嵌入式控制系统-嵌入式控制系统备考资料

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1、11、 嵌入式处理器分类：答：微处理器(Microprocessor Unit, MPU) 微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 片上系统(System On Chip) 2、嵌入式系统的设计有很多要求，主要体现在哪些方面：答：1)、功耗低:嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统中，这是一个主要考虑的因素。大耗电量直接影响到硬件费用，并影响电源寿命以及带来散热问题。2） 、低成本：包含硬件成本和软件成本。硬件成本主要决定于所使用的微处理器、所需的内存及相应的外围芯片；软件成本通常难于预测，但一个好的设计方法有利于降低软件成本。3） 、多任务、多速率：系统同时运行

2、多个实时性任务，系统必须同时控制这些动作，但这些动作有些速度慢，有些速度快。4） 、系统内核小：由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如 ENEA 公司的 OSE 实时 OS，内核只有 5K，而 Windows 的内核则要大得多。5） 、专用性强：嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。2、 简述嵌入式系统与单片机、 PC 相比的优势：答：1） 、性能方面：采用

3、32 位 RISC 结构微处理器，主频从 30MHz 到上 GHz，处理能力大大超 出单片机系统，接近 PC 机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备中； 2） 、实时性方面：嵌入式控制器内嵌实时操作系统（RTOS） ，能够完全保证控制系统的强实时性；3） 、人机交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶显示器，提供功能强大的图形用户界面；输入方法多种多样；4） 、系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（API）保证了系统能够快速升级和更新。 4、嵌入式操作系统优点：答：1） 、使程序的设计和扩展变得容易，大大提高了开发效率。2） 、充

4、分发挥 32 位 CPU 多任务的潜力，实现多任务设计，能够充分利用硬件资源和实现资 源共享。3） 、实时性能够得到更好的保证。5、 嵌入式系统设计的主要步骤：答：以自顶向下的角度来看，系统设计从系统需求分析开始；第二步是规格说明，在这一步我们对需求设计的系统功能进行更细致地描述，这些描述并不涉及系统的组成；2第三步是系统结构设计，在这一阶段以大的构件为单位设计系统内部详细构造，明确软、硬件功能的划分；第四步是构件设计，它包括系统程序模块设计、专用硬件芯片选择及硬件电路设计；第五步是系统集成，在完成了所有构件设计的基础上进行系统集成，构造出所需的完整系统。 6、 嵌入式最小硬件系统的组成：7、

5、 ARM7TDMI 的特点：答：1） 、使用 RISC 指令集 （Reduced Instruction Set Computer） ，实现了高的指令吞吐量、出色的实时中断响应、小的、高性价比的处理器宏单元；2） 、具有三级流水线，流水线分三级，分别是取指、译码、执行；3） 、存储器访问数据类型多样，ARM 处理器支持下列数据类型： 字节、半3字、字；4） 、存储器接口具备多种存储周期，ARM7TDMI 有 4 种基本的存储周期：空闲周期（指令不访问存储器） 、非顺序周期（访问与前一次无关） 、顺序周期（访问与上次相同或加 1） 、协处理器寄存器周期（协处理器寄存器传送期间） ；5） 、采用了

6、嵌入式 ICE-RT 逻辑调试技术，支持断点调试。8、 简述 ARM7 流水线技术：答：ARM7 流水线技术可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作。提高了 CPU 的运行效率，增加处理器指令流的速度，使内部信息流动通畅。ARM7TDMI 的流水线分 3 级，分别为：取指、译码、执行。具体形式如下：注意：程序计数器（PC）指向取指的指令而不是正在执行的指令。9、 ARM7TDMI 处理器核的特点：答：ARM7TDMI 处理器内核使用 V4 版本的 ARM 结构，该结构包含 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。因此 ARM7TDMI 处理器有两种操作状态：ARM

7、状态：32 位，这种状态下执行的是字方式的 ARM 指令；Thumb 状态：16 位，这种状态下执行半字方式的 ARM 指令。注意：两个状态之间的切换并不影响处理器模式或寄存器内容。进入异常模式时程序切换至 ARM 模式，返回时回到原模式。10、 ARM7 处理器的模式及每种模式下处理器执行的功能：411、 ARM 寄存器的类型及功能：答：ARM7TDMI 处理器内部有 37 个 32 位用户可见的寄存器。其中有 31 个通用寄存器，6 个状态寄存器。1） 、其中 R0R7 为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的 32 位物理寄存器。2） 、寄存器 R0R13

8、为保存数据或地址值的通用寄存器。它们是完全通用的寄存器，不会被体系结构作为特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。3） 、寄存器 R8R12 有两个分组的物理寄存器。一个用于除 FIQ 模式之外的所有寄存器模式，另一个用于 FIQ 模式。这样在发生 FIQ 中断后，可以加速FIQ 的处理速度。4） 、寄存器 R8R14 为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器。5） 、寄存器 R13、R14 分别有 6 个分组的物理寄存器。一个用于用户和系统模式，其余 5 个分别用于 5 种异常模式。6） 、寄存器 R13 常作为堆

9、栈指针（SP） 。在 ARM 指令集当中，没有以特殊方式使用 R13 的指令或其它功能，只是习惯上都这样使用。但是在 Thumb 指令集中存在使用 R13 的指令。7） 、R14 为链接寄存器（LR） ，在结构上有两个特殊功能：在每种模式下，模式自身的 R14 版本用于保存子程序返回地址；当发生异常时，将 R14 对应的异常模式版本设置为异常返回地址（有些异常有一个小的固定偏移量） 。8） 、寄存器 R15 为程序计数器（PC） ，它指向正在取指的地址。可以认为它是一个通用寄存器，但是对于它的使用有许多与指令相关的限制或特殊情况。如果 R15 使用的方式超出了这些限制，那么结果将是不可预测的。

