嵌入式期末复习提纲包含答案.docx

考试题型：
• 1、判断题 10分
• 2、填空题 20分
• 3、选择题 20分
• 4、简答题 30分（5个）
• 5、应用题 20分（3个）
• 6、名字解释

复习资料：
• 书本
• PPT课件，平时课堂例题。
• 平时作业和练习
• 考试范围：1-5章
• 其他说明：
• 课后习题是重点。
• 简答题来源于前5章，每章一个。

每章重点：

第一章：
1.什么是嵌入式系统？试简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。 
嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。
2. 嵌入式系统具有哪些特点？

3. 嵌入式系统由哪些部分组成？简单说明各部分的功能和作用。

4. 嵌入式系统是怎样分类的？

5. 嵌入式系统的定义。
嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。

6. 什么是交叉编译，试说明交叉编译的实现过程。

7．嵌入式系统有哪些应用领域。
嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括：   
１．工业控制： 
  基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。就传统的工业控制产品而言，低端型采用的往往是８位单片机。但是随着技术的发展，32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心，在未来几年内必将获得长足的发展。   
２．交通管理： 
  在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。   
３．信息家电： 
  这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。   
４．家庭智能管理系统： 
  水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。

第二章：
1.嵌入式处理器有哪几类？简述各类嵌入式处理器的主要特点和应用领域。(P6)
嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP、嵌入式片上系统。
(1)嵌入式微处理器集成处理器内核，存储管理器高速缓存芯片，存在体积小、重量轻、成本低和可靠性高等特点，其又称为单板机。
（2）嵌入式微控制器是集成了微处理器、存储器和片内外设芯片称为微控制器，片上外设资源丰富适合于控制单片化、体积小、功耗低、成本低等特点。
（3）嵌入式DSP专门用于信号处理的嵌入式芯片，适合执行DSP算法，能够对离散信号进行集化处理，提高速度。
（4）嵌入式片上系统SOC软硬件的无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块，在单个芯片上实整个系统的功能

2. 简单说明ARM7 TDMI的含义。(P7)
ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。TDMI的基本含义为：
T：支持16为压缩指令集Thumb；
D：支持片上Debug；
M：内嵌硬件乘法器（Multiplier）
I：嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；
3. 选择ARM处理器时需要考虑哪些问题？(P34-P35)
4. ARM处理器总共有多少个通用寄存器？这些通用寄存器的组成结构是什么样的? 这些寄存器按其在用户编程中的功能是如何划分的？特殊寄存器有哪些？他们的作用分别是什么？（P39-P40）
ARM微处理器共有37个32位的寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。
31个通用寄存器根据其编程特点可分为如下几种类型：
a.不分组寄存器R0-R7，为所有模式共享;
b.分组寄存器R8-R12，R8_fiq-R12_fiq，FIQ模式下的寄存器，R8-R12，其它模式共享
c.分组寄存器R13-R14分为6组，用户、系统一组，其他每种模式一组：
R13_通常用作堆栈指针SP，R14_通常用作子程序链接寄存器，当进入子程序时，常用来保存PC的返回值其中，mode为以下几种模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。
d.程序寄存器R15（PC），为所有模式共享
6个状态寄存器：
一个CPSR当前程序状态寄存器，保存当前程序状态。五个程序状态备份寄存器SPSR(svc,abt,und,irq,frq)，只有在异常模式下，才能被访问，各异常模式都拥有属于自己的SPSR，当发生异常时，SPSR用来保存CPSR的值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。

5. CPSR各状态位的作用是什么？如何进行操作，以改变各状态位？(P40-P41)
CPSR可在任何运行模式下被访问，它包含条件码标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。 
条件码标志位： 
N:当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0 表示运算的结果为正数或零； 
· Z:Z=1 表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非零； 
· 
C:①加法（包括比较指令CMN）运算结果产生进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
② 减法（包括比较指令CMP）运算产生借位（无符号数溢出），C=0，否则C=1。
③ 对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。 · 
V:①对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出。 
· CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。 
状态寄存器（PSR）中的其余位为保留位，当改变PSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要被改变，在程序中也不要使用保留位来存储数据。

