大连理工大学ARM习题答案

时间:2025-04-03

《ARM嵌入式系统结构与编程》习题参考答案

第一章 绪论

1. 国内嵌入式系统行业对“嵌入式系统”的定义是什么?如何理解?

答:国内嵌入式行业一个普遍认同的定义是:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能,可靠性,成本,体积,功耗严格要求的专业计算机系统。 从这个定义可以看出嵌入式系统是与应用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合实际系统需求进行合理的剪裁利用。因此有人把嵌入式系统比作是一个针对特定的应用而“量身定做”的专业计算机系统。

2.嵌入式系统是从何时产生的,简述其发展历程。 答:从20世纪70年代单片机的出现到目前各式各样的嵌入式微处理器,微控制器的大规模应用,嵌入式系统已经有了30多年的发展历史。

嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。Intel公司1971年开发出第一片具有4位总线结构的微处理器4004,可以说是嵌入式系统的萌芽阶段。80年代初的8051是单片机历史上值得纪念的一页。20世纪80年代早期,出现了商业级的“实时操作系统内核”,在实时内核下编写应用软件可以使新产品的沿着更快,更节省资金。20世纪90年代实时内核发展为实时多任务操作系统。步入21世纪以来,嵌入式系统得到了极大的发展。在硬件上,MCU的性能得到了极大的提升,特别是ARM技术的出现与完善,为嵌入式操作系统提供了功能强大的硬件载体,将嵌入式系统推向了一个崭新的阶段。

3.当前最常用的源码开放的嵌入式操作系统有哪些,请举出两例,并分析其特点。 答:主要有嵌入式Linux和嵌入式实时操作内核uC/OS-II

嵌入式Linux操作系统是针对嵌入式微控制器的特点而量身定做的一种Linux操作系统,包括常用的嵌入式通信协议和常用驱动,支持多种文件系统。主要有以下特点:源码开放,易于移植,内核小,功能强大,运行稳定,效率高等。

uC/OS是源码公开的实时嵌入式系统内核,主要有以下特点:源码公开,可移植性强,可固化,可剪裁,占先式,多任务,可确定性,提供系统服务等。

4.举例说明嵌入式设备在工控设备中的应用。 答:由于工业控制系统特别强调可靠性和实时性,“量身定做”的嵌入式控制系统恰能满足工业控制的需求。例如:工业过程控制,数字控制机床,电网设备监测,电力自动控制系统,石油化工监控等。

5.嵌入式技术的发展趋势有哪些?

答:未来嵌入式系统的发展趋势有:1.随着信息化与数字化的发展,嵌入式设备进行网络互联是未来发展的趋势。2.优化嵌入式系统软硬件内核,提高系统运行速度,降低功耗和硬件成本。3.指令集的并行计算技术将引入嵌入式微处理器。4.嵌入式微处理器将会向多核技术发展。5.嵌入式技术将引领信息时代。

第2章 ARM技术与ARM体系结构

1.简述ARM处理器内核调试结构原理

答:ARM处理器一般都带有嵌入式追踪宏单元ETM(Embedded Trace Macro),它是ARM公司自己推出的调试工具。ARM处理器都支持基于JTAG(Joint Test Action Group 联合测试行动小组)的调试方法。它利用芯片内部的Embedded ICE来控制ARM内核操作,可完

成单步调试和断点调试等操作。当CPU处理单步执行完毕或到达断点处时,就可以在宿主机端查看处理器现场数据,但是它不能在CPU运行过程中对实时数据进行仿真。

ETM解决了上述问题,能够在CPU运行过程中实时扫描处理器的现场信息,并数据送往TAP(Test Access Port)控制器。上图中分为三条扫描链(图中的粗实线),分别用来监视ARM核,ETM,嵌入式ICE的状态。

2. 分析ARM7TDMI-S各字母所代表的含义。 答:ARM7 T D M I – S 中

ARM是Advanced RISC Machines的缩写 7是系列号;

T:支持高密度16位的Thumb指令集; D:支持JTAG片上调试;

M:支持用于长乘法操作(64位结果)ARM指令,包含快速乘法器; I:带有嵌入式追踪宏单元ETM,用来设置断点和观察点的调试硬件;

S:可综合版本,意味着处理器内核是以源代码形式提供的。这种源代码形式又可以编译成一种易于EDA工具使用的形式。

3. ARM处理器的工作模式有哪几种,其中哪些为特权模式,哪些为异常模式,并指出处

理器在什么情况下进入相应的模式。

答:ARM技术的设计者将ARM处理器在应用中可能产生的状态进行了分类,并针对同一类型的异常状态设定了一个固定的入口点,当异常产生时,程序会自动跳转到对应异常入口处进行异常服务。

1.用户模式:非特权模式,也就是正常程序执行的模式,大部分任务在这种模式下

执行。在用户模式下,如果没异常发生,不允许应用程序自行改变处理器的工作模式,如果有异常发生,处理器会自动切换工作模式

2.FIQ模式:也称为快速中断模式,支持高速数据传输和通道处理,当一个高优先

级(fast)中断产生时将会进入这种模式。

3.IRQ模式:也称为普通中断模式,:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入

这种模式。在这模式下按中断的处理器方式又分为向量中断和非向量中断两种。通常的中断处理都在IRQ模式下进行。

4.SVC模式:称之为管理模式,它是一种操作系统保护模式。当复位或软中断指

令执行时处理器将进 …… 此处隐藏:12002字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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