10、9)、寄存器 CPSR 为程序状态寄存器，在异常模式中，另外一个寄存器“程序状态保存寄存器（SPSR） ”可以被访问。每种异常都有自己的 SPSR，在进入异常时它保存 CPSR 的当前值，异常退出时可通过它恢复 CPSR。附表：512、 简述 CPSR 的组成及各位数据的含义：答：CPSR 反映了当前处理器的状态，其组成及各位数据的含义如下：1） 、条件代码标志：负(N)：运算结果的最高位反映在该标志位。对于有符号二进制补码，结果为负数时 N=1，结果为正数或零时 N=0；零(Z)：指令结果为 0 时 Z=1（通常表示比较结果“相等” ） ，否则 Z=0；进位(C)：当进行加法运算(包括 CM

11、N 指令)，并且最高位产生进位时 C=1，否则 C=0。当进行减法运算(包括 CMP 指令)，并且最高位产生借位时 C=0，否则 C=1；溢出(V) ：当进行加法/减法运算，并且发生有符号溢出时 V=1，否则 V=0，其它指令 V 通常不变。2） 、控制位：中断禁止位，分别控制一种类型的中断：当 I 位置位时，IRQ 中断被禁止；当 F 位置位时，FIQ 中断被禁止。处理器状态位，T 位反映了正在操作的状态：当 T 位为 1 时，处理器正在 Thumb 状态下运行；当 T 位清零时，处理器正在 ARM 状态下运行。模式位，其包括 M4、M3、M2、M1 和 M0，这些位决定处理器的操作模式。注

12、意：不是所有模式位的组合都定义了有效的处理器模式，如果使用了错误的设置，将引起一个无法恢复的错误。3） 、保留位：CPSR 中的保留位被保留将来使用。为了提高程序的可移植性，当改变 CPSR 标志和控制位时，不要改变这些保留位。13、在 IRQ 异常发生后及退出异常时， ARM7 内核会对寄存器R14、 CPSR、 R15 做哪些相应的操作：6答：用户程序运行时发生 IRQ 中断，硬件完成以下动作：将 CPSR 寄存器内容存入 IRQ 模式的 SPSR 寄存器置位 I 位（禁止 IRQ 中断）清零 T 位（进入 ARM 状态）设置 MOD 位，切换处理器模式至 IRQ 模式将下一条指令的地址存

13、入 IRQ 模式的 LR 寄存器将跳转地址存入 PC，实现跳转在异常处理结束后，异常处理程序完成以下动作：将 SPSR 寄存器的值复制回 CPSR 寄存器；将 LR（R14）寄存的值减去一个常量后复制到 PC 寄存器，跳转到被中断的用户程序。14、 举例说明 ARM7 处理器的基本寻找方式：答：1）.寄存器寻址； 2).立即寻址；3).寄存器移位寻址； 4).寄存器间接寻址；5).变址寻址； 6）.多寄存器寻址；7）.堆栈寻址； 8）.块拷贝寻址；9）.相对寻址。举例：1） 、MOV R1,R2 ;将 R2 的值存入 R1 SUB R0,R1,R2 ;将 R1 的值减去 R2 的值，结果保存到

14、 R02） 、SUBS R0,R0,#1 ;R0 减 1，结果放入 R0，并且影响标志位MOVR0,#0xFF000 ;将立即数 0xFF000 装入 R0 寄存器 3） 、MOV R0,R2,LSL #3 ;R2 的值左移 3 位，结果放入 R0， ;即是 R0=R28 ANDS R1,R1,R2,LSL R3 ;R2 的值左移 R3 位，然后和 R1 相 ;“与”操作，结果放入 R14） 、LDR R1,R2 ;将 R2 指向的存储单元的数据读出;保存在 R1 中 SWPR1,R1,R2;将寄存器 R1 的值和 R2 指定的存储;单元的内容交换 5） 、LDR R2,R3,#0x0C ;读

15、取 R3+0x0C 地址上的存储单元;的内容，放入 R2 LDRR0,R1 ,#4 ;R0=R1，R1R14 ;后索引基址寻址;ARM 这种自动索引机制不消耗额外的时间LDR R0，R1,R2 ;R0=R1+R2 ; 基址加索引寻址；6） 、LDR R1!,R2-R4,R6 ;将 R1 指向的单元中的数据读出到;R2R4、R6 中(R1 自动加 16) STRR0!,R2-R4,R6 ;将寄存器 R2R4、R12 的值保;存到 R0 指向的存储; 单元中;(R0 自动加 16)8） 、STMIA R0!,R1-R7 ;将 R1R7 的数据保存到存储器中。;存储指针 R0 在保存第一个值之后增加

16、，;增长方向为向上增长。7STMIB R0!,R1-R7 ;将 R1R7 的数据保存到存储器中。;存储指针 R0 在保存第一个值之前增加，;增长方向为向上增长。 9） 、 BL SUBR1 ;调用到 SUBR1 子程序BEQLOOP ;条件跳转到 LOOP 标号处.LOOP MOVR6,#1.SUBR1 . 15、 LRC2000 时系统控制模块包括哪几部分，各执行什么功能：答：1）晶体振荡器 通过外接晶振或时钟源为系统提供时钟信号2）复位 复位使 ARM 内核与外设部件进入一个确定的初始状态3）存储器映射控制 控制异常向量表的重新设方式4）锁相环（PLL） 将晶体振荡器输入的时钟倍频到一个合适的时钟频率5)VPB 分频器 将内核时钟与外设时钟分开的部件6)功率控制 使处