《嵌入式原理及运用》(王景存 著)课后习题答案 北京航空航天大学出版社 5页

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1.答：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，可满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统一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应用软件四个部分组成。2.答：哈佛(Harvard)结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。系统中具有程序的数据总线与地址总线，数据的数据总线与地址总线。这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令字（来自程序存储器）和操作数（来自数据存储器），从而提高执行速度，提高数据的吞吐率。3.答：精简指令集计算机（ReducedInstructionSetComputer，RISC）体系结构于20世纪80年代提出，RISC是在CISC的基础上产生并发展起来的。RISC的着眼点不是简单地放在简化指令系统上，而是通过简化指令系统使计算机的结构更加简单合理，从而提高运算效率。在RISC中，优先选取使用频率最高的、很有用但不复杂的指令，避免使用复杂指令；固定指令长度，减少指令格式和寻址方式种类；指令之间各字段的划分比较一致，各字段的功能也比较规整；采用Load/Store指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行；增加CPU中通用寄存器数量，算术逻辑运算指令的操作数都在通用寄存器中存取；大部分指令控制在一个或小于一个机器周期内完成；以硬布线控制逻辑为主，不用或少用微码控制；采用高级语言编程，重视编译优化工作，以减少程序执行时间。4.答：嵌入式操作系统除了具备一般操作系统的最基本特点外，还具有以下特点：一，强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要求负责系统管理的嵌入式操作系统具有很强的稳定性。二，较强的实时性。嵌入式系统实时性一般较强，可用于各种设备的控制中。三，可伸缩性。嵌入式系统具有开放、可伸缩性的体系结构。四，外围硬件接口的统一性。嵌入式操作系统提供了许多外围硬件设备驱动接口。嵌入式操作系统可分为如下三类：(1)强实时嵌入式操作系统（系统响应时间在微秒或毫秒级）；(2)一般实时嵌入式操作系统（系统响应时间在毫秒至几秒数量级，其实时性要求没有比强实时系统要求高）；(3)弱实时嵌入式操作系统（系统响应时间在数十秒或更长）。5．答：ARM7三级流水线和冯·诺依曼体系结构，提供0.9MIPS/MHz。三级流水线的各个周期的含义说明如下：(1)取指(Fetch)：从存储器中装载一条指令；(2)译码(Decode)：识别将被执行的指令；(3)执行(Execute)：处理指令并把结果写回到寄存器。ARM9系列带有5级流水线。ARM9中1条指令的执行可以分为如下几个阶段：(1)取指：从存储器中取出指令（fetch），并将其放入指令流水线。(2)译码：对指令进行译码（dec）。(3)执行：执行运算ALU（exe）(4)访存(缓冲/数据)：如果需要，则访问数据存储器（accmem）；否则ALU的结果只是简单地缓冲1个时钟周期，以便所有的指令具有同样的流水线流程。(5)回写：将指令产生的结果回写到寄存器（wtbkres），包括任何从存储器中读取的数据。6.答：相关特殊功能寄存器，S3C2410中与电源管理相关的寄存器有六个，分别为：1LOCKTIME2MPLLCON3UPLLCON4CLKCON5CLKSLOW6CLKDIVN7.答：ARM9TDMI处理器核共支持7种工作模式，它们分别是：(1)用户模式(usr)：ARM处理器正常执行程序时的处理。(2)快速中断模式(fiq)：用于高速数据传输或通道处理。(3)外部中断模式(irq)：用于通用的中断处理。⑷管理模式(svc)：操作系统使用的保护模式。⑸指令/数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。⑹系统模式(sys)：运行具有特权的操作系统任务时的模式。⑺未定义指令中止模式(und)：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。