嵌入式系统复习资料Word文件下载.docx

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这是一个以软件初始化为主的过程，主要进行操作系统初始化。

BSP将控制转交给操作系统，由操作系统进行余下的初始化操作。

包括加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序，建立系统内存区，加载并初始化其他系统软件模块，比如网络系统、文件系统等；

最后，操作系统创建应用程序环境并将控制转交给应用程序的入口

●中间层BSP功能之二：

●尽管BSP中包含硬件相关的设备驱动程序，但是这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用，而是在系统初始化过程中由BSP把它们与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来，并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用，实现对硬件设备的操作。

5.嵌入式处理器可以分为几大类？

每一类代表的器件有哪些？

第二章

1,嵌入式硬件系统的基本结构包含那些部分？

（嵌入式微处理器、存储器、和输入输出）嵌入式处理器的三大部分是什么？

（控制单元、算术逻辑单元和寄存器）

2，什么是冯.诺依曼体系结构？

什么是哈佛体系结构？

各有哪些代表性的处理器？

3复杂指令集计算机（cisc）和精简指令集计算机（risc）各有什么特点？

类别

CISC

RISC

指令系统

指令数量很多

较少，通常少于100

执行时间

有些指令执行时间很长，如整块的存储器内容拷贝；

或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器

没有较长执行时间的指令

编码长度

编码长度可变，1-15字节

编码长度固定，通常为4个字节

寻址方式

寻址方式多样

简单寻址

操作

可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作

只能对寄存器对行算术和逻辑操作，Load/Store体系结构

编译

难以用优化编译器生成高效的目标代码程序

采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序

4.在计算机体系结构中，什么是冯氏结构体系、哈氏结构体系？

冯·

诺伊曼体系结构也叫普林斯顿结构，它的最大特征是什么？

哈佛结构，它的最大特征是什么？

5．什么是CISC、RISC体系？

其各自优、缺点以及特点是什么？

在指令数目上，CISC与RISC比较，哪种结构的指令数目多些？

属于CISC的代表性微处理器有哪些？

属于RISC的代表性处理器有哪些？

ARM7TDMI属于哪种体系？

6.对于多字节类型的数据，在存储器上有两种存储方式，分别是小端字节顺序方式和大端字节顺序方式，比如字符串数据“UNIX”的ＡＳＣＩＩ码数据｛0x55,0x4E,0x49,0x58}在16位字长的微处理器上，以小端字节顺序方式存储下来，取出时该微处理器变成大端字节顺序方式，那么取出的字符串是什么，数据怎么表示?

