《嵌入式系统原理及接口技术》复习资料_嵌入式系统资料-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_69330940/article/details/138715082

《嵌入式系统原理及接口技术》复习资料

文章目录

《嵌入式系统原理及接口技术》复习资料

1 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的构成？

定义：嵌入在其他设备中,起智能控制作用的专用计算机系统
构成：硬件层、软件层、驱动层和执行机构

2 嵌入式处理器的种类？各有什么特点？

嵌入式微控制器(MCU, microcontroller unit)：集成到一个芯片中；应用方便,集成了ROM, RAM, PWM, 看门狗；价格便宜
嵌入式微处理器(MPU, microprocessor unit)：体积小、功耗低；举例：ARM, Power PC, MIPS
嵌入式数字信号处理器(DSP, Digital Signal Processor)：采取了特殊的设计，使它适合执行数字信号处理算法，比如：数字滤波、FFT、频谱谱分析
片上系统 (SoC, System on Chip)：集成在一个芯片上；Soc中的模块是可以使用HDL语言（硬件描述语言）设计的，单片机不可以

3 嵌入式操作系统的种类？各有什么特点？

Windows CE：与PC机上使用的Windows操作系统相似。
VxWorks：可靠性、实时性和可裁减性较好，通常用于高端的嵌入式系统产品中。
嵌入式Linux：免费；具有开放性；支持多用户；支持多任务；为用户提供了完善的、强大的网络功能
μC/OS-Ⅱ：免费；支持多任务处理，最多可管理64个任务；支持调度机制；支持多级中断机制
Android操作系统：以嵌入式Linux为基础

4 ARM9处理器支持哪些工作模式？

用户模式；系统模式；管理模式；中止模式；未定义模式；IRQ模式；FIQ模式

5 什么是大端存储和小端存储？怎样设置ARM9处理器的存储模式？

ARM9存储单元与地址的对应方式有两种：大端存储模式、小端存储模式。

大端存储模式：较高的有效字节存放在较低的存储器地址，较低的有效字节存放在较高的存储器地址
小端存储模式：较高的有效字节存放在较高的存储器地址，较低的有效字节存放在较低的存储器地址

设置存储模式：S3C2440处理器芯片,BIGEND引脚接低电平,小端存储模式; BIGEND引脚接高电平,大端存储模式

6 ARM9内部共有37个32位的寄存器？其中31个通用寄存器？有6个状态寄存器？R13、R14、R15寄存器有什么特殊的用途？

R13寄存器：也被称作堆栈指针寄存器，用于保存堆栈的栈顶指针。严格按照“先进后出”的原则存取堆栈中的数据。
R14寄存器：被称为链接寄存器，简称为LR（Link Register）寄存器。调用子函数、处理中断或处理异常事件时，R14寄存器用于存放断点地址。
R15(PC)寄存器：用于存放取指指针

7 CPSR和SPSR的全称是什么？CPSR和SPSR的格式定义？（即寄存器中的每一位有什么用途）

CPSR: 当前程序状态寄存器

SPSR: 备份的程序状态寄存器；在异常模式下，用于备份CPSR数值的寄存器。

状态标志包括 N标志、Z标志、C标志和 V标志

N标志位：指令执行结果是带符号的二进制补码时，若结果为负数，则N标志位置1；若结果为正数或0，则N标志位置0。

Z标志位：又称零标志位，当指令执行结果为0时，Z标志置1；否则Z标志置0。

C标志位：又称进位标志位。处理器执行加法指令或比较指令CMN时，若指令执行结果产生进位时，则C标志置1，否则C标志置0；处理器执行减法指令或比较指令CMP时，若指令执行结果产生借位时，则C标志置0；否则C标志置1。

V标志位：又称溢出标志位。处理器执行加法或减法指令时，若指令执行结果产生带符号溢出时，V标志置1。

CPSR当前程序状态寄存器的第7位～第0位分别是I、F、T和M[4：0]，它们均用做控制位。

I 和 F 分别是 IRQ 中断和 FIQ 中断的禁止/允许位：当 I =1时，禁止IRQ中断，否则I=0时允许IRQ异常;当F=1时，禁止FIQ中断，否则F=0时允许FIQ异常。

T 位是微处理器状态控制位：当T=0时，指示为ARM状态；当T=1时，指示Thumb状态。ARM状态下执行的指令是ARM指令，Thumb状态下执行的指令是Thumb指令.

