （2）IC卡读写电路设计时，选用IC卡读写模块通过异步串行接口与S3C2410连接，利用S3C2410芯片内部的UART1部件实现异步串行接口电路设计。那么，在UART1的驱动程序设计时，可用下面一段程序来初始化UART1部件（注：UART1的波特率要求为：115200bps，数据格式要求为：8位数据、1位停止位、偶校验，主频为PCLK。）。void UART1_Init() rGPHCON=(rGPHCON&0xFFFFF0FF)| _【5】_; /端口H相应

5、引脚功能初始化 rUFCON1=0x0; /FIFO disable rUMCON1=0x0;rULCON1= ( _【6】_ 3)|(0 2)|( _【7】_); /设置线路控制寄存器rUCON1= 0x245; /设置控制寄存器 rUBRDIV1=(int)(PCLK/ _【8】_)+ 0.5 - 1); /设置波特率，小数采用四舍五入 （3）乘客出站时刷的若是市民卡，则需要用声音来播报卡的类别，即若是学生卡则语音播报：学生卡；若是老人卡则语音播报：老人卡。因此，硬件平台构建时设计了一个16位D/A转换器芯片，再加上功率放大电路及扬声器等所构成的语音播报电路，S3C2410芯片通过GPC端

6、口与D/A转换器的16位数据线相连。软件设计时，可以先行对相关的语音波形进行采样、编码。设人的语音频率范围是300Hz4000 Hz，因此，对语音波形采样时，采样频率至少应为 _【9】_KHz，所采得的数字语音信号才不至于失真。假设，播音员读学生卡的这段语音波形持续3秒，采用该采样频率进行采样，数字语音信号编码采用16位二进制数，那么存储该段语音信号约需要 _【10】_KB（1KB=1024B）的存储容量。语音回放时，按照采样频率要求，定时从所存储的单元中逐次读出先行采样得到的数字语音信号，输出给D/A转换器，然后通过扬声器播出。因此，在相关的驱动程序中，需要用语句：rGPCCON= _【11

7、】_;（注：rGPCCON是端口C的控制寄存器）来初始化GPC端口的引脚功能。然后通过GPC端口的 _【12】_寄存器定时输出数字语音信号。 （4）闸门在乘客通过闸机后立即关闭，因此，硬件平台构建时，可在闸门的后方一定距离内安装一个红外感测探头，并在闸机控制器中设计相关接口电路。若采用GPE0引脚来输入红外感测信号，GPE0引脚为1时，表示人体不在感应区内，GPE0引脚为0时，表示人体在感应区内。那么，初始化GPE0引脚功能的语句是：rGPECON=rGPECON & _【13】_ ; / rGPECON是端口E的控制寄存器判断是否人体在感应区内的语句可以是：if (rGPEDAT & 0x0

8、001) = _【14】_)/判断出人体在感应区内 （5）闸机控制器的应用软件将在无操作系统环境下进行开发。设计者可以设计一个启动引导程序，来引导应用程序。按照ARM9体系结构中的规定，启动引导程序代码的存储单元首址应该是 _【15】_，它对应着复位异常向量。系统上电/复位后，ARM9微处理器处于管理模式，启动引导程序在引导应用程序前，通常需用指令ORR R1,R0, _【16】_|0xC0和MSR CPSR_cxsf,R1来使ARM核进入用户模式（注：R0，R1寄存器的初值设定为0。CPSR寄存器的格式见题后附录。），然后再通过指令 _【17】_来引导应用程序主函数main()。启动引导程序

9、中还需要完成异常向量表的设置，ARM9体系结构中规定异常向量之间各相差 _【18】_个字节，因此，需要在各异常向量处设计一条分支指令。对于S3C2410微处理器来说，其启动引导程序还需要完成禁止看门狗部件和禁止 _【19】_部件，并设置各工作模式下的 _【20】_指针。附录：综合题中完善程序或回答问题所需的寄存器格式端口C控制寄存器（GPCCON）的格式符号位描述初始状态GPC1531:3000=输入 01=输出 10=VD7 11=保留00GPC1429:2800=输入 01=输出 10=VD6 11=保留00GPC1327:2600=输入 01=输出 10=VD5 11=保留00GPC12

