嵌入式系统原理及应用教程课后习题（未完持续更新中）

第一章：嵌入式系统概述

1.1 嵌入式系统的概念是什么？
  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。
1.2 嵌入式系统的特点是什么？
  （1)系统内核小
  （2)专用性强
  （3)运行环境差异大
  （4)可靠性要求高
  （5)系统精简和高实时性操作系统
  （6)具有固化在非易失性存储器中的代码
  （7)嵌入式系统开发工作和环境
1.3 叙述嵌入式系统的发展过程？
  第一阶段：
  （1）核心技术：以单芯片为核心的可编程控制器系统。
  （2）操作系统：一般没有操作系统的支持。
  （3）开发语言：汇编语言程序对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。
  （4）主要特点：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，用户接口少。
  第二阶段：
  （1）核心技术：嵌入式CPU。
  （2）操作系统：简单操作系统为核心的嵌入式系统。
  （3）开发语言：汇编语言、C语言。
  （4）主要特点：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好。
  第三阶段：
  （1）核心技术：以ARM技术为核心的嵌入式处理器。
  （2）操作系统：以可裁剪嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。
  （3）开发语言：EVC，EVB，Java等。
  （4）主要特点：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。
  第四阶段：
  嵌入式Internet为标志的嵌入式系统，是一个正在迅速发展的阶段。
1.4 嵌入式系统的功能是什么？
  1.提供强大的网络服务：
  （1）针对外部联网要求，嵌入设备必须配有通信接口，相应需要TCP/IP协议 簇软件支持。
  （2）由于家用电器相互关联（如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息等）及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口。
  （3）同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。
  2.小型化、低成本、低功耗：
  （1）为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求，如选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用Java编程模式，优化编译。 器性能等。
  （2）因此，既需要软件人员具有丰富的开发经验，更需要发展先进的嵌入式软件技术，如Java、Web和WAP等。
  3.人性化的人机界面：
  （1）嵌入式设备具有自然的人机交互界面，如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件及彩色图形、图像已取得初步成效。
  （2）目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。
  4.完善的开发平台
  （1）随着Internet技术的成熟、带宽的提高，ICP和ASP在网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样，像移动电话、固定电话及电冰箱、微波炉等嵌入式电子设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。
  （2）为了满足应用功能的升级，设计者一方面采用更强大的嵌入式处理器，如32位、64位RISC芯片或数字信号处理器（DSP）增强处理能力；同时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。
1.5 嵌入式系统的硬件平台由哪些部分组成？
  嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器为中心，由存储设备、I/O设备、通信接口设备、扩展设备接口以及电源等必要的辅助接口构成。如图所示：

1.6 硬件抽象层接口的定义和代码设计有哪些特点？
  （1）硬件抽象层具有与硬件的密切相关性
  （2）硬件抽象层具有与操作系统的无关性
  （3）接口定义的功能应包含硬件或系统所需硬件支持的所有功能
  （4）定义简单明了，太多接口函数会增加软件模拟的复杂性
  （5）可测性的接口设计有利于系统的软硬件测试和集成
1.7 嵌入式操作系统的主要特点是什么？
  体积小、实时性、特殊的开发调试环境。
1.8 叙述嵌入式系统的分类。
  （1）按嵌入式微处理器的位数分类：有4位，8位，16位，32位，64位等。其中4，8，16位嵌入式系统已经获得了大量应用，32位嵌入式系统正成为主流发展趋势。而一些要求高可靠性、高速处理的嵌入式系统已经开始使用64位嵌入式微处理器。
  （2）按软件实时性需求分类：非实时系统（如PDA），软实时系统（如消费类产品），硬实时系统（如工业实时控制系统）。
  （3）按嵌入式系统的复杂程度分类：小型嵌入式系统，中型嵌入式系统，复杂型嵌入式系统
  （4）按嵌入式系统的开发设计角度分类：基于OS嵌入式系统，非OS嵌入式系统。
1.9 举例说明嵌入式的应用领域
  （1）工业工程控制
  （2）网络通信设备
  （3）消费电子产品
  （4）航空航天设备
  （5）军事电子设备和现代武器

第二章：ARM微处理器概述与编程模型

2.1 ARM9处理器的工作状态有哪些？
  有ARM状态和Thumb状态，当ARM微处理器执行32位的ARM指令集时，工作在ARM状态。当ARM微处理器执行16位的Thumb指令集时，工作在Thumb状态。在程序的执行过程中，微处理器可以随时在两种工作状态之间切换，这种切换不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。ARM微处理器总是在ARM状态下开始执行代码。由一种工作状态切换到另一种工作状态的方法如下：
  进入Thumb状态：
  （1）当操作数寄存器的位[0]=1时，执行BX指令，使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态 。
  （2）在处理器处于Thumb状态时，如果发生异常（如IRQ、FIQ、Undef、Abort、SWI等），则异常处理返回时自动切换到Thumb状态。
  进入ARM状态：
  （1）当操作数寄存器的位[0]=0时，执行BX指令，可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。
  （2）在进行异常处理时，把PC指针放入异常模式链接寄存器中，并从异常向量地址开始执行程序，也可以使处理器切换到ARM状态。
2.2 叙述ARM9处理器的内部寄存器结构，并分别说明R13，R14，R15寄存器的作用。
  ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括：
  31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。
  6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分。
  寄存器R13常作为堆栈指针（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指令集中有必须使用R13的指令。
  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用于保存子程序返回地址；当发生异常时，将异常模式对应的R14设置为异常返回地址（有些异常有一个小的固定偏移量）。作用：保存程序断点地址（返回地址）。
  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。
  ARM7正常操作时，从R15读取的值是处理器正在取指的地址，即：R15（PC）=当前正在执行指令的地址+8。
  注意：（1）8是指8个字节，是两条ARM指令的长度。
  （2）ARM是3级流水线：取指，译码，执行。
  由于ARM7指令总是以字为单位，所以R15寄存器的最低两位总是为0。R15值的改变将引起程序执行顺序的改变。向R15内写入一个值，程序将跳转到以R15值为地址的程序执行。
2.3 ARM体系结构有几种方法存储字数据？具体含义是什么？
  
2.4 ARM9处理器的工作模式有哪些？
  
2.5 ARM微处理器支持的数据类型有哪些？
  
2.6 ARM920T微处理器核的MMU采用什么管理方式？
  
2.7 叙述CPSR寄存器及其各数据位的作用。
  
2.8 ARM体系结构所支持的异常类型有哪些？并叙述各种异常的向量地址。
  

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本文作者：神楽桜KaguraSakura
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