6. 试述ARM处理器对异常中断的响应过程。
ARM处理器对异常中断的响应过程如下所述：
　①保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位；
　②设置当前程序状态寄存器CPSR中的相应位；
　③将寄存器lr_mode设置成返回地址；　　
④将程序计数器值PC，设置成该异常中断的中断向量地址，跳转到相应异常中断处执行。

7. ARM指令的寻址方式有哪几种？试分别叙述其各自的特点并举例说明。（P36-P38）

8. ARM指令系统中对字节、半字、字的存取是如何实现的？(P37)
Byte:字节，8位
Halfword：半字，16位
Word:字，32位
9.课后习题2-13，2-14要掌握，包括上课讲过的常用指令。
10.采用RISC架构的ARM微处理器一般具有什么特点？
1、体积小、低功耗、低成本、高性能。 　
2、支持Thumb (16位)/ARNI (32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件。 　
3、大量使用寄存器，指令执行速度更快。 　
4、大多数数据操作都在寄存器中完成。 　
5、寻址方式灵活简单，执行效率高。 　
6、指令长度固定。 
11.ARM7和ARM9分别是几级流水线？流水线的概念以及简述三级流水线分为哪三级？(P35-P36)
12. 简述ARM体系结构的T变种，M变种和E变种。（P32）
13.ARM处理器支持哪些数据类型，分别是多少位？
Byte:字节，8位
Halfword：半字，16位
Word:字，32位
12.ARM处理器有几种处理器模式？ARM处理器有哪两种特殊的工作状态？(P38-P39)
ARM有7种处理器模式。 
用户模式： 正常程序运行的工作模式，不能直接从用户模式切换到其它模式 
系统模式： 用于支持操作系统的特权任务等，可以直接切换到其它模式 
快中断模式：用于快速中断处理，支持高速数据传输及通道处理，只有在FIQ异常响应时，
才进入此模式。 
中断模式： 用于通用中断处理，只有在IRQ异常响应时，才进入此模式。 
管理模式： 供操作系统使用的一种保护模式，只有在系统复位和软件中断响应时，才进入
此模式。 
中止模式： 用于虚拟内存和/或存储器保护。 
未定义模式：支持软件仿真的硬件协处理器，只有在未定义指令异常响应时，才进入此模式。
15. ARM存储器系统的存储格式分为哪两种？课本图2-13，2-14要求熟练掌握。(P43-P44)
ARM存储器有大端格式和小端。大端格式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字
数据的低字节则存放在高地址中；小端格式则相反。
16.ARM寻址方式中涉及的指令都要求掌握。
17.ARM指令格式、ARM存储器访问指令、ARM数据处理指令、ARM分支指令，课堂上讲过的都要掌握。
18.试写出ARM汇编语言的语句格式及其注意事项。（P74）
19.在ARM汇编语言编程中如何进行子程序调用及其返回？
在 ARM 汇编语言程序中，子程序的调用一般是通过 BL 指令来实现的。在程序中，使用指令： BL 子程序名 如（BL PRINT_TEXT） 即可完成子程序的调用。
该指令在执行时完成如下操作：将子程序的返回地址存放在连接寄存器 LR 中，同时将程序计器 PC 指向子程序的入口点，当子程序执行完毕需要返回调用处时，只需要将存放在 LR 中的返回地址重新拷贝给程序计数器 PC 即可。在调用子程序的同时，也可以完成参数的传递和从子程序回运算的结果，通常可以使用寄存器 R0 ～ R3 完成。

以下是使用 BL 指令调用子程序的汇编语言源程序的基本结构：

AREA Init ， CODE ， READONLY

ENTRY

Start

LDR R0 ， =0x3FF5000

LDR R1 ， 0xFF

STR R1 ， [R0]

LDR R0 ， =0x3FF5008

LDR R1 ， 0x01

STR R1 ， [R0]