8答：所谓异常（异常中断）是指处理器由于内部或外部的原因，停止执行当前的程序，转而处理特定的事件，处理完毕返回原来的程序继续执行。ARM9支持的异常是：复位，未定义指令异常，软件中断异常，指令预取中止，数据中止，IRQ（中断请求），FIQ（快速中断 请求）。9.答：ARM处理器支持几种常见的寻址方式。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(复制)寻址；9．相对寻址。10.答：11.答：进入休眠模式的过程如下：1设置GPIO配置寄存器，使GPIO工作在休眠模式下。2屏蔽INTMSK寄存器中所有中断。3设置唤醒源，包括RTC中断。4设置USB为挂起模式(MISCCR[13:12]=11b)。5存重要的值到GSTATUS[4:3]寄存器中，在休眠模式下这些寄存器的值维持不变。6设置MISCCR[1:0]，为数据总线D[31:0]设置上拉电阻。如果已经存在外部总线缓冲器，如74LVCH162245，则关闭上拉电阻，否则打开上拉电阻。7将LCDCON1.ENVID位清0，停止LCD。8读rREFRESH和rCLKCON来填充TLB。9通过设置REFRESH[22]为1b，使SDRAM进入自动刷新模式。10等待直到SDRAM自动刷新模式生效。11设置MISCCR[19:17]为111b，使SDRAM信号(SCLK0，SCLK1和SCKE)在休眠模式下受到保护。12设置CLKCON寄存器中的休眠模式位，使系统进入休眠状态。从休眠模式下的唤醒过程如下：1如果唤醒源中的一个产生唤醒信号,将引发内部复位信号。2检查GSTATUS2[2]来判断是否是因为休眠唤醒而产生的系统上电。3通过设置MISCCR[19:17]为000b来释放对SDRAM信号的保护。4配置SDRAM存储控制器。5等待SDRAM自动刷新的结束。6GSTATUS[3:4]中保存着休眠前的值，这个值是用户自定义的，唤醒后用户仍然可以使用这个值。设置GPIO配置寄存器，使GPIO工作在休眠模式下。12.答：13.答：越靠近CPU的存储器速度越快而容量越小。Cache和主存储器为内存储器；辅助存储器为外存储器。14.答：先给地址，读出单元的地址（读周期）。再给CS，鉴定时间，再给OE鉴定时间，DataOut鉴定时间然后输出数据。读出：地址线A10～A0送来的地址信号经译码后选中一个存储单元(其中有8个存储位)，由CS、OE、WE构成读出逻辑(CS=0，OE=0，WE=1)，打开右面的8个三态门，被选中单元的8位数据经I/O电路和三态门送到D7～D0输出。当没有读写操作时，CS=1，即片选处于无效状态，输入输出三态门至高阻状态，从而使存储器芯片与系统总线“脱离”。15.答：区别是：1NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。2NORFlash的读取速度比NANDFlash稍快一些，NANDFlash的擦除和写入速度比NORFlash快。3NORFlash带有SRAM接口，NANDFlash器件使用复杂的I/O口来串行的存取数据，。4NANDFlash结构可以在给定的尺寸内提供更高的存储容量。5NANDFlash中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NORFlash的擦写次数是十万次。16．答：存储管理单元（MMU）是集成在微处理器芯片内部、专门管理外部存储器总线的一部分硬件。主要用来完成虚实地址之间的转换。目前，越来越多的微处理器芯片均带有存储管理单元（MMU）。MMU完成的主要功能有：1.将主存地址从虚拟存储空间映射到物理存储空间。2.存储器访问权限控制。3.设置虚拟存储空间的缓冲特性等。17.答：S3C2410芯片采用的是ARM920T核，使用单一的平板地址空间.该地址空间的大小为232个8位字节，这些字节单元的地址是一个无符号的32位数值，其取值范围为0到232-1。 地址空间总共为4GB，其中，1GB地址空间用于支持外部存储器的连接，另外的空间有一小部分用于I/O端口或部件的寻址，其他的地址空间没有用到。（两竖条是存储空间）。S3C2410整个地址空间（寻址范围）为4GB。S3C2410芯片可连接外部存储器的可寻址空间是1GB。有一部分地址微处理器内部占用。用于控制寄存器和I/O端口使用。有大部分地址空间未被使用或不能使用。18．答：19.答：S3C2410X中断控制器有56个中断源，对外提供24个外中断输入引脚，内部所有设备都有中断请求信号，例如DMA控制器、UART、IIC等等。S3C2410X的ARM920T内核有两个中断，IRQ中断和快速中断FIQ。中断仲裁：当中断控制器接收到多个中断请求时，其内的优先级仲裁器裁决后向CPU发出优先级最高的中断请求信号或快速中断请求信号。