10、25:2400=输入 01=输出 10=VD4 11=保留00GPC1123:2200=输入 01=输出 10=VD3 11=保留00GPC1021:2000=输入 01=输出 10=VD2 11=保留00GPC919:1800=输入 01=输出 10=VD1 11=保留00GPC817:1600=输入 01=输出 10=VD0 11=保留00GPC715:1400=输入 01=输出 10=LCDVF2 11=保留00GPC613:1200=输入 01=输出 10=LCDVF1 11=保留00GPC511:1000=输入 01=输出 10=LCDVF0 11=保留00GPC49:800=输入

11、01=输出 10=VM 11=保留00GPC37:600=输入 01=输出 10=VFRAME 11=保留00GPC25:400=输入 01=输出 10=VLINE 11=保留00GPC13:200=输入 01=输出 10=VCLK 11=保留00GPC01:000=输入 01=输出 10=LEND 11=保留00 端口E控制寄存器（GPECON）的格式符号位描述初始状态GPE1531:3000=输入 01=输出 10=IICSDA 11=保留00GPE1429:2800=输入 01=输出 10=IICSCL 11=保留00GPE1327:2600=输入 01=输出 10=SPICLK 11=

12、保留00GPE1225:2400=输入 01=输出 10=SPIMOSI0 11=保留00GPE1123:2200=输入 01=输出 10=SPIMISO0 11=保留00GPE1021:2000=输入 01=输出 10=SDDAT3 11=保留00GPE919:1800=输入 01=输出 10=SDDAT2 11=保留00GPE817:1600=输入 01=输出 10=SDDAT1 11=保留00GPE715:1400=输入 01=输出 10=SDDAT0 11=保留00GPE613:1200=输入 01=输出 10=SDCMD 11=保留00GPE511:1000=输入 01=输出 10=

13、SDCLK 11=保留00GPE49:800=输入 01=输出 10=IISSDO 11=保留00GPE37:600=输入 01=输出 10=IISSDI 11=保留00GPE25:400=输入 01=输出 10=CDCLK 11=保留00GPE13:200=输入 01=输出 10=IISSCLK 11=保留00GPE01:000=输入 01=输出 10=IISLRCK 11=保留00 端口H控制寄存器（GPHCON）的格式符号位描述初始状态GPH1021:2000=输入 01=输出 10=CLKOUT1 11=保留00GPH919:1800=输入 01=输出 10=CLKOUT0 11=保留

14、00GPH817:1600=输入 01=输出 10=UCLK 11=保留00GPH715:1400=输入 01=输出 10=RXD2 11=nCTS100GPH613:1200=输入 01=输出 10=TXD2 11=nRTS100GPH511:1000=输入 01=输出 10=RXD1 11=保留00GPH49:800=输入 01=输出 10=TXD1 11=保留00GPH37:600=输入 01=输出 10=RXD0 11=保留00GPH25:400=输入 01=输出 10=TXD0 11=保留00GPH13:200=输入 01=输出 10=nRTS0 11=保留00GPH01:000=输

15、入 01=输出 10=nCTS0 11=保留00 ULCONn寄存器的格式符号位描述初始状态Reserved7保留0Infra-Red Mode6确定是否采用红外模式 0 = 正常操作模式 1 = 红外传输模式0Parity Mode5:3确定校验类型 0xx = 无校验 100 = 奇校验 101 = 偶校验000Stop Bit2确定停止位数 0 = 1位停止位 1 = 2位停止位0Word Length1:0确定数据位数 00 = 5位 01 = 6位 10 = 7位 11 = 8位00 CPSR寄存器（32位寄存器）的格式（注：仅给出了最后5位，即工作模式选择位）M4 M3 M2 M1

16、 M01 0 0 0 0 用户模式1 0 0 0 1 FIQ模式1 0 0 1 0 IRQ模式1 0 0 1 1 管理模式1 0 1 1 1 中止模式1 1 0 1 1 未定义模式1 1 1 1 1 系统模式【解题思路】本题主要考查基于S3C2410的地铁进出站闸机系统开发。包括嵌入式最小硬件系统构成，GPIO引脚功能及相应初始化设置，GPC和GPD作为LED显示器接口引脚，GPE作为输入输出，还考察了香农定理，ARM9体系结构中的异常向量等相关知识。【参考答案及解析】第1空答案：电源；最小硬件系统的组成。第2空答案：0xFFFFFFF7或(0x00000008)或0x00000008；和0相

