嵌入式系统思考题.docx

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嵌入式系统思考题

嵌入式系统思考题

第二章：

1.微机原理中，外设与微处理器之间数据传递的实现方式？

2.在此方面，微机原理与嵌入式系统的区别体现在哪里？

目的？

3.位带操作与互斥、可重入函数、事务等概念的特性对比，以及它们之间的联系与具体应用范围。

可举例说明。

NVIC的功能配置与中断建立过程（主要寄存器介绍）

NVIC的功能配置

•目的：

对中断进行有效管理；

•通过NVIC寄存器对NVIC功能进行配置；

•功能配置是静态的，功能的实现和中断管理是动态的；

NVIC寄存器

•NVIC的寄存器以存储器映射的方式来访问。

•除了包含控制寄存器和中断处理的控制逻辑之外，NVIC还包含了MPU的控制寄存器、SysTick定时器以及调试控制。

NVIC寄存器

•每个外部中断都在NVIC的下列寄存器中“挂号”：

①使能与除能寄存器（32Bit*7+16Bit*1）：

ØSETENA0-7/CLRENA0-7Registers

ØSETENAs:

xE000_E100–0xE000_E11C;

ØCLRENAs:

0xE000E180-0xE000_E19C

②悬起与“解悬”寄存器（32Bit*7+16Bit*1）:

ØSETPEND0-7/CLRPEND0-7Registers

ØSETPENDs:

0xE000_E200–0xE000_E21C;

ØCLRPENDs:

0xE000E280-0xE000_E29C

③优先级寄存器（8bit）：

ØPRI_0-PRI_239；

Ø0xE000_E400–0xE000_E4EF

④活动状态寄存器ACTIVERegisters（32Bit*7+16Bit*1）:

NVIC寄存器

•另外，下列寄存器也对中断处理有重大影响

⑤中断控制器类型寄存器ICTR0xE000_E004：

ØB♓♦♦☯4:

0]用以判断正在使用的芯片使用了多少位来表达优先级

Ø粒度为32的整数倍0x0表示32，0x1表示64，以此类推。

⑥异常掩蔽寄存器（PRIMASK,FAULTMASK以及BASEPRI）

⑦应用程序中断及复位控制寄存器（AIRCR）0xE000_ED0C：

Bit[10：

8]为优先级分组位段PRIGROUP

⑧向量表偏移量寄存器VTOR：

0xE000_ED08

ØB♓♦☯29]=0:

COD☜区

ØBit[29]=1:

RAM区

⑨软件触发中断寄存器STIR（8Bit）；0xE000_EF00；写入8，则悬起IRQ#8。

⑩中断控制及状态寄存器ICSR0xE000_ED04

⑪系统控制寄存器0xE000_ED10：

涉及电源管理

⑫配置与控制寄存器0xE000_ED14

⑬中断优先级寄存器阵列0xE000_E400–0xE000_E4EF：

用于外设中断

NVIC寄存器

•系统异常优先级寄存器0xE000_ED18-0xE000_ED23

•系统Handler控制及状态寄存器SHCSR0xE000_ED24

•存储器管理fault状态寄存器（MFSR）0xE000_ED28

•总线fault状态寄存器（BFSR）0xE000_ED29

•用法fault状态寄存器（UFSR），地址：

0xE000_ED2A

•硬fault状态寄存器0xE000_ED2C

•调试fault状态寄存器（DFSR）0xE000_ED30等

中断建立全过程

①当系统启动后，先设置优先级组寄存器。

默认情况下使用组0（7位抢占优先级，1位亚优先级）。

②如果需要重定位向量表，先把硬fault和NMI服务例程的入口地址写到新表项所在的地址中。

③配置向量表偏移量寄存器VTOR，使之指向新的向量表（如果有重定位的话）

④为该中断建立中断向量。

Ø因为向量表可能已经重定位了，保险起见需要先读取向量表偏移量寄存器的值

Ø再根据该中断在表中的位置，计算出服务例程入口地址应写入的表项，再填写之

Ø如果一直使用ROM中的向量表，则无需此步骤。

⑤为该中断设置优先级。

⑥使能该中断。

中断建立全过程

•如果应用程序储存在Flash/ROM中，并且不需要改变异常服务程序，则我们可以把整个向量表编码到Flash/ROM的起始区域（从0地址开始的那段）。

在这种情况下，上例可以大大简化，只需3步：

①建立优先级组

②为该中断指定优先级

③使能该中断

•如果在I/O密集型系统中，软件需要控制大量的硬件设备，则可能必须要考虑如下因素：

Ø该芯片支持的中断数

Ø该芯片中表达优先级的位数

如何了解微处理器中断优先级支持情况？

•在CORTEX-M3的NVIC中，有一个名为“中断控制器类型寄存器ICTR”，它提供了该芯片中支持的中断数目，粒度是32的整数倍。

•通过对每个SETENA位进行先写后读的测试，来获取支持的中断的精确数目（往各SETENA中写1，不支持的中断将永远读回0，求出第1个0的位置即可），亦可使用SETPEND等其它位来做此测试。

