嵌入式系统及三要素.docx
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嵌入式系统及三要素
嵌入式系统及三要素
定义:
以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、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。
简单定义:
嵌入到对象体系中的专用计算机系统。
三要素:
嵌入式系统的三个基本要素是嵌入性、专用性与计算机系统。
(1)嵌入性是把软件嵌入到Flash存储器中,
(2)专用性是指针对某个具体应用领域和场合,量体裁衣式的定制适用该场合的专用系统,
(3)计算机系统是指必须具有计算机系统的组成,核心是计算机系统。
三个要素决定了嵌入式系统是嵌入到对象体系中的一种专用的计算机系统。
嵌入式系统設計与开发原则与步驟
1.設計与开发原則
既然嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用的计算机系统,因此嵌入式系统设计的基本原则:
物尽其用。
这一原则表明,嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,以最小成本实现更高的性能,同时尽可能采用高效率的设计算法,以提高系统的整体性能,换句话说同,“物尽其用”就是“够用就好”,以最高性价比来设计嵌入式应用系统。
2、设计与开发步骤
嵌入式系统的设计步骤包括需求分析、体系结构设计、硬件设计,软件设计,执行机构设计、系统集成和系统测试。
各个阶段之间往往要求不断的修改,直至完成最终设计目标。
ARM存储模式
关于存储模式:
大端模式和小端模式,靠GPE8(ENDIAN)高低电平决定,高电平大端模式,低电平小端模式。
让GPE8工作于功能1模式控制。
掌握大小端模式存储结构。
已知一个32位的一个字0x87654321,存放在内存0x12000004~0x12000007中,指出对于大端模式和小端模式下,字节0x65存放的地址。
ARM指令流水线
关于指令流水线:
ARM采用指令流水线技术。
不同内核指令流水线的级数不同。
采用指令流水线的作用是提高指令执行效率。
有3、5、6、7、8级不等。
对于一个具有1条8级指令流水线的ARM处理器,假设每1级所需要的时间为1ns,求这种ARM处理器执行4000条指令最快所需要的时间。
如果有两条这样的指令流水线那?
ARM常用指令
MOV
MNV
LDR、LDRB、LDRH
STR
ORR
AND
B 注意条件域
ARM伪指令 LDR
ADD
MUL
CMP
TST
B BCC BHI BEQ BCS BLS BGE BLT BGT BLE
ARM指令条件域
ARM芯片选型
基本方法:
根据需求,对照ARM芯片的技术要点去按照够用就好,略有余量的基本原则来选择。
S3C44B0的端口組件及应用
多功能GPIO的配置方法:
1、端口配置寄存器PCONA~PCONG决定A~G端口的功能
2、端口数据寄存器PDATA~PDATG端口A~G的数据,可输入输出
3、上拉电阻寄存器PUPC~PUPG决定C~G端口是否内部上拉
4、特殊上拉电阻寄存器
SPUPR决定数据总线是否上拉
S3C44B0的UART开发应用
对于S3C44B0,已知MCLK=60MHz,阅读程序回答问题:
ARM汇编语言如下,试说明完成的功能。
LDR R0,=rPCONA
LDR R1,=0x3FF
STR R1,[R0] ;A口功能2
LDR R0,=rPCONB
LDR R1,=0x7FF
STR R1,[R0] ;B口功能2
LDR R0,=rPCOND
MOV R1,=0x0055
STR R1,[R0] ;D口中GPD7~GPD4输入,GPD3~GPD0输出
LDR R0,=rPCONF
LDR R1,=0x120000
STR R1,[R0] ;GPF6,7为UART1RXD和TXD,其余GPF为输出
LDR R0,=rPCONG
MOV R1,#0xFFFF
STR R1,[R0] ;F口为外部中断
解答:
具体功能见注释!