M4、M3、M2、M1、M0是工作模式控制位，它们决定了ARM9微处理器的工作模式.

8 ARM9处理器能够响应的异常事件有哪些？这些异常事件的处理程序入口地址？这些异常事件的优先级？

复位异常:(a) 产生条件: 系统上电或人为复位;(b) 入口地址: 0x0000 0000;©工作模式: 管理模式
未定义指令异常:(a) 产生条件: 执行未定义指令;(b) 入口地址: 0x0000 0004;©工作模式: 未定义模式
软件中断异常:(a) 产生条件: 执行SWI指令;(b) 入口地址: 0x0000 0008;©工作模式: 管理模式
指令预取中止异常:(a) 产生条件: 读取指令失败;(b) 入口地址: 0x0000 000C;©工作模式: 中止模式
数据中止异常:(a) 产生条件: 数据读/写失败;(b) 入口地址: 0x0000 0010;©工作模式: 中止模式
IRQ异常:(a) 产生条件: 接收到有效的IRQ中断请求信号;(b) 入口地址: 0x0000 0018;©工作模式: IRQ模式
FIQ异常:(a) 产生条件: 接收到有效的FIQ中断请求信号;(b) 入口地址: 0x0000 001C;©工作模式: FIQ模式

9 ARM9处理器处理异常事件的流程？

（1）进入异常(保护现场):

把断点处的下一条指令地址保存到相应的R14寄存器中;
把CPSR的值复制到相应的SPSR备份的程序状态寄存器中;
根据异常事件的类型,把CPSR当前程序状态寄存器[4 : 0]设置为对应的数值;
把异常事件处理程序的入口地址加载到PC寄存器中

（2）退出异常(恢复现场):

把R14(LR)寄存器的值复制到R15(PC)寄存器中;
把SPSR 备份的程序状态寄存器的值复制到CPSR当前程序状态寄存器中
清除中断禁止控制位(如果在响应中断请求时,禁止了中断请求)

10 ARM9处理器支持的寻址方式有哪些？

(1)立即寻址；(2)寄存器寻址；(3)寄存器移位寻址；(4)寄存器间接寻址；(5)变址寻址；(6)堆栈寻址；(7)相对寻址

11 ARM指令集和Thumb指令集的区别，精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）的区别

**Thumb指令集(16位指令集)中的汇编指令助记符与ARM指令集(32位指令集)**中的汇编指令助记符是相同的，功能也基本相识。区别主要是以下几个方面：

（1）在分支指令方面，Thumb指令集在转移范围上有更多的限制；
（2）在数据处理指令方面，大多数情况下，Thumb指令集的数据处理指令的通用寄存器进行操作，操作的结果应该放入其中一个操作数寄存器中，而不是放入第三个寄存器中。
（3）在单寄存器加载/存储指令方面，Thumb指令集中的这些指令只能访问内部寄存器R0—R7中。
（4）在多寄存器加载/存储指令方面， Thumb指令集中是采用PUSH指令和POP指令来实现，指令执行时以R13作为堆栈指针，其内容为基础，实现满递减堆栈。
（5）Thumb指令集中没有协处理器指令、信号量指令以及访问CPSR寄存器或SPSR寄存器的指令。

精简指令集(RISC， Reduced Instruction Set Computing)：指令数量少，每个指令的长度相同，译码机制简单；
复杂指令集(CISC, Complex Instruction Set Computing)：指令数量多，每个指令的长度不相同，译码机制复杂

12 ARM指令集中，大多数指令是条件执行的。这里所说的条件执行指的是什么？

ARM条件执行是指根据指令中的条件码来决定是否执行这条指令。指令执行的条件是根据CPSR当前程序状态寄存器中的状态标志位和指令的条件域决定的，条件域确定指令在什么条件下执行。如果CSPR寄存器的标志为C、N、Z和V的值满足条件域的条件，则指令被执行，否则不执行。

13 ARM指令可以使用的条件码助记符有哪些？它们对应的条件？

条件码助记符：用于表示指令的执行条件

14 常用的ARM指令有哪些？它们的语法格式？功能？

1 寄存器加载及存储指令

1 单一数据加载/存储指令 LDR/STR
语法格式：
(1)LDR/STR{条件码}{Type} Rd，[Rn] 寄存器间接寻址
(2)LDR/STR{条件码}{Type} Rd，[Rn，Flexoffset] {!} 前变址寻址
(3)LDR/STR{条件码}{Type} Rd，label 相对寻址
(4)LDR/STR{条件码}{Type} Rd，[Rn]，Flexoffset 后变址寻址