•读应用程序中断及复位控制寄存器（AIRCR）的Bit[10：

8]（优先级分组位段PRIGROUP），了解分组情况。

总线矩阵有“循环优先调度”、“多层结构和总线挪用”两个主要特性，实现系统性能的最大化和减少延时。

Ø❽循环优先调度”，用以确保DMA不长时间占用总线和CPU可以在任何一个时钟周期访问所有的从总线。

否则，会影响指令的单周期执行和执行过程中在周期级上“中断”正在运行的代码。

Ø多层结构允许多个主设备同时执行数据传输，只要它们寻址不同的从模块，提高了数据并行性；

Ø总线挪用，用于协调CPU和DMA的数据访问，提高二者并发工作的性能。

CMSIS的软件层次

•CMSIS分为以下3个软件层次：

①内核设备访问层CorePeripheralAccessLayer（CPAL）

–内核寄存器设备名称定义、地址定义、助手函数；

–同时，为RTOS定义了独立于微控制器的接口，包括调试通道

②中间设备访问层MiddlewareAccessLayer（MWAL）

–为软件提供访问外设的通用方法；

–芯片供应商可修改中间设备访问层，以适应具体的微控制器上外设硬件的设计

③微控制器外设备访问层DevicePeripheralAccessLayer（DPAL）

–提供片上所有外设的定义；

–为外设提供额外的助手函数

CMSIS（Cortex-MTMSoftwareInterfaceStandard）

Ø✌RM公司与多家不同芯片和软件供应商紧密合作定义的

Ø提供内核与外设、实时操作系统和中间设备之间的通用接口

AFIO工作原理及配置

使用默认复用功能前必须对端口位配置寄存器编程。

①对于复用的输入功能，端口可以配置成：

Ø输入模式（浮空、上拉或下拉）；

Ø复用功能输出模式：

输入驱动器被配置成浮空输入模式。

②对于复用输出功能，端口必须配置成复用功能输出模式（推挽或开漏）。

③对于双向复用功能，端口位必须配置复用功能输出模式（推挽或开漏）。

这时，输入驱动器被配置成浮空输入模式。

•如果把一端口配置成复用输出功能，将使引脚和输出寄存器断开，并和片上外设的输出信号连接。

•如果软件把一个GPIO脚配置成复用输出功能，但是外设没有被激活，它的输出将不确定。

通过I/O端口配置方式降低功耗

5.4GPIO锁定机制

•GPIO锁定机制

锁定机制允许冻结IO配置。

当在一个端口位上执行了锁定（LOCK）程序，即通过程序锁住配置组合，直到下次芯片复位才能解锁，复位之前，将不能再更改端口位的配置。

6.2定时器的工作原理（续）

•每个定时器有4个输入通道：

TIMx_CH1-TIMx_CH4，其输入滤波参数在捕获/比较模式寄存器1（TIM1_CCMR1）和捕获/比较模式寄存器2（TIM1_CCMR2）的IC1F[3：

0]、IC2F[3：

0]、IC3F[3：

0]、IC4F[3：

0]中设置；

•每个定时器有1个外部事件输入触发通道:

TIMx_ETR，其滤波参数在从模式控制寄存器TIMx_SMCR中的ETF[3:

0]中设置；

•每个定时器有1个定时器刹车输入通道:

TIMx_BKIN，可以将定时器输出信号置于复位状态或一个已知状态；见P221图

•这几个输入数字滤波器实际上是一个事件计数器，它记录N个事件后会产生一个输出的跳变。

例如：

TIMxCLK=fCK_INT=72MHz，CKD[1:

0]=01，选择fDTS=fCK_INT/2=36MHz，而ETF[3:

0]=0100，则采样频率fSAMPLING=fDTS/2=18MHz，N=6。

此时，3MHz以上的干扰信号被有效屏蔽。

6.7RTC时钟

•RTC（RealTimeClock）是一种能够提供日历、时钟及数据存储等功能的专用集成电路，精度高，功耗小。

•特别是适合用于无人值守环境进行自动化控制，以及记录事件发生的时间和采集带时标的相关信息，便于观察分析。

•RTC是一个独立的定时器，拥有一组具有连续计数功能的计数器，可以通过软件编程对其进行配置。

修改计数器的值，可以重设系统当前时间。

•可编程预分频系数2^20

•32bit可编程计数器，适于长程时间的测量

RTC时钟源

6.7RTC时钟（续）

•两种独立的复位类型

Ø✌PB1接口由系统复位；

ØR❆C核（预分频器、闹钟、计数器和分频器）只能由备份域复位。

•3个专门的可屏蔽中断：

Ø闹钟中断，用来产生一个软件可编程的闹钟中断，驱动闹钟响铃；

Ø秒中断，用来产生一个软件可编程的周期性中断，时间1s；

Ø溢出中断，检测内部可编程计数器溢出，并使计数器会转为0

•2个单独的时钟：

用于APB1接口的PCLK1和RTC时钟（此时的RTC时钟必须小于PCLK1时钟的四分之一以上）