4，在无操作系统的嵌入式软件有哪几种实现方式？

循环轮询系统，事件驱动系统（前后台）

5.按软件结构分类，操作系统体系结构可以分为哪几种不同的结构？

（单体结构如嵌入式Linux，分层结构如MS-DOS和微内核结构如OS-9）每一种结构的代表性实例是什么？

微内核结构下的软件体系结构如何？

说明它的特点。

（操作系统内核只包含最少的功能，如存储管理和进程管理；

其他的操作系统组件以中间件的形式存在于内核之外；

设备驱动程序完全从内核中剥离，独立成为一层；

易于扩展、调试方便）

6．什么是轮询系统？

什么是前后台系统（事件驱动系统）？

循环轮询系统：

（PollingLoop）

最简单的软件结构，程序依次检查系统的每个输入条件，一旦条件成立就进行相应的处理

事件驱动系统：

（Event-Drivensystem）

事件驱动系统是能对外部事件直接响应的系统。

它包括前后台、实时多任务、多处理器等，是嵌入式实时系统的主要形式

7．多任务系统中，什么是占先式内核？

什么是非占先内核？

7．什么是设备驱动程序？

设备驱动程序的主要功能有那些？

直接与硬件打交道、对硬件进行控制和管理的软件。

嵌入式硬件设备本身无法工作，需要软件来驱动，如初始化、控制、数据读写等

8．嵌入式软件的目标有哪些？

要优化哪些资源的使用？

函数必须正确；

源代码简洁、可读性好、可维护；

实时性要求较高的代码能够运行得足够快；

目标代码小且高效。

总之，要优化对以下三种资源的使用：

执行时间；

存储空间；

开发/维护时间。

9．函数的调用过程是怎样的？

系统运行时，内存分布状况如何？

不同的变量的存储和作用域怎样区别？

当一个函数被调用时：

1.在内存的栈空间当中为其分配一个栈帧，用来存放该函数的形参和局部变量；

2.把实参变量的值复制到相应的形参变量；

3.控制转移到该函数的起始位置；

4.该函数开始执行；

5.控制流和返回值返回到函数调用点。

10。

什么是可重入函数？

可以被一个以上的任务调用，而不必担心数据的破坏。

可重入型函数任何时候都可以被中断，一段时间以后又可以运行，而相应数据不会丢失。

可重入型函数只使用局部变量，即变量保存在CPU寄存器或栈中

12．什么是资源？

（程序运行时可使用的软、硬件环境统称为资源）什么是共享资源？

（可以被一个以上任务使用的资源叫做共享资源）什么是互斥？

（为了防止数据被破坏，每个任务在与共享资源打交道时，必须独占该资源，这叫做互斥）

13．什么是进程？

进程应该包括哪些东西？

一个进程应该包括：

程序的代码；

程序的数据；

PC中的值，用来指示下一条将运行的指令；

一组通用的寄存器的当前值，堆、栈；

一组系统资源（如打开的文件）

总之，进程包含了正在运行的一个程序的所有状态信息。

14．什么是任务？

（在许多嵌入式操作系统当中，一般把能够独立运行的实体称为“任务）任务切换是怎样的？

（当多任务内核决定运行另外的任务时，它保存正在运行任务的当前状态，即CPU寄存器中的全部内容。

这些内容保存在任务自已的栈区之中。

入栈工作完成以后，就把下一个将要运行的任务的当前状态从任务的栈中重新装入CPU的寄予存器，并开始下一个任务的运行。

这个过程就称为任务切换）任务有哪三种基本状态？

就绪，执行，阻塞

15．描述任务的数据结构是什么？

（描述任务的数据结构：

任务控制块）包含哪些内容？

（任务ID、任务的状态、任务的优先级；

CPU上下文信息：

通用寄存器的值、PC寄存器的值、程序状态字、栈指针的值；

如果在该OS中，任务描述的是进程，则还应包括其他的一些内容，如段表地址、页表地址等存储管理方面的信息；

根目录、文件描述字等文件管理方面的信息。

）

17.任务在那些时间可以调度？

1.当一个新的任务被创建时，是执行新任务还是继续执行父任务？

2.当一个任务运行完毕时；

3.当一个任务由于I/O、信号量或其他的某个原因被阻塞时；

4.当一个I/O中断发生时，表明某个I/O操作已经完成，而等待该I/O操作的任务转入就绪状态；

5.在分时系统中，当一个时钟中断发生时。

18.嵌入式系统任务调度算法的评价指标有哪些？

☉响应时间（responsetime）：

调度器为一个就绪任务进行上下文切换的时间，以及任务在就绪队列中等待的时间；