指令功能：

单一数据加载指令 LDR：从主存储器（RAM）中，读取一个操作数，并将该操作数放在一个通用寄存器中。
单一数据存储指令 STR：将一个通用寄存器中的数据写入主存储器（RAM）中。

2 多数据加载/存储指令 LDM/STM
指令功能：
从主存储器中，连续读取几个操作数（32位，字），并把这些操作数放在几个通用寄存器中。或者，把几个寄存器中的数值，连续写入存储器中。
低地址的字，读到序号小的寄存器中；高地址的字，读到序号大的寄存器中
序号小的寄存器中的字，写入地址小的存储单元；序号大的寄存器中的字，写入地址大的存储单元
语法格式：
LDM/STM{条件码}寻址模式 Rn{!}, 寄存器列表{^}

3 单一数据交换指令 SWP
指令功能：在寄存器和存储器之间交换数据
语法格式：SWP{条件码}{Type} Rd,Rm, [Rn]

2 数据处理类指令

1 数据传送指令

常规的数据传送指令 MOV

语法格式：MOV{条件码}{S} Rd, Op
指令功能：寄存器与寄存器之间的传送指令
取反的数据传送指令 MVN
语法格式： MVN{条件码}{S} Rd, Op
指令功能：寄存器与寄存器之间传送取反值的指令；传送数据前,对操作数按位取反

2 算术运算指令

不带进位的加法指令 ADD

带进位的加法指令 ADC
不带借位的减法指令 SUB

带借位的减法指令 SBC

不带借位的反向减法指令 RSB

带借位的反向减法指令 RSC

32位乘法指令 MUL

32位乘加指令 MLA

3 逻辑运算指令

与运算指令 AND

或运算指令 ORR
异或运算指令 EOR
位清除指令 BIC

4 比较指令

常规的比较指令 CMP

与取负数的比较指令 CMN

5 测试指令

位测试指令 TST

相等测试指令 TEQ

3 分支指令

普通的分支指令 B

带链接的分支指令 BL

带状态切换的分支指令 BX

4 程序状态寄存器访问指令

程序状态寄存器读指令 MRS

程序状态寄存器写指令 MSR

5 软件中断指令 SWI

15 常用的指示符和伪指令有哪些？它们的语法格式？功能？

常用的指示符有：

AREA：用于定义一个程序段(代码段或数据段)
AREA 段名, 属性1, 属性2, …
ENTRY：

（1）用于指定程序的入口点
（2）在一个完整的ARM汇编程序中,至少使用一个ENTRY指示符。如果一个ARM汇编程序中使用了多个ENTRY指示符，可在链接的过程中指定入口点。
END：
（1）源程序结尾标识符
（2）告诉汇编器哪里是源程序的结尾
**EQU：**为程序中的常量、标号定义一个等效的字符名称
字符名称 EQU 表达式；实例：abc EQU 50
EXPORT：声明一个全局标号，该标号可以在其它源文件中引用
EXPORT 标号
IMPORT：引用一个全局标号，该标号是在其它源文件中定义的
IMPORT 标号
**GET：**把一个文件包含在当前文件中<,与C语言和C++语言中的”include”相似
**CODE16：**告诉汇编器，后面的指令序列是32位的ARM指令
**CODE32：**告诉汇编器，后面的指令序列是16位的Thumb指令

常用的伪指令：

ADR：

将标号（或标号表达式）代表的相对地址读取到寄存器，它能加载的相对地址的范围与地址的对齐方式有关：
按字节对齐，-255B～255B；按字对齐， -1020B～1020B
ADR{条件码} Rd, label表达式
**ADRL：**将标号（标号表达式）代表的相对地址读取到寄存器，它能加载的相对地址的范围与地址的对齐方式有关：
按字节对齐，-64KB～64KB；按字对齐， -256KB～256KB
ADRL{条件码} Rd, label表达式
**LDR：**将32位的常数或常数表达式读取到寄存器中
LDR{条件码} Rd, = 常数或常数表达式——与单一数据加载指令LDR的区别，有 =