S3C44B0的UART組件及开发應用
常用UART寄存器
1、UART线路控制寄存器ULCON0和ULCON1
决定字符格式(数据位数、停止位、奇偶校验位,红外和正常模式)
2、UART控制寄存器UCON0和UCON1
决定中断类型、发送和接收触发方式、接收和发送中断允许等)
3、UART发送接收状态寄存器UTRSTAT0和UTRSTAT1反映接收和发送状态
4、 UART发送接收数据寄存器UTXH0和UTXH1保持发送和接收的数据
5、UART波特率发生器决定通信波特率
UBRDIVn =INT(MCLK/(波特率×16)+0.5)-1
S3C44B0的UART开发应用
利用S3C44B0进行串行通信,已知MCLK=60MHz,阅读程序回答问题:
LDR R0,=rPCONE
ORR R1,R0,#0x28 00 10 10 00
STR R1,[R0];写PCONE使GPE1GPE2为TXD0和RXD0用于串行通信功能
LDR R0,rUFCON0
MOV R1,#0
STR R1,[R0] ;UFCON0=0禁止FIFO
LDR R0,rULCON0
ORR R1,#0x23 ;00100011
STR R1,[R0] ;字符格式为:
8位数据,1位停止位,奇校验
LDR R0,=rUCON0
ORR R1,R0,#0xC1
STR R1,[R0] ;写UART0控制寄存器使允许接收中断正常接收发送
LDR R0,=rUBRDIV0
LDR R1,=325
STR R1,[R0] ;设定波特率为11520BPS
1、说明本程序完成的功能
2、串行通信波特率是多少?
3、对程序进行注释
解答:
1、本程序段完成的是对UART0进行初始化,使用GPE1和GPE2用于UART0的TXD0和RXD0进行串行通信,通信字符格式为8位数据,1位停止位,奇校验,禁止FIFO,允许接收中断,正常接收和发送。
2、串行通信波特率根据UBRDIV0=[MCLK/(波特率×16)-0.5]怪整数
所以:
波特率=MCLK/((UBRDIV0+0.5)*16)=60000000/(325.5*16)=11520bps
3、注释如上。
S3C44B0的PWM組件及开发应用
常用PWM寄存器
1、定时器配置寄存器TCFG0决定输入给定时器的时钟频率的预分频系数
2、定时器配置寄存器TCFG1决定输入给定时器的时钟频率的除数值
3、定时器控制寄存器TCON决定定时器是否自动重装、是否开始定时停止定时,是否输出反转,是否允许死区控制等。
4、 定时器计数寄存器TCNTB0~TCNTB5和比较寄存器TCMPB0~TCMPB5
S3C44B0的PWM开发应用
用PWM的TOUT1和TOUT2分别控制两个指示灯LED1和LED2,要求TOUT1=1时LED1亮,TOUT2=1时LED2亮,编程让LED1以0.5秒闪亮(即0.5秒亮,0.5秒灭,循环),LED2以2秒闪亮。
T1/T2定时器指定预分频系数199,除法器值16,MCLK=60MHz。
解答:
LED1闪亮0.5秒:
T1设置0.5S定时且反转;LED2闪亮:
T2设置2S定时且反转配置寄存器TCFG0=0xC7C7 (T1和T2为199=0xC7预分频)
配置寄存器TCFG1=0x330 (T1和 T2除法器值为16)
定时器输入时钟频率=MCLK/(预分频值+1)/(除法器值)=60000000/(199+1)/16=18750Hz
定时0.5秒,T1计数缓冲寄存器TCNTB1的值=0.5×18750=9375
定时2秒,T2计数缓冲寄存器TCNTB2的值=2×18750=37500
LDR R0,rTCFG0
MOV R1,#0xC7C7 或LDR R1,=0xC7C7
STR R1,[R0] ;写TCFG0,分频系数为199=0xC7
LDR R0,=rTCFG1
LDR R1,=0x330
STR R1,[R0] ;写TCFG1,除法器值16
LDR R0,=rTCNTB1
LDR R1,=9375
STR R1,[R0] ;写TCNTB1