主要由中断源和控制寄存器两大部分构成，其寄存器主要有4种：模式、屏蔽、优先级、挂起（标志）寄存器等。20.答：中断系统有6个分仲裁器和1个总仲裁器，每一个仲裁器可以处理6路中断。有32个中断源。21.答：定时器是嵌入式系统中常用的部件，也称为定时/计数器。其主要用作定时功能或计数功能。22.答：S3C2410X定时器的主要特性，1，5个16位定时器；2，2个8位预分频器和2个4位分频器；3，可编程PWM输出占空比；4，具有初值自动重装连续输出模式和单脉冲输出模式；5，具有死区生成器。定时器0具有PWM（脉宽调制）功能。定时器0有死区产生器，通常用于大电流设备控制。有2个8位预分频器和2个4位分频器。定时器0和定时器1分享同一个8位的预分频器和分频器，定时器从分频器接收自己的时钟信号，时钟分频器从相应的预分频器接收时钟信号。工作原理（1）定时器工作过程装入初值、启动计数，计数结束产生中断请求，并且可以重装初值连续计数。（2）初值自动重装、手动装载和双缓冲初值自动重装功能：5个定时器都具有此功能。当计数器中值减到0后，若设置了自动重装功能，则在下一计数周期开始前将初值装入计数器重新计数。初值手动装载功能：在启动计数前，必须使用手动装载功能将初值装入计数器，而初值自动重装仅是一次计数结束后重新装入初值。双缓冲功能：如果定时器正在工作，此时写入新的数据到TCNTBn、或者到TCMPBn，该写入的数据不影响本次定时器的操作。当定时器到达0后下一次运行定时器时，新写入的TCNTBn、或者TCMPBn才生效。23.答：当系统程序出现功能错乱，引起系统程序死循环时，看门狗定时器产生一个具有一定时间宽度的复位信号，迫使系统复位，恢复系统正常运行。恢复系统程序的正常运行。S3C2410芯片的看门狗定时器有两种工作模式，带中断请求信号的常规时隙定时器，产生内部复位信号的定时器。24.答：主要特点有：1年、月、日、时、分、秒、星期等信息采用BCD码表示。2闰年发生器。3具有报警功能，能提供报警中断或者系统在节电模式下的唤醒。4具有独立的电源引脚(RTCVDD)。5支持RTOS内核时间片所需的毫秒计时中断。6进位复位功能。25．答：26．答：S3C2410的UART0和UART1通过nRTS和nCTS信号支持自动流控制。也可以设置为无自动流控制功能。UART通道包含2个16位的接收和发送FIFO，数据接收和发送的波特率可编程。UART也可实现红外(IR)接收和发送。基本工作包括数据发送，数据接收，自动流控制，中断/DMA请求产生，波特率产生，回环模式和红外模式。27.答：UBRDIVn中的分频系数为：UBRDIVn=（int）（(40000000/（115200*16））-1=（int）（21.7）-1=2028.答：IIS(Inter-ICSoundbus,集成电路内置音频总线)又称I2S，是飞利浦公司提出的串行 数字音频总线协议。29.答：对于电阻式触摸屏，由3层透明薄膜构成，有一层是电阻层，还有一层是导电层，它们中间有一隔离层，当某一点被按压时，在按压点电阻层与导电层接触，如果在电阻层的一边接电源，另一边接地，便可测量出按压点的电压，从而可算出其坐标。30．答：测量X坐标：从XP输出电压给X+端，从XM输出地电位给X-端；从YP脚输入按压点电压。控制信号：nYPON=1；nYMON=0nXPON=0；nXMON=1测量Y坐标：从YP输出电压给Y+端，从YM输出地电位给Y-端；从XP脚输入按压点电压。控制信号：nYPON=0；nYMON=1nXPON=1；nXMON=031.答：1、ADCCON---ADC控制寄存器，2、ADCTSC---ADC触摸屏控制寄存器3、ADCDLY---ADC起始延迟寄存器4、ADCDAT0---ADC转换数据0寄存器5、ADCDAT1---ADC转换数据1寄存器3233．34答：看自己笔记。35.答：I2C总线编程除了需要对I2C总线的专用寄存器进行初始化编程外，还需要按照I2C总线的时序要求编写传送程序和接收程序（1）初始化编程在任何I2C总线的传送和接收操作之前，必须执行初始化程序。初始化程序的主要功能是：1配置S3C2410芯片相关的I/O引脚为I2C总线所需的功能引脚2若有必要,在IICADD寄存器中写入本芯片的从地址3设置IICCON寄存器，用来使能中断、设定SCL周期等4设置IICSTAT以使能传送模式等（2）.I2C控制状态寄存器（3）.地址寄存器设置（4）.寻址字节值36.答：每一段LED都有一个锁存器锁存此段的数据，占有用I/O资源较多，但CPU在输出显示数据后，在没有改变显示数据的情况下不需要刷新LED显示器，节省了CPU的时间。'