☉周转时间（turnaroundtime）：

一个任务从提交到完成所经历的时间；

☉调度开销（overhead）：

调度算法在执行时所需要的时间和空间开销；

☉公平（fairness）：

大致相当的两个进程所得到的CPU时间也应是大致相同的，防止饥饿（starvation）；

☉均衡：

尽可能使整个系统的各部分（CPU、I/O）都忙起来，提高系统资源的使用效率；

☉吞吐量（Throughput）：

单位时间内完成的任务数。

19．什么是优先级调度算法？

（优先级算法（PriorityScheduling）：

给每个任务设置一个优先级，然后在所有就绪任务中选择优先级最高的那个任务去运行）任务优先级有哪两种确定方式？

（静态和动态两种）

20．大多数RTOS调度器都采用基于优先级的可抢占调度算法，但在具体实现上要考虑哪些问题：

（如何设定各个任务的优先级？

优先级是静态设置的还是动态可变的？

算法的性能如何，能否满足实时要求？

21．任务间通信可以有哪几种方式？

共享内存（sharedmemory）；

消息传递（messagepassing）；

管道（pipe）；

信号（signal）。

22．什么是代码的临界区？

什么叫临界资源？

对共享内存或共享文件的访问，可能会导致竞争条件的出现。

我们把完成这类事情的那段代码称为“临界区”（CriticalRegion），把需要互斥访问的共享资源称为“临界资源”。

23有哪几种种方法，使得任何两个任务都不会同时出现在临界区中，就可以避免竞争条件的出现？

1当一个任务进入临界区后，关闭所有的中断；

当它退出临界区时，再打开中断。

2可以采用各种基于繁忙等待（busywaiting）的策略，基本思路是：

当一个任务想要进入它的临界区时，首先检查一下是否允许它进入，若允许，就直接进入了；

若不允许，就在那里循环地等待，一直等到允许它进入。

24．什么是信号量？

什么是原子操作？

什么是P原语？

什么是V原语？

1965年由著名的荷兰计算机科学家Dijkstra提出，其基本思路是用一种新的变量类型（semaphore）来记录当前可用资源的数量。

有两种实现方式：

1）semaphore的取值必须大于或等于0。

0表示当前已没有空闲资源，而正数表示当前空闲资源的数量；

2）semaphore的取值可正可负，负数的绝对值表示正在等待进入临界区的任务个数。

信号量是由操作系统来维护的，任务只能通过初始化和两个标准原语（P、V原语）来访问。

初始化可指定一个非负整数，即空闲资源总数。

P、V原语作为操作系统内核代码的一部分，是一种不可分割的原子操作（atomicaction），在其运行时，不会被时钟中断所打断

P原语：

P是荷兰语Proberen（测试）的首字母。

申请一个空闲资源（把信号量减1），若成功，则退出；

若失败，则该任务被阻塞；

V原语：

V是荷兰语Verhogen（增加）的首字母。

释放一个被占用的资源（把信号量加1），如果发现有被阻塞的任务，则选择一个唤醒之。

25．如何用信号量实现互斥？

如何用信号量实现同步？

26．IO设备按数据组织分类包括哪两种类型？

块设备：

以数据块来作为信息的存储和传输单位，每个数据块都有一个地址，如磁盘；

字符设备：

以字符来作为信息的存储和传输单位，如打印机。

27．CPU如何与设备控制器当中的寄存器以及数据缓冲区有哪三种编址方式？

采用哪三种方法实现IO的输入输出？

I/O独立编址；

内存映像编址；

混合编址。

程序循环检测方式（ProgrammedI/O）；

中断驱动方式（Interrupt-drivenI/O）；

直接内存访问方式（DMA,DirectMemoryAccess）；

第三章ARM处理器体系结构与指令集

1.32位嵌入式微处理器的主要评价指标有哪些？

●功耗。

一般的嵌入式微处理器都有三种运行模式：

运行模式（operational）；

待机模式（standbyorpowerdown）；

停机模式（andclock-off）。

功耗的评测指标是MIPS/W；

●代码存储密度。

传统的CISC指令集计算机具有较好的代码存储密度。

而RISC指令集计算机由于要求指令编码长度固定，虽然可以简化和加速指令译码过程，但为了实现与CISC指令集计算机相同的作业，往往需要更多的指令来完成，从而增加了代码长度