17、与清零，和1相与保持不变。和0相或保持不变，和1相或置1。00为输入，01为输出，则初始化GPE1引脚功能为输出的语句是：rGPECON=(rGPECON|0x00000004)&0xFFFFFFF7)。第3空答案：0xFFFD或(0x0002)或0x0002；GPE1引脚输出0时，控制闸门关闭，即rGPEDAT = rGPEDAT &0xFFFD。第4空答案：0x0002；GPE1引脚输出1时，控制闸门打开。即rGPEDAT = rGPEDAT | 0x0002。第5空答案：0x00000A00；GPH5中10=RXD1，GPH4中10=TXD1。所以端口H的初始化语句为先清零、再置一，即

18、rGPHCON=(rGPHCON&0xFFFFF0FF)|0x00000A00。第6空答案：5；8位数据位、1位停止位、偶校验。在ULCON中，1:0：11 = 8位；2：0 = 1位停止位；5:3：101 = 偶校验；6：0 = 正常操作模式。即rULCON1= (5 3)|(0 2)|(3)。第7空答案：3；第8空答案：115200*16=1843200；设置波特率。第9空答案：8；根据香农采样定理可得。第10空答案：46.875；采样频率为8KHz，采样周期为125us，样本值用16位二进制数进行编码。则3s的语音片段的存储容量为：(3*16)/(125us*8)=46.875。第11空

19、答案：0x55555555；00为输入，01为输出，则初始化GPC关口功能为输出的语句是：rGPCCON= 0x55555555。第12空答案：数据；第13空答案：0xFFFFFFFC或0x00000003或(0x00000003)；采用GPE0引脚来输入红外感测信号，GPE0引脚为1时，表示人体不在感应区内，GPE0引脚为0时，表示人体在感应区内。则初始化GPE0引脚功能的语句是：rGPECON=rGPECON & 0xFFFFFFFC。第14空答案：0x0000；判断人体是否在感应区内的语句为：if (rGPEDAT & 0x0001) = 0x0000)，若为真，则表示人体在感应区内。第

20、15空答案：0x00000000或0x00；对应复位异常向量。第16空答案：0x10或0x00000010或16；用户模式中M4 M3 M2 M1 M0=1 0 0 0 0。即ORR R1,R0,0x10|0xC0。第17空答案：BL _main；第18空答案：4；ARM9体系结构中规定异常向量之间各相差4个字节，因此，需要在各异常向量处设计一条分支指令。第19空答案：外部中断；第20空答案：堆栈操作题（二）1、某食堂的售饭系统由一个后台数据库系统及若干个前台刷卡机组成，其基本功能具体描述如下： a、刷卡机的硬件组成中，除了必须的最小硬件系统外，还需要IC卡读写模块、8段LED组成的显示模块、

21、键盘模块、蜂鸣器模块、RS-485通信模块等。 b、客户需要事先办理本系统的消费IC卡，预存若干金额，办卡信息及预存金额存储在后台数据库系统中。c、客户消费时，用IC卡在刷卡机上支付。支付时，由售饭员在刷卡机上输入客户缴费金额且在LED显示器上显示，然后客户刷卡，若IC卡合法，则把缴费金额和IC卡信息传输给后台数据库系统。若IC卡不合法，用蜂鸣器发不合法提示音。d、后台数据库系统接收到刷卡机的信息后，将根据IC卡号查询出该卡的余额，若余额大于等于应缴费额，则进行扣费，再把当前余额及扣费正确信息回传给刷卡机。若余额小于应缴费额，则回传扣费不正确信息给刷卡机。e、刷卡机接收到回传的信息后，显示回传

22、的余额，且若是扣费正确信息，则用蜂鸣器发扣费正确提示音；若是扣费不正确信息，则用蜂鸣器发扣费不正确提示音。 根据上述功能要求的描述，若采用S3C2410芯片为核心来构建刷卡机的硬件平台，请完善下面的叙述（程序）和回答有关的问题。（1）在设计硬件时，最小的硬件系统是保证系统能正常工作的必要硬件组成。它包括电源电路、 _【1】_、复位电路、调试测试接口、以及 _【2】_ 。 （2）若在硬件设计时，选用8个共阴极的8段LED（其排列如图1所示）组成2组显示器（1组4个8段LED），用于显示当前消费金额和余额。 若采用GPC0GPC6、GPC7外接同向驱动后，分别连接到显示消费金额的LED显示器段信号