16 系统引导程序有什么用途？

系统引导程序需要完成的功能：
（1）系统上电时，关闭看门狗定时器，关闭中断
（2）设置好堆栈指针，即为堆栈指针寄存器赋初值。5种异常模式下使用的堆栈指针寄存器不同，因此需要根据应用的具体情况，为不同的堆栈指针寄存器赋初值。
（3）如果系统中使用了DRAM，需要设置相关的寄存器
（4）初始化所需的存储空间。
（5）将处理器的工作模式切换到用户模式

17 存储器的分类？SRAM存储器和DRAM存储器的区别？NAND Flash存储器和NOR FLASH存储器的区别？

存储器的分类

（1）按存储器的用途分类
寄存器：存放正在执行的指令使用的数据,及执行结果
高速缓存器Cache：存放经常使用的指令和数据
主存储器：存放正在执行的代码块和正使用的数据块(PC内存条)
辅助存储器：存放所有的代码和数据(PC中的硬盘,手机中的Flash)

（2）按存储器的存取方式分类:
随机访问存储器：RAM
只读存储器：ROM

SRAM存储器和DRAM存储器的区别？
随机访问存储器RAM：（1）静态随机访问存储器SRAM（SR锁存器）；（2）动态随机访问存储器DRAM（电容器）
SRAM存储器：读写速度快、功耗大
DRAM存储器：需要周期性刷新、集成度高

NAND Flash存储器和NOR FLASH存储器的区别？
NOR Flash存储器：读取速度快、接口简单
NAND Flash存储器：集成度高

18 总线的种类？

片内总线：连接处理器内核、片内存储器、外部存储器接口、DMA总线控制器、定时器、其他I/O部件等。
板级总线：连接处理器芯片和其他芯片
系统级总线：连接不同的系统

19 了解AMBA总线规范

它是一种开放的、用于高性能嵌入式处理器中的总线规范，它在ARM处理器中被广泛采用。AMBA总线规范包含4个部分：定义了3种总线和1种测试方法
AHB：是Advanced High Performance Bus的缩写，是用于连接芯片内高性能模块的总线，支持突发式数据传输和事物处理。
ASB：是Advanced System Bus的缩写，它是一种早期的总线，现在已经由AHB取代。
APB：是Advanced Peripheral Bus的缩写，用于连接芯片内性能较低的模块，通常作为ARM处理器芯片中的二级总线使用。
Test Methodology：是AMBA总线规范中所制定的测试方法。

20 了解3种总线定时方式的原理和特点

同步定时

异步定时

半同步定时

21 K9F6408 Nand Flash芯片的存储单元组织方式、数据读写过程、数据读写方式的特点

存储单元组织方式：

所有的存储单元被划分为1024个Block
每个Block被划分为16个Page
每个Page包含528个Byte(字节),其中512个字节用于存放数据,16个字节用于存放ECC编码(差错控制)

数据读写流程:

处理器通过IO引脚向K9F6408发送命令，命令被锁存到Flash中
处理器通过IO引脚向K9F6408发送地址，地址被锁存到Flash中
处理器通过IO引脚向K9F6408发送数据,或者K9F6408向处理器发送数据

K9F6408的特点:

读和写操作,以Page为单位
擦除操作,以Block为单位

22 S3C2410 ARM9处理器的存储器控制器（Memory Controller）的功能和特点

功能：生成存储器(SROM和SDRAM存储器)的控制信号

特点：

将存储空间划分为8个Bank（存储子空间），（在使用时，要注意这些Bank的区别）
提供了一个nWAIT信号，所以支持半同步总线定时方式
提供了一对握手信号线(nXBREQ和nXBACK)，所以支持异步总线定时方式
支持SDRAM的自刷新(Self-refresh mode)和省电模式(Power down mode)

23 S3C2410 ARM9处理器的中断控制器(Interrupt Controller)处理中断请求的过程

24 看门狗定时器的用途和使用方法

用途：
看门狗定时器是一种为了解决某个具体问题而设计的定时部件
看门狗定时器解决的问题：系统程序功能错乱，导致嵌入式系统“死机”
使用看门狗定时器，可以使处于“死机”状态的嵌入式系统恢复到正常的状态下运行（它是通过让处理器复位（reset），使嵌入式系统摆脱“死机”状态的。）
使用方法：