●集成度。

嵌入式微处理器一般都为专用市场设计的，需要较高的集成度。

但把所有的外围设备都集成到一个芯片上也不是一种好的解决方案。

这是因为高集成度使芯片变得复杂，芯片引脚变密，增加了系统设计和测试的复杂性。

因此，集成外围设备时必须要考虑简化系统设计，并缩短整个系统的开发周期。

●多媒体加速。

为实现多媒体加速功能，嵌入式微处理器的设计者在传统的微处理器指令集的基础上增加JPEG和MPEG解压缩的离散余弦变换指令。

还有一些半导体厂商针对智能手机和移动通讯市场的需求，将RISC微处理器和DSP集成在一个芯片上，如TI的OMAP。

2.ARM7TDMI的关键部件有几个？

分别是什么？

3.ARM处理器可以执行两套指令系统，分别为ARM态和Ｔｈｕｍｂ态，ARM指令和Thumb指令，指令长度上有什么区别？

（32bits长（ARM状态）16bits长（Thumb状态）

）系统启动时，处理器处于哪种状态？

（ARM态）

7.程序计数器PC总是指向当前指令的下两条指令的地址，ARM处理器中，PC一般用那个寄存器？

（R15）当ARM处理器处于ARM态时，PC为当前指令的地址加8字节，Thumb状态时，PC为当前指令的地址加几个字节？

8.ARM处理器中，R13、R14、R15的功能各是什么，使用它们，细节上各自有什么特别要注意的地方？

9.ARM处理器有哪几种运行模式？

各是什么？

特权模式和用户模式各包括哪些运行模式？

处理器模式

说明

备注

用户（usr）

正常程序执行模式

不能直接切换到其它模式

系统（sys）

运行操作系统的特权任务

与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权

快中断（fiq）

支持高速数据传输及通道处理

FIQ异常响应时进入此模式

中断（irq）

用于通用中断处理

IRQ异常响应时进入此模式

管理（svc）

操作系统保护模式

系统复位和软件中断响应时进入此模式

中止（abt）

用于支持虚拟内存和/或存储器保护

在ARM7TDMI没有大用处

未定义（und）

支持硬件协处理器的软件仿真

未定义指令异常响应时进入此模式

10.ARM允许多种寻址方式，例如MOVR0，R1，这里源操作数和目的操作数使用的都是寄存器寻址，那么指令LDRR0，[R1，#4],这里源操作数使用的寻址方式是叫什么？

那么指令LDRR0，[R1],这里源操作数使用的寻址方式是什么？

，该指令助记符的含义是什么？

与LDR相对应的指令助记符是什么？

11.ARM7使用了几级流水线，分别是什么？

ARM9使用了几级流水线？

ARM7:

3级-取指，译码，执行。

ARM9:

5级-取指，指令译码，执行，缓冲/数据，回写。

12.ARM微处理器的寄存器在逻辑上有多少个?

13.ARM处理器支持哪几种异常？

按响应异常的优先级分类，优先级最高的是什么？

最低的是什么？

进入、退出异常时，ARM处理器分别要执行什么操作？

FIQ，IRQ（InterruptReQuest），未定义指令，预取中止，数据中止，复位，软件中断Softwareinterrupt。

优先级最高：

复位，最低：

未定义指令。

进入：

拷贝CPSR到SPSR_<

mode>

，设置适当的CPSR位，保存返回地址到LR_<

，设置PC为相应的异常向量

退出：

1.（R14）中的值减去偏移量后存入PC，偏移将LR量根据异常的类型而有所不同；

2.将SPSR的值复制回CPSR；

3.清零在入口置位的中断禁止标志。

14.在ARM处理器中，把CPSR或SPSR的内容读出到通用寄存器中，有什么特别的要求？

想修改CPSR寄存器的值为0XFF，应该用什么指令？

怎么做？

15.阅读分析代码，实现两个寄存器值的内容相加。

;

文件名：

TEST1.S

功能：

实现两个寄存器相加

说明：

使用ARMulate软件仿真调试

AREAExample1,CODE,READONLY;

声明代码段Example1

ENTRY;

标识程序入口

CODE32;

声明32位ARM指令

STARTMOVR0,#0;

设置参数

MOVR1,#10

LOOPBLADD_SUB;

调用子程序ADD_SUB

BLOOP;

跳转到LOOP

ADD_SUB

ADDSR0,R0,R1;

R0=R0+R1

MOVPC,LR;

子程序返回

END;

文件结束

16．分析一段指令执行前后的变化

PRE

r0=0x00000000,r1=0x00009000,

Mem32[0x00009000]=0x01010101

Mem32[0x00009004]=0x02020202

回写型前变址寻址：

LDRr0,[r1,#0x4]！

POSTr0=0x02020202,r1=0x00009004

前变址寻址：

LDRr0,[r1,#0x4]

POSTr0=0x02020202,r1=0x00009000

后变址寻址：

LDRr0,[r1],#0x4

POSTr0=0x01010101,r1=0x00009004

17．完成一个存储器数据块拷贝

注：

r9——存放源数据的起始地址

r10——存放目标起始地址

r11——存放源结束地址

loop

LDMIAr9!

