嵌入式系统原理复习题及答案文档格式.docx
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c)硬实时系统
按嵌入系统的复杂程度分类
b)小型嵌入式系统
c)中型嵌入式系统
d)复杂嵌入式系统
6、ARM9处理器的工作状态有哪些
ARM状态,Thumb状态
7、ARM9处理器的内部寄存器结构
ARM处理器总共有37个寄存器,可以分为以下两类寄存器:
1)31个通用寄存器:
R0~R15;
R13_svc、R14_svc;
R13_abt、R14_abt;
R13_und、R14_und;
R13_irq、R14_irq;
R8_frq-R14_frq。
2)6个状态寄存器
CPSR;
SPSR_svc、SPSR_abt、SPSR_und、SPSR_irq和SPSR_fiq。
8、ARM9处理器的工作模式有哪些
用户,FIQ,IRQ,SVC,中止,未定义,系统
9、CPSR寄存器各数据位的作用
CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息。
10、如何实现ARM状态和Thumb状态的切换
ARM处理器在两种工作状态之间切换方法:
进入Thumb状态:
当操作数寄存器Rm的状态位bit[0]为1时,执行BXRm指令进入Thumb状态。
如果处理器在Thumb状态进入异常,则当异常处理(IRQ,FIQ,Undef,Abort和SWI)返回时,自动切换到Thumb状态。
进入ARM状态:
当操作数寄存器Rm的状态位bit[0]为0时,执行BXRm指令进入ARM状态。
如果处理器进行异常处理(IRQ,FIQ,Undef,Abort和SWI),在此情况下,把PC放入异常模式链接寄存器LR中,从异常向量地址开始执行也可以进入ARM状态。
11、ARM为何集成了32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集
ARM的RISC体系结构的发展中已经提供了低功耗、小体积、高性能的方案。
而为了解决代码长度的问题,ARM体系结构又增加了T变种,开发了一种新的指令体系,这就是Thumb指令集。
它有从标准32位ARM指令集抽出来的36条指令格式,可以重新编成16位的操作码。
这能带来很高的代码密度。
12、ARM指令寻址方式与ARM指令集中各类常用指令的用法
(内容太多,第三章全部内容!
)
13、什么是交叉编译,为什么要进行交叉编译
在一种计算机环境中运行的编译程序,能编译出在另外一种环境下运行的代码,这个编译过程就叫交叉编译。
原因:
有时是因为目的平台上不允许或不能够安装我们所需要的编译器,而我们又需要这个编译器的某些特征;
有时是因为目的平台上的资源贫乏,无法运行我们所需要编译器;
有时又是因为目的平台还没有建立,连操作系统都没有,根本谈不上运行什么编译器。
14、简述构建交叉编译链的主要步骤
1)获取相关的源代码和补丁包
2)它们都存放在src目录下
3)安装binutils
4)安装Linuxheader
5)安装Glibc头文件
6)编译GCCStage1
7)使用刚编译出的GCC编译Glibc
8)重新编译GCC,即GCCStage2
15、简述嵌入式系统的开发流程
主要包括系统需求分析(要求有严格规范的技术要求)、体系结构设计、软硬件及机械系统设计、系统集成、系统测试,最终得到最终产品。
16、嵌入式系统与通用计算机的区别
一是能力不同。
通用计算机系统通常什么都能做,我们买个电脑,上网、听音乐、看电影、做软件都不在话下。
嵌入式系统一般面向某一特定应用,不是什么都能干。
例如鼠标里的嵌入式系统任务只是监视鼠标的按键,并向主CPU发送键码,数码相机里面的嵌入式系统主要进行图像处理,让它们什么都能做,有点难也没必要。
二是大小不同。
通用计算机系统通常对个头没有要求,台式机占据一张桌子,大型服务器可以占据一个房间,笔记本放到膝盖上就行。
嵌入式系统由于要嵌入到它服务的主体里面,一般都比较小,而且要与服务的主体有机结合成为一个整体。
三是实时性要求不同。
实时性指完成任务的时间要求。
通用计算机系统一般实时性要求不高,但嵌入式系统往往实时性要求很高。
比如汽车里的嵌入式系统,如果发动机过热,必须要求在规定的时间内作出反应,如果像PC那样不紧不慢的,后果可想而知。
四是可靠性要求不同。
电脑死机估计每个人都经常遇到,死机了怎么办?