BL PRINT_TEXT

┉┉

PRINT_TEXT

20.什么是内嵌汇编？它的特点是什么？

第三章：
1.嵌入式系统的硬件有哪几个组成部分？（P87）
以嵌入式系统处理器为核心，加上存储器，I/O接口电路，必要的附属电路（电源，时钟，复位，中断）以及相应的总线，以及辅助接口组成。
2. 试简单描述总线的四周期握手过程。（P89）
（1） 设备一升高它的输出电平来发出查询信号,他告诉设备二应准备好接受数据。
（2） 设备二准备好接收数据,升高它的它的输出电平来发出应答信号,这时设备一准备好
发送数据,设备二已准备好接收数据。
（3） 一旦看到数据传输完毕,设备二降低它的输出电平表示它已经接受完数据。
（4） 看到设备二的应答信号变低,设备降低它的输出电平。
3. 什么是DMA？DMA主要用来完成哪种总线操作？（P91）
直接存储器访问（Direct Memery-Access，DMA）是允许读/写不由CPU控制的总线操作。专用硬件来完成外设与存储器之间的高速数据传输。除CPU以外的操作外设和存储器的读写操作。
4. 请画图说明分级存储器系统的结构。（P94）

5. RAM存储器有哪几种？它们的特点是什么？（P95-P96）
静态RAM，特点：价高，容量小，功耗低，稳定性要求高的场合。 
动态RAM，特点：电路简单，价低，容量大，稳定性低，
6. ROM存储器有哪几种？它们的特点分别是什么？
（1）可编程ROM，只可编程一次。 
（2）紫外线可擦可编程ROM，该类ROM可以通过紫外线擦出后重复编程。 
（3）电可擦除可编程ROM，用户以字节为单位多次用电擦除和改写存储内容。
7.总线的概念是什么？（P88）基本的总线操作包括？结合图3-3说明总线的读写操作过程。
8.触摸屏的电阻式和电容式应用。（P103）

第四章：
1.驱动层软件可以分为哪三种类型？（P119）
板级初始化程序、与系统软件相关驱动程序、与应用相关的驱动程序
2.什么是BootLoader?为什么说BootLoader是依赖于目标硬件实现的？（P120）
Bootloader是系统加电后首先运行的一段程序代码，其目的是将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，为调用操作系统内核准备好正确的坏境。
每种嵌入式微处理器体系结构都有不同的Bootloader，Bootloader还依赖于具体的嵌入式板级硬件设备的配置，所以依赖于目标硬件实现。
3. 硬件抽象层一般实现哪些功能？（P136）
硬件抽象层的目的是为了将硬件抽象化，通过程序来控制CPU、I/O存储器等硬件的操作，从而使得系统的十倍驱动程序与硬件无关，在功能上，抽象层一般应实现相关硬件的初始化、数据的I/O操作、硬件十倍的配置操作等
4. 设计板级支持包的主要目的是什么？它实现的主要功能有哪些？（P136）
为驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包
5.嵌入式软件的体系结构分为哪几层？
6. BootLoader包含哪两种操作模式？试简述其特点。

第五章：
1.什么是嵌入式操作系统？请列举几个典型的嵌入式操作系统，并简述其主要特点。
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) Windows CE: 
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) Palm OS: 
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Palm OS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Palm OS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，Palm OS无所不包。在丰富的软件支持下，基于Palm OS的掌上电脑功能得以不断扩展。 
操作系统的节能功能。在Palm OS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（Dynamic RAM）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（Storage RAM）类似于PC机上的硬盘，可以永久保存应用程序和数据。 
Palm OS的数据是以数据库（database）的格式来存储的。 
4) 嵌入式Linux: 
嵌入式Linux OS逐渐形成了可与Windows CE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。
2. 非占先式内核与占先式内核的主要区别是什么？
非占先式内核的优点：（1）响应中断快（2）可以使用不可重入函数（3）共享数据方便。 
占先式内核是任务级响应时间最优化而且是确定的，不应直接使用不可重入函数
3．进程和线程的概念是什么？区别和联系是什么？
4.每个任务都可以处于哪几种状态之一？

名词解释：
RTOS ARM RISC DMA BSP HAL