23、线af、dp上，采用GPD0GPD3外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位高数据位的4个8段LED位信号线。 另外采用GPC8GPC14、GPC15外接同向驱动后，分别连接到显示余额的LED显示器段信号线af、dp上，采用GPD4GPD7外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位高数据位的4个8段LED位信号线。 那么，GPC0GPC15引脚的功能为： _【3】_ ，GPD0GPD7引脚的功能为： _【4】_ 。初始化GPC0GPC15引脚功能的语句可以是： /rGPCCON是端口C的控制寄存器，其格式见后面附录 rGPCCON = _【5】_ ;初始化GPD0GPD7引脚功能的语句可以是

24、 /rGPDCON是端口D的控制寄存器，其格式见后面附录 rGPDCON=(rGPDCON|0x00005555)& _【6】_); 若只在余额LED显示器中的次高数据位LED上显示字符3，相关驱动程序中可用下面语句实现。 rGPCDAT = _【7】_;/输出3的段信号 rGPDDAT = _【8】_;/输出次高数据位被点亮的控制信号 （3）刷卡机上输入客户缴费金额的键盘，在设计时采用非标准键盘组成，键盘接口设计成44的阵列（其按键排列示意图如图2所示）。键盘接口电路中选用GPE0GPE3来输出键盘行扫描信号，选用GPE4GPE7来输入键盘列信号。软件设计时设计者自行设计了键盘扫描函数，请你

25、补充完善之： /*KEYOUTPUT是键盘扫描时的输出地址，KEYINPUT是键盘读入时的地址 #define KEYOUTPUT (*(volatile INT8U *)0x56000044)#define KEYINPUT (*(volatile INT8U *)0x56000044)INT16U ScanKey() INT16U key=0xFFFF; INT16U i; INT8U temp=0xFF,output; /rGPECON是端口E的控制寄存器，其格式见后面附录 rGPECON= (rGPECON &0xFFFFFF00) | _【9】_ ); /初始化GPE0GPE3为输出

26、 rGPECON= rGPECON & _【10】_ ; /初始化GPE4GPE7为输入 /下面判断键盘中是否有键按下 for (i=1;( i0); _【11】_ ) output |= 0xFF; output &= (i); KEYOUTPUT=output; temp = KEYINPUT; if (temp&0xF0)!= _【12】_ )/判断列信号是否为全1 key = (i); key = 8; key |= (temp&0xF0)|0x0F); /求得按键的返回值 return (key); /函数返回按键对应的值 return 0xFFFF; 应用程序中可根据上面的键盘扫描

27、函数的返回值，来判断是否有按键按下，并确定是哪个按键按下。例如：若返回值为： _【13】_时，可知是键盘中的6键按下，若返回值为： _【14】_时，可知是键盘中的确认键被按下。若无键按下时，返回值应为： _【15】_。 （4）刷卡机与后台数据库系统通信采用RS-485总线。因此在硬件设计时，需要采用S3C2410芯片内部的 _【16】_部件外加电平转换芯片等来实现。若在软件设计时，其初始化程序中波特率设置为9600bps，数据格式设置为：8位数据位、无校验、1位停止位。那么，1秒时间内最多能传输 _【17】_字节的信息。 （5）刷卡机上的应用软件是在无操作系统环境下开发的。设计者可以自行设计系

28、统的启动引导程序，在该程序中完成异常向量设置、堆栈指针设置以及必要的硬件初始化。ARM9体系结构中规定的复位异常所对应的异常向量地址为 _【18】_。系统上电/复位后，将从该地址处开始执行程序，因为ARM9体系结构中规定的各异常向量地址之间间隔通常为 _【19】_个字节。因此，复位异常向量地址处通常存储一条 _【20】_指令的代码。【解题思路】本题主要考查基于S3C2410的食堂售饭系统开发。包括嵌入式最小硬件系统构成；GPIO引脚功能及相应初始化设置：GPC和GPD作为LED显示器接口引脚，GPE作为输入输出，还可作为I2C、I2S、SD卡等串行总线的引脚（在题中用来接非标准键盘）；基于UART的RS-485接口通信设置；无操作系统的嵌入式系统如何构建其启动引导程序。【参考答案及解析】【1】 时钟电路；硬件最小系统包括电源电路、时钟电路、复位电路、调试测试接口、以及存储器 。【2】 存储器；【3】 输出；GPC0GPC15引脚为LED段选输出。【4】 输出；GPD0GPD7引脚为LED位选输出。【5】 0x55555555；00为输入，01为输出，则初始化GPC0GPC15引脚功能为输出的语句是：rGPCCON= 0x55555555。【6】 0xFFFF5555；初始化GPD0GPD7引