重启就是。
但是如果火箭发射时里面的嵌入式系统死机了......,
五是二次开发能力不同。
我们买来个电脑,通常也就装了个操作系统,其它的程序我们需要什么就可以装什么,我们甚至可以打开机箱,加几条内存。
但嵌入式系统通常买来后就那样了,软件和硬件都不变了。
数码相机相信多数人没有打开过,也没有再安装什么新软件。
倒是智能手机可以装一些软件,但能力有限。
六是数量不同。
嵌入式系统的数量远大于通用计算机系统的数量。
因为一个通用计算系统中至少包括数十个嵌入式系统。
更别说其它的嵌入式系统了。
17、常见的嵌入式操作系统有哪些,各自有什么特点
1)VxWorks:
性能优越,开发调试便利,强大的技术支持,但是昂贵的价格让开发者望而却步。
2)WindowsCE:
精简的模块化操作系统
多硬件平台支持
支持有线和无线的网络连接
稳健的实时性支持
丰富的多媒体和多语言支持
强大的开发工具
3)PalmOS:
3Com公司产品,专门为掌上电脑开发的32位的嵌入式操作系统
占有非常小的内存,基于PalmOS编写的应用程序占用的空间也非常小(通常只有几十KB)
Palm提供了串行通信接口和红外线传输接口,利用它可以方便地与其它外部设备通信、传输数据
拥有开放的OS应用程序接口,开发商可根据需要自行开发所需的应用程序
具有强开放性,现在有大约数千种专门为PalmOS编写的应用程序,从程序内容上看,小到个人管理、游戏,大到行业解决方案,PalmOS无所不包。
在丰富的软件支持下,基于PalmOS的掌上电脑功能得以不断扩展。
操作系统的节能功能。
在PalmOS的应用程序中,如果没有事件运行,则系统设备进入半休眠(doze)的状态;
如果应用程序停止活动一段时间,则系统自动进入休眠(sleep)状态。
合理的内存管理。
Palm的存储器全部是可读写的快速RAM,动态RAM(DynamicRAM)类似于PC机上的RAM,它为全局变量和其它不需永久保存的数据提供临时的存储空间;
存储RAM(StorageRAM)类似于PC机上的硬盘,可以永久保存应用程序和数据。
PalmOS的数据是以数据库(database)的格式来存储的。
4)嵌入式Linux:
嵌入式LinuxOS逐渐形成了可与WindowsCE等EOS相抗衡的局面。
目前正在开发的嵌入式系统中,49%的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。
Linux现已成为嵌入式操作系统的理想选择。
开放源码,丰富的软件资源,广泛的软件开发者的支持,价格低廉,结构灵活,适用面广。
精简的内核,性能高、稳定,多任务。
适用于不同的CPU,支持多种体系结构,如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等。
能够提供完善的嵌入式GUI以及嵌入式X-Windows。
提供嵌入式浏览器、邮件程序、MP3播放器、MPEG播放器、记事本等应用程序。
提供完整的开发工具和SDK,同时提供PC上的开发版本。
用户可定制,可提供图形化的定制和配置工具。
常用嵌入式芯片的驱动集,支持大量的周边硬件设备,驱动丰富。
针对嵌入式的存储方案,提供实时版本和完善的嵌入式解决方案。
完善的中文支持,强大的技术支持,完整的文档。
18、什么是BootLoader,ARM系统中BootLoader的主要作用是什么
BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。
通过这段小程序,我们能初始化硬件设备、建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
作用:
硬件初始化,操作系统引导。
19、简述BootLoader的启动过程
大多数
BootLoader
都包含两种不同的操作模式:
启动加载模式和下载模式。
启动加载模式也称为自主模式,即
从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到
RAM
中运行,整个过程并没有用户的介入。
而下载模式则是目标机上的
将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机(Host)下载文件。
从主机下载的文件通常首先被
Boot
Loader
保存到目标机的
中,然后再被
写到目标机上的FLASH
类固态存储设备中。
这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用,或系统更新时使用。
一般嵌入式系统的Boot
Loader较为常用的是启动加载模式,它的加载流程也是我们要重点讨论的内容。
(1)启动部分
启动部分主要是实现初始化硬件的功能。
在参考板的BootLoader目录下,会发现一些.s文件,可能会是init.s或者是reset.s等,这样的文件是CPU加电后最先执行的代码。
接着Oal.exe通过Startup函数完成硬件的初始化,StartUp
函数是Boot
Loader的入口函数。
该函数一般是使用汇编语言编写,与CPU关系非常紧密,能完成初始化CPU、内存等核心硬件。
Startup.s代码与硬件平台的Bootloader启动代码共用。
如果是热启动,即在该函数调用之前已经启动了Bootloader程序,相当基本硬件初始化已经完成,则直接跳转到OALStartUp函数中;