{r0-r7};

装载32字节并更新r9指针

STMIAr10!

存储32字节并更新r10指针

CMPr9,r11;

是否到达结束地址

BNEloop;

不相等跳转

第四部分

1．μC/OS主要特点有哪些？

◆公开源代码

◆可移植性（Portable）

绝大部分C/OS-II的源码是用移植性很强的ANSIC写的。

和微处理器硬件相关的那部分是用汇编语言写的。

汇编语言写的部分已经压到最低限度，使得C/OS-II便于移植到其他微处理器上。

C/OS-II可以在绝大多数8位、16位、32位以至64位微处理器、微控制器、数字信号处理器（DSP）上运行。

◆可固化（ROMable）

C/OS-II是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要读者有固化手段（C编译、连接、下载和固化），C/OS-II可以嵌入到读者的产品中成为产品的一部分。

◆可裁剪（Scalable）

可以只使用C/OS-II中应用程序需要的那些系统服务。

也就是说某产品可以只使用很少几个C/OS-II调用，而另一个产品则使用了几乎所有C/OS-II的功能，这样可以减少产品中的C/OS-II所需的存储器空间（RAM和ROM）。

这种可剪裁性是靠条件编译实现的。

◆占先式（Preemptive）

◆多任务

C/OS-II可以管理64个任务，然而，目前这一版本保留8个给系统。

应用程序最多可以有256个任务

◆可确定性

全部C/OS-II的函数调用与服务的执行时间具有可确定性。

◆任务栈

每个任务有自己单独的栈，C/OS-II允许每个任务有不同的栈空间，以便压低应用程序对RAM的需求。

◆系统服务

C/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的内存的申请与释放、时间相关函数等。

◆中断管理

中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被该中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达255层。

◆稳定性与可靠性

2.μC/OS允许管理有多少个任务，用户可以有多少个任务？

系统保留的几个任务是什么？

μC/OS-Ⅱ可以管理多达64个任务；

系统保留了优先级为0、1、2、3、OS_LOWEST_PRIO-3、OS_LOWEST_PRI0-2，OS_LOWEST_PRI0-1以及OS_LOWEST_PRI0这8个任务以被将来使用，用户可以有56个应用任务

3．任务的组成包括那些部分？

任务控制块----uC/OS-II进行任务管理用的一个数据结构。

任务代码----描述任务算法的程序编码。

任务堆栈----任务的工作现场环境。

4.μC/OS中任务有五种状态，相互间转换需要特定的条件，试用状态转换图描述。

5．任务堆栈在系统中有哪些应用？

任务堆栈是任务的三大组成部分之一。

保存CPU寄存器现场（R0~R12、LR、SPSR等）。

本Task的私有数据。

6.TCB中各成员的作用是什么？

7．什么是任务就绪表？

任务优先级和任务就绪表的映射关系是怎样的？

任务就绪表：

每个任务的就绪态标志放入在就绪表中，就绪表中有两个变量OSRdyGrp和OSRdyTbl[]。

在OSRdyGrp中，任务按优先级分组，8个任务为一组。

OSRdyGrp中的每一位表示8组任务中每一组中是否有进入就绪态的任务。

任务进入就绪态时，就绪表OSRdyTbl[]中的相应元素的相应位也置位。

映射关系：

⏹uC/OS-II最多管理64个任务，Prio值域：

0~63，对应的二进制数000,000~111,111（6bit），OSRdyGrp（任务组就绪变量）8bit，任务就绪数组元素OSRdyTbl也是8bit。

⏹prio.D[5:

3]---对应OSRdyTbl的下标（任务组号y），也对应OSRdyGrp的比特位号。

⏹prio.D[2:

0]---对应OSRdyTbl元素的位号（任务组号x）

8.举例说明优先级在任务就绪表中的表示。

举例：

prio=29的任务在任务就续表中的表示。

prio=29，其