LDR R0,=rTCNTB2
LDR R1,=37500
STR R1,[R0] ;写TCNTB2
LDR R0,=rTCON ;
ORR R1,R0, #0xDD00 ;T1和T2自动重装/反转、启动定时器
STR R1,[R0] ;写TCON
S3C44B0的WDT組件及开发應用
常用WDT寄存器
1、WDT控制寄存器WTCON决定是否允许复位、是否允许中断以及决定预分频系数和时钟因子
2、WDT数据寄存器WTDAT和计数寄存器WTCNT
3、WDT定时输入时间:
T_WDT=1/(MCLK/预分频系数+1)/分频系数
4、WDT复位时间:
T_RST=WTCNT×T_WDT
S3C44B0的WDT开发應用
如果MCLK=40 MHz,采用预分频值为99,分频系数为64,要使WDT的定时时间为10秒,允许复位,禁止中断,写出WDT初始化程序片段。
解答:
t_watchdog = 1/( MCLK / (预分频值+1) /分频系数 )
= 1/(40000000/100/64)
= 160us
溢出时间t = WTCNT*t_watchdog=10S
= WTCNT*160us=10000000us
WTCNT=62500
LDR R0,rWTCON
LDR R1,=0xF939
STR R1,[R0];写WDT控制寄存器使禁止中断,允许复位,预分频系数99,分频系数64
LDR R0,rWTCNT
LDR R1,=62500
STR R1,[R0] ;写WDT计数寄存器使计数值为62500,定时10秒
S3C44B0的ADC組件及开发应用
常用ADC寄存器
1、ADC控制寄存器ADCCON决定是否允许启动、选择ADC通道、反映ADC转换状态
2、ADC预分频寄存器ADCPSR决定预分频系数
3、ADC转换时间:
TADC=2×(ADCSPR的值+1)×16/MCLK
4、ADC数据寄存器寄存转换后的10位数字量
5、对ADC操作三要素:
(1)选择通道并启动AD变换
(2)查询状态(是否转换结束)
(3)读取转换结果
S3C44B0的ADC开发应用
如果MCLK=64MHz
1、让ADC转换时间为10uS,写出程序片段
解答:
ADC转换时间:
TADC=2×(ADCSPR的值+1)×16/MCLK
ADCPSR=10/32*64-1=19
主要是写ADCPSR寄存器,写寄存器三条指令:
LDR R0,=rADCPSR
MOV R1,#19
STR R1,[R0]
解答续:
CMP R2,#30
BCC LPSET0
CMP R2,#90
BHI LPSETFF
MOV R3,R2
B LPGO
LPSET0:
MOV R3,#0
B LPGO
LPSETF:
MOV R3,#0xFFFFFFFF
LPGO:
B START
1.选择题
1. 以下哪个不是嵌入式系统的设计的三个阶段之一:
(A)
A 分析
B 设计
C 实现
D 测试
2. 以下哪个不是RISC架构的ARM微处理器的一般特点:
(C )
A 体积小、低功耗
B 大量使用寄存器
C采用可变长度的指令格式,灵活高效
D 寻址方式灵活简
3. 通常所讲的交叉编译就是在X86架构的宿主机上生成适用于ARM架构的( A )格式的可执行代码。
A elf
B exe
C pe
D sh
4. 下面不属于Boot Loader 阶段1所完成的步骤的是:
( C )
A . 硬件设备初始化。
B . 拷贝Boot Loader的阶段2到RAM空间中。
C . 将kernel映像和根文件系统映像从Flash读到RAM空间中。
D . 设置堆栈。
5. 以下哪个不是ARM的7种运行状态之一:
( B)
A快中断状态
B挂起状态
C中断状态
D无定义状态
6. 用以下的哪个命令可以把server的/tmp mount 到 client的/mnt/tmp 并且是( A)
A .mount -o ro server:
/tmp /mnt/tmp
B. mount -o ro /mnt/tmp server:
/tmp
C .mount -o ro client:
/mnt/tmp server:
/tmp
D.mount -o ro server:
/tmp client:
/mnt/tmp
7. 以下哪个GUI是由中国人主持的一个自由软件项目:
(A )
A MinuGUI
B OpenGUI
C MicroWindows
D Qt/Embedded
8. 在下面的叙述中,( D )不是嵌入式图形用户接口(GUI)的主要特点。
A运行时占用的系统资源少
B. 模块化结构,便于移植和定制
C. 可靠性高
D. 美观华丽,图形算法复杂
9. 以下叙述中,不符合 RISC 指令系统特点的是( B )。
A. 指令长度固定,指令种类少
B. 寻址方式种类丰富,指令功能尽量增强
C. 设置大量通用寄存器,访问存储器指令简单
D. 选取使用频率较高的一些简单指令
10. 通常所说的 32 位微处理器是指( C )。
A. 地址总线的宽度为 32 位
B. 处理的数据长度只能为 32 位
C. CPU 字长为 32 位
D. 通用寄存器数目为 32 个
11. 在嵌入式软件交叉调试过程中,宿主机与目标机之间的连接与通信方式有(ABCD)种。
A.串口
B .并口
C. 网络
D .JTAG
E . BDM
12.ADD R0,R1,[R2]属于(B)。
A .立即寻址
B。
寄存器间接寻址
C。
寄存器寻址
D。
基址变址寻址
13、ADD R0,R0,#1属于(A)
A .立即寻址
B。
寄存器间接寻址
C。
寄存器寻址
D。
基址变址寻址
14.数据字越长则(D)
A时钟频率越快
B 运算速度越快
C对存储器寻址能力越差
D精度越高
15.典型的计算机系统结构是(A)
A 冯诺依曼体系结构
B 哈佛结构
C 单总线结构
D双总线结构
16.将传统的计算机系统芯片化,是嵌入式系统诞生后的(A )发展模式
A ∑发展模式
B 创新模式
C 电子应用模式
D计算机应用模式
17.下列不是RISC指令系统特点的是( C )//应该为单周期指令
A大量使用寄存器
B 采用固定长度指令格式
C 使用多周期指令
D 寻址方式多
18.与通用操作系统相比嵌入式操作系统还必须具有的特点是( AB )
A强稳定性,弱交互性
B 较强实时性
C 可伸缩性
D 功耗管理与节能
19.下列哪种设备不属于嵌入式系统产品( C )。
A、PDA
B ATM取款机
C 个人计算机
D 机顶盒
20.下列是开源的嵌入式操作系统的是( A )
A.嵌入式linux
B uc/os
D Palm OS E WinCE
21.下列是虚拟文件系统的是( B )
A proc
B vfs
C ext
D fat32
22.英国电机工程师学会的定义:
“嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂操作的装置,具有( A )
A通常执行特定功能
B以微电脑和外围构成核心
C严格的时序和稳定性要求
D全自动操作循环
23.下列任务不是在嵌入式产品设计初期,即需求分析阶段完成的任务是( D )
A 性能
B 成本
C 功耗
D 操作系统和硬件选型
24.下列不属于ARM处理器异常工作模式的是( D )
A.快速中断模式
B. 未定义模式
C.数据访问终止模式
D. 用户模式
25.嵌入式软件开发与通用软件开发增加了( C )环节
A. 代码编写
B. 代码调试
C. 代码固化
D. 软件测试
26.嵌入式系统调试方式中不占用系统资源的调试方式是( C )
A模拟器方式
B 监控器方式)
C ICE在线仿真器
D IDE在线调试器方式
27.ARM汇编程序中实现程序跳转的方式有( A )
A 使用跳转指令
B 使用goto语句
C 向pc寄存器赋值
D 使用jump指令
28.ADD R0,R1,[R2]中的第二操作数属于( B )方式。
A .立即寻址
B。
寄存器间接寻址
C.寄存器寻址
D.基址变址寻址
29.烧写到FLASH里的是( B)格式的文件。
A. .asm
B. .bin
C. .obj
D..cpp