否则需要进行硬件中断屏蔽、内存、系统时钟频率、电源管理等硬件的基本初始化过程。
在系统硬件初始化完毕之后,Startup调用OALStartUp函数,OALStartUp函数主要完成将OEMAddressTable表传递给内核,然后调用KernelStart函数跳转到内核。
因此,这部分工作是BootLoader的一大重点。
(2)主控部分
StartUp
函数初始化CPU等核心硬件并跳转到Main函数后,系统就会转入C语言代码执行环境。
这时函数分为3个模块:
BLCOMMON、Download
、FLASH
。
其中BLCOMMON模块是由微软提供的,执行一些逻辑上的功能,因此建议开发人员不要对其进行修改。
而Download
中的函数与硬件平台息息相关,因此对于每种硬件平台都要将函数的实现进行修改。
其中,BLCOMMON库是与BootLoader程序链接在一起的,BLCOMMON库的入口点为BootloaderMain函数,它是Startup汇编函数完成后跳转至该入口的。
Main函数的主要任务时调用BLCommon中的
BootloaderMain()函数,这是BootLoader的主控函数,它控制了BootLoader的完整执行流程。
这部分代码由C语言实现,是BLCOMMON代码的一部分,它可以用来执行比较复杂的操作。
比如检测内存和Flash的有效性、检测外部设备接口、检测串口并且向已经连接的主机发送调试信息、通过串口等待命令、启动网络接口、建立内存映射等汇编无法完成的工作。
(3)下载部分
一般在平台调试完毕后,可以在不用人工干预的情况下自动加载CE,这也是BootLoader的功能之一。
而在调试阶段时,这需要通过Loader所支持的命令来进行操作的,借助于这些命令不仅可以完成硬件平台的部分测试,还能完成CE的BootLoader程序最为重要的一个功能--下载CE映像。
如果说硬件调试功能可以由其它的程序代替而不放入BootLoader中,但是下载映像文件却是BootLoader必需的功能。
CE映像文件通常叫做nk.bin,它是Windows
CE二进制数据格式文件,不仅包含了有效的程序代码,还有按照一定规则加入的控制信息。
当然,也可以选择生成.sre格式的代码文件,但是相于对前一种格式,它的代码要长很多,所需要的下载时间也更长。
(4)支持DOC部份
对于WinCE操作系统而言,丰富的多媒体功能是其一大特点。
但是随之而来的问题是,如果选择了图形界面和中文支持,系统很容易大大超出嵌入式系统上百KB的数量级。
而DOC(Disk
On
Chip)则提供了一种相对廉价的大存储容量的解决方案。
DOC本质上是一种加以软件控制的NAND格式的Flash,通过TFFS这一软件层提供对WinCE的支持。
由于DOC不能像内存一样被直接访问,所以其加载WinCE的过程有些特殊,必须要在BootLoader中加入专门的代码,才能使用DOC来存放WinCE映像文件
20、Linux内核源码是如何组织的,主要的目录文件有哪些?
arch
包含和硬件体系结构相关的代码,每种平台占一个相应的目录。
和32位PC相关的代码存放在i386目录
下,其中比较重要的包括:
kernel
内核核心部分
mm
内存管理
math-emu
浮点单元仿真
lib
硬件相关工具函数
boot
引导程序
pci
PCI总线和
powerCPU相关状态
block部分块设备驱动程序
crypto常用加密和散列算法如
AES、SHA等
还有一些压缩和CRC校验算法。
/*********************************************************************************************************************************/
drivers
放置系统所有的设备驱动程序;
每种驱动程序又各占用一个子目录:
如,/block
下为块设备驱动程序,比如
ide(ide.c)。
如果你希望查看所有可能包含文件系统的设备是如何初始化的,你可以看drivers/block/genhd.c中的device_setup()。
它不仅初始化硬盘,也初始化网络,因为安装nfs文件系统的时候需要网络;
fs
文件系统代码,每个支持的文件系统有相应的子目录,如cramfs,yaffs,jffs2等
include
包括编译内核所需的大部分头文件,与平台无关的头文件放在include/linux子目录下,平台相关的头文件如include/asm-arm
init
这个目录包含核心的初始化代码(注:
不是系统的引导代码),包含两个文件main.c和Version.c,这是研究核心如何工作的好的起点之一。
kernel
主要的核心代码,此目录下的文件实现了大多数linux系统的内核函数,其中最重要的文件当属sched.c;
同样,和体系结构相关的代码在arch/*/kernel中。
Lib
库函数代码。
Mm
这个目录包括所有独立于
cpu
体系结构的内存管理代码,如页式存储管理内存的分配和释放等;
而和体系结构相关的内存管理代码则位arch/*/mm/,例如arch/i386/mm/Fault.c;
Net
网络支持代码
sound
音频设备驱动代码
Scripts
描述文件,脚本,用于对核心的配置;
documentation
关于内核各部分的通用解释和注释
ipc
