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1、湖 北 工 业 大 学2012 年在职攻读硕士学位课程考试（考查）试题考试（考查）科目 嵌入式系统设计 学位类别 工程硕士 说明：1.试题版面为标准 A4，各题标题字号为黑体 5 号字，题干字号为标准宋体 5 号字2.答案必须写在答题纸上，写在试卷上无效。一：概念题（10 分，每小题 2 分）1 嵌入式计算机通俗的说，嵌入式技术就是专用 计算机技术，这个专用，是指针对某个特定的应用，如针对网络、针对通信、针对音频、针对视频，针对工业控制等，从学术的角度，嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统，它一
2、般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入 式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成。2 嵌入式操作系统嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称：EOS）是指用于嵌入式系统的操作系统。嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前在嵌入式领域广泛使用的操作系统有：嵌入式实时操作系统 C/OS-II、嵌入式Linux、 W
3、indows Embedded、VxWorks 等，以及应用在智能手机和平板电脑的 Android、iOS 等。3 SOPCSystem-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统。 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作 SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC） ，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。4 RISCRISC 的英文全称是 Reduced Instruction Set Computer，中文是精简指令集计
4、算机。特点是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水线技术。在中高档服务器中采用 RISC指令的 CPU 主要有 Compaq（康柏，即新惠普）公司的 Alpha、HP 公司的 PA-RISC、IBM 公司的PowerPC、MIPS 公司的 MIPS 和 SUN 公司的 Sparc。5 ARM 流水线二：简述题（每小题 3 分，共 45 分）1. ARM 状态和 THUMB 状态有什么不同？写出相互切换程序。ARM 状态此时处理器执行 32 位的字对齐的 ARM 指令，Thumb 状态此时处理器执行 16 位的，半字对齐的 THUMB 指令。 切换程序：从 ARM
5、到 Thumb: LDR R0,=lable+1 BX R0 从 ARM 到 Thumb: LDR R0,=lable BX R02. 简述 ARM 的 7 种模式及寄存器划分，如此划分的优点。1、用户模式（usr）：正常的程序执行状态2、快速中断模式（fiq）：3、中断模式（irq）：4、管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式5、系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务6、数据访问终止模式（abt）：数据或指令预取终止时进入该模式7、未定义指令终止模式（und）：未定义的指令执行时进入该模式ARM 有 31 个通用的 32 位寄存器，6 个程序状态寄存器，共分为 7 组，有些寄存器
6、是所有工作模式共用的，还有一些寄存器专属于每一种工作模式；3. 简述 R14 寄存器的作用及子程序调用过程。4. 简述 ARM7 的 3 级流水线，并说明对程序设计的影响。5. 每种模式下均有 SP 寄存器，解决什么问题？6. 存储器映射作用。通过赋予每个任务不同的虚拟物理地址转换映射,支持不同任务之间的保护。地址转换函数在每一个任务中定义,在一个任务中的虚拟地址空间映射到物理内存的一个部分, 而另一个任务的虚拟地址空间映射到物理存储器中的另外区域。就是把一个地址连接到另一个地址。7. VIC 控制器的作用。8. cpsr 和 spsr 寄存器作用，在异常处理时其中的内容是如何变化的？CPSR
7、:程序状态寄存器(current program status register) (当前程序状态寄存器)，在任何处理器模式下被访问。它包含了条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志以及其他的一些控制和状态位。CPSR 在用户级编程时用于存储条件码。SPSR:程序状态保存寄存器（saved program status register）,每一种处理器模式下都有一个状态寄存器 SPSR,SPSR 用于保存 CPSR 的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。当特定的异常中断发生时，这个寄存器用于存放当前程序状态寄存器的内容。在异常中断退出时，可以用 SPSR 来恢复 CPSR。由于用户
8、模式和系统模式不是异常中断模式，所以他没有 SPSR。当用户在用户模式或系统模式访问 SPSR，将产生不可预知的后果。9. 异常处理过程。10. 什么是存储器映射 IO？11. 通过赋予每个任务不同的虚拟物理地址转换映射,支持不同任务之间的保护。地址转换函数在每一个任务中定义,在一个任务中的虚拟地址空间映射到物理内存的一个部分, 而另一个任务的虚拟地址空间映射到物理存储器中的另外区域。就是把一个地址连接到另一个地址。12. WATCHDOG 的作用及实现机理。在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞，而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由
9、单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片13. 异常向量表的作用，如何判断 LPC22 系列芯片是否被编程？可以读取里面 Flash 的程序代码看看有没有烧写进去14. 交叉编译。交叉编译呢，简单地说，就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。这里需要注意的是所谓 平台，实际上包含两个概念：体系结构（Architecture）、操作系统（Operating System）。同一个体系结构可以运行不同的操作系统；同样，同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行。
10、15. 嵌入式系统嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电气工程师协会（ U.K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。16. 简述冯诺依曼结构与哈佛结构.冯诺依曼结
11、构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的 8086 中央处理器的程序指令和数据都是 16 位宽。哈佛结构是一种存储器结构。使用哈佛结构的处理器有：AVR、ARM9、ARM10、ARM11 等。三：分析程序，加注释，说明其功能，程序执行到 NEXT 时，R0 和 R2 中的值是多少？(题分 10 分)MOV R0，#2MOV R2， #0L1 CMP R2，#5BHS NEXTMOV R0，R0，LSL #1ADD R2，R2，#1B L1NEXT NO
12、P四：采用 ARM 汇编写一程序，完成 64 位加法。（5 分）AREA Example,CODE,READONLYENTRYSTART MOV R0,#XMOV R1,#XMOV R2,#XMOV R3,#XADDS R4,R0,R2ADC R4,R0,R2 END五：用 ARM 汇编语言编写一函数 sum(n)=1+2+3+n；在 C 中编写一程序，调用汇编中的函数 sum(n)，完成 1 到 100 累加和。 （题分 10 分）void sum(int count); /函数声明static int ans;int shuchu(int a, int b) /a,b 分别对应寄存器 r0 和 r1 ans=b;return 0;int main(int start) _asm(mov r1,#0); /先清 0 寄存器 r1sum(100); /参数通过 r0 传递return 0;六：嵌入式发展到今天，对应于各种微处理器的硬件平台都是通用的、固定的；各种相应的软件比较成熟，模块化程度比较高；因此，当今的开发过程更多的注重开发流程，合理、科学的开发流程往往可以达到事半功倍的效果。假设你现在某从事嵌入式产品开发的公司工作，被要求开发一款行车记录仪，请你结合嵌入式系统的设计流程叙述一下将采取的设计开发流程。 （整个流程需包括从产品定义到产品测试和发布）(20 分)