29.汇编程序中的伪指令是在( C )阶段起作用。
A. 编辑
B. 链接
C.编译
D. 执行
30、目前嵌入式处理器的种类大约有( C )
A. 500多种
B.800多种
C. 1000多种
D.2000多种
31.LDM和STM指令最多可以操作( C )寄存器。
A. 12个
B .2个
C. 16个
D. 32个
二、填空题
1.ARM内核有(T)(D)(M)(I)四个功能模块。
2.通用寄存器R0~R15可分为以下3块:
(未分组寄存器R0-R7)(分组寄存器R8-R14)(程序计数器R15)
3.ARM可用两种方法存储字数据:
(大端模式)(小端模式)
4.ARM体系结构支持的最大寻址空间为(4G)。
5.ARM是(Advanced RISC Machines)的简称。
6.ARM CPU 体系结构中支持的特有的两种指令集是:
(ARM指令集、)(Thumb指令集)
7.常用硬件调试工具有(实时在线仿真机)(逻辑分析仪)(ROM仿真机)(在线调试)
8. ARM处理器的5种异常模式是(快速终端模式)(外部中断模式)(管理模式)(数据访问终止模式)(未定义模式)
9.写出下列指令的含义
LDR R1, [R0, #0x08] :
R0加0x08加载到R1里。
即:
R1ß[R0+0x]
SUB R1, R1, R2, LSR R3 :
R1ß[R1-(R2右移R3位)]
LDR R1,[R0,R2,LSL#2]!
:
R1ß[(R2左移2位)+R0]
LDR R1, [R0],R2, LSL #1 :
R1ß[R0] ,R0ßR0+(R2左移1位)
10. LDM和STM指令最多可以操作( 16 )个寄存器.
11.嵌入式软件开发流程分为( 需求分析)( 软件设计 )( 软件实现 )( 软件测试 )。
12.BSP是( board support package)的缩写。
13.ADS是(ARM developer suite )的缩写。
。
14.JTAG是( Joint Test Action Group )的简称。
JTAG技术是一种调试技术,它是在芯片内部封装了专门的测试电路TAP(Test Access Port,测试访问口),通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试调试技术。
15.ARM汇编程序由(指令)( 为操作 )( 宏指令)三种指令组成。
16.Bootloader依赖于(CPU体系结构),也依赖于具体板级设备配置。
17.ARM中堆栈类型有(满递增)(满递减)(空递增)(空递减 )四种。
18.ARM处理器具有( ARM )( Thumb)两种操作状态
19.嵌入式系统开发硬件选择主要考虑( 硬件平台 )( 操作系统 )( 编程语言 )( 开发工具 )。
20.ARM处理器内核型号中的字母TDMI的含义分别是( thumb支持16位指令集 )(支持片上debug )( 内嵌硬件乘法器multipiler )( 嵌入式ICE支持片上断点和调试点)。
21.FLASH存储器的特点是(低功耗大容量 )(擦写速度快)(可整片进行烧写 )
22.SDRAM存储器特点是(单位空间存储量大 )( 价格便宜)( 运行速度快 )
23.FLASH存储技术中两种流行的存储技术是(norflash )( nandflash ),其中成本较低,而接口比较复杂的flash存储技术是(nandflash )。
24.ARM处理器有(快速中断模式 )(管理模式)(外部中断模式)(数据访问终止模式)(用户模式)(系统模式)(未定义模式)种运行模式。
其中特权模式是:
(快速中断模式)(管理模式)(外部中断模式)(数据访问终止模式)(系统模式)(未定义模式)异常模式是:
(快速中断模式 )(管理模式)(外部中断模式)(数据访问终止模式)(未定义模式)。
25.ARM处理器模式转换方式主要有(arm模式)(thumb
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