进程间通信的代码。
security
主要是一个SELinux的模块。
Modules
模块文件目录,是个空目录,用于存放编译时产生的模块目标文件。
/**********************************************************************************************************************************/
在每个子目录下,都有一个
Makefile
和一个Readme
文件,仔细阅读这两个文件,对内核源码的理解很有用。
其中顶层目录下的
负责整个内核的编译,编译的时候递归的调用各个目录下的
文件,最终将产生内核的可执行映像文件。
Makefile:
分布在Linux内核源码中的Makefile定义了Linux内核编译的规则。
决定编译哪些文件、
怎样编译这些文件
、按什么顺序连接这些文件。
config:
在配置内核时生成的一个文件,根据.config来决定使用哪些Makefile。
21、内核移植的一般步骤
第一阶段:
1、获取源码
解压
2、在系统中添加对平台(ARM)的支持:
toplevel
改交叉编译器路径
3、改平台输入:
arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c
4、改机器码,与U-Boot配合才能启动:
arch/arm/tools/mach-types
5、改镜像的存放地:
arch/arm/boot-->
Makefile
默认镜像存在arch/arm/boot
6、做自己的配置单:
#makemenuconfig
加载2410的配置单
修改Systemtype
修改版本信息:
generalsetup
使支持交叉编译器
kernelfeatures
7、保存.config
并复制一个配置单的备份
8、编译镜像:
#makedistclean
#makezImage
9、启动内核看console信息
第二阶段:
1、移植NandFlash驱动:
(驱动内核已做好,只修改几个地方)
arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c
改分区信息
改读写匹配时间
Drivers/mtd/nand/s3c2410.c
去掉ECC校验(内核与U-Boot校验不同)
添加NandFlash支持
2、完善串口驱动(内核只支持两个串口,可把红外接口修改为串口)(可选操作)
红外改串口:
arch/arm/mach-smdk2440.c
drivers/serial/s3c2410.c和samsung.c
配置菜单
3、移植文件系统
1、获得
yaffs文件系统源码和yaffs文件系统补丁
2、内核中添加yaffs支持
打补丁
改配置单DeviceDrivers、Filesystem
3、编译BusyBox:
目的是生成文件系统所需要的一些目录和文件
3.1、解压BusyBox源码
进入源码目录添加编译器路径
改Makefile
3.2、改BusyBox配置单
保存配置单
3.3、编译安装BusyBox
#make;
makeinstall
生成文件系统部分源码在_install
4、构建文件系统:
目的是构建一个比较完整的文件系统
4.1、构建框架
主目录:
root_2.6.30.4
子目录:
复制:
BusyBox生成的_install目录下的目录
新建:
#mkdirdevetchomelibmntoptprocrootsddisksys
tmpudiskvarwebusr/libusr/share
4.2、添加文件
dev设备目录/etc配置文件目录/home用户目录/lib库目录
/mnt移动设备挂载目录/opt与QT等相关/proc虚拟文件系统和目录
/root超级用户目录/sys可能mdev建目录/tmp临时文件目录
/var临时文件目录/usr/bin串口有关
5、编译文件系统镜像:
#mkyaffs2imageroot_2.6.30.4root_2.6.30.4.bin
得到文件系统镜像
第三阶段:
1、移植网卡驱动
2、移植USB驱动
3、移植LCD驱动
4、移植触摸驱动
5、移植声卡驱动
6、移植SD卡驱动
7、移植IIS驱动
8、移植RTC驱动
9、移植看门狗驱动
22、嵌入式系统中根文件系统架构是如何组织的
1./bin目录
该目录下存放所有用户都可以使用的、基本的命令,这些命令在挂接其它文件系统之前就可以使用,所以/bin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
2./sbin目录
该目录下存放系统命令,即只有管理员能够使用的命令,系统命令还可以存放在/usr/sbin,/usr/local/sbin目录下,/sbin目录中存放的是基本的系统命令,它们用于启动系统,修复系统等,与/bin目录相似,在挂接其他文件系统之前就可以使用/sbin,所以/sbin目录必须和根文件系统在同一个分区中。
3、/dev目录
该目录下存放的是设备文件,设备文件是Linux中特有的文件类型,在Linux系统下,以文件的方式访问各种设备,即通过读写某个设备文件操作某个具体硬件。
比如通过"
dev/ttySAC0
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