嵌入式系统作业

期末作业考核。

满分100分。

一、判断题（每题3分，共30分）

1. 嵌入式系统一般具有实时约束，有时限要求，因此，嵌入式系统一般都采用分时操作系统。(√

2．嵌入式系统本身具备自举开发能力，用户可以直接在嵌入式设备上做开发。（×

3．硬件资源是硬件设计工程师在设计和调试硬件必备的工具，这些资源不包括示波器。(√

4．嵌入式常用编程语言有汇编语言、c语言、c++语言以及j**a语言等。(√

5．嵌入式 linux是以linux为基础的嵌入式操作系统，它是一种开放源**、软实时、多任务的嵌入式操作系统。(√

6．uclinux是面向支持mmu的处理器平台设计的。（×

7．arm指令中的第二个操作数可以是一个8位的立即数，也可以是一个任意的32位立即数。（×

8．当异常发生时，需要保护程序执行现场，再进行异常处理。其中，现场保护包括返回地址和cpsr的值两个方面的内容。(√

9．map用于定义一个结构化的内存表的首地址，可以用“*”代替。（×

10．space分配的内存单元用0初始化，dcb分配的内存用指定的值初始化。(√

二、简答题（每题8分，共40分）

1. 什么是可编程片上系统（sopc）？

答： sopc(system on programmable chip)即可编程的片上系统，或者说是基于大规模 fpga 的单片系统。sopc 技术是一门全新的综合性电子设计技术，涉及面广。

在二○世纪九十年度末，可编程逻辑器件（pld）的复杂度已经能够在单个可编程器件内实现整个系统。完整的单芯片系统（soc）概念是指在一个芯片中实现用户定义的系统，它通常暗指包括片内存储器和外设的微处理器。最初宣称真正的 soc――或可编程单芯片系统（sopc）――能够提供基于 pld 的处理器。

在 2000 年，altera 发布了 nios 处理器，这是 altera excalibur 嵌入处理器计划中第一个产品，它成为业界第一款为可编程逻辑优化的可配置处理器。本文阐述开发 nios 处理器设计环境的过程和涉及的决策，以及它如何演化为一种 sopc 工具。 sopc 是基于 fpga 解决方案的 soc，与 asic 的 soc 解决方案相比， sopc 系统及其开发技术具有更多的特色，构成 sopc 的方案也有如下多种途径。

2. 什么是嵌入式交叉调试？交叉调试的方式有哪几种？

答：就是宿主机（一般是电脑）与目标机（嵌入式系统）之间跨平台进行调试（一个是 x86 架构处理器，一个是 arm 或其他嵌入式微处理器），这种跨平台的调试就叫交叉调试。当然，宿主机与目标机之间存在某种通信方式，以太网通信或串口通信等。

常用的调试方法有 monitor 方式和片上调试方式。

3．嵌入式arm linux系统的一般开发步骤是什么？

答：第一步、建立交叉编译环境没有交叉开发经验的读者，可能一时很难接受这个概念。首先，要明白两个概念：

一般我们工作的机器，称为开发机、主机；我们制作好的系统将要放到某台机器，如手机或另一台 pc 机，这台机我们称为目标主机。我们一般开发机上已经有一套开发工具，我们称之为原生开发套件，我们一般就是用它们来写程序，那么，那什么又是交叉编译环境呢？其实一点也不神秘，也就是在开发机上再安装一套开发工具，这套开发工具编译出来的程序，如内核、系统工作或者我们自己的程序，是放在目标主机上运行的。

那么或许有初学者会问，直接用原生开发工具为目标主机编译程序不就完了？至少我当初是这么想的。一般来说，我们的开发机都是 x86 平台，原生开发套件开发的工具，也针对 x86 平台，而我们的目标主机可能是 powerpc、ixp、mips……所以，我们的交叉编译环境是针对某一类具体平台的。

一般来讲，交叉开发环境需要二进制工具程序、编译器、c 链接库，嵌入式开发常用的这三类软件是： binutils gcc uclibc 当然，gnu 包含的工具套件不仅于此，你还要以根据实际需要，进行选择第二步、编译内核开发工具是针对某一类硬件平台，内核同样也是。这一步，我们需要用第一步中建立的工具，对内核进行编译，对于有内核编译经验的人来说，这是非常简单的；第三步、建立根文件系统也就是建立我们平常看到的 bin、dev、proc……这一大堆目录，以及一些必备的文件；另外，我们还需要为我们的目标系统安装一些常用的工具软件，如 ls、ifconfig……当然，一个办法是找到这些工具的源**，用第一步建立的交叉编译工具来编译，但是这些软件一是数量多，二是某些体积较大，不适合嵌入式系统，这一步，我们一般都是用 busybox 来完成的，包括系统引导软件 init；最后，我们为系统还需要建立初始化的引导文件，如 inittab……

4．试举例说明ldr和str指令的前变址、后变址和回写前变址3种变址模式。

答：对于 ldr: 前变址：

ldr r0,[r1,#40] 回写前变址：ldr r0,[r1,#40]! 后变址：

ldr r0,r1,#40 对于 str: 前变址：str r0,[r1,#40] 回写前变址：

str r0,[r1,#40]! 后变址：str r0,r1,#

5．从irq和fiq处理程序返回时，如何写返回指令？

答：简单说，把要返回的地址移入 pc 中即可。说复杂一点，这个输入的地址在进入中断处理例程的时候，保存在 lr 中，所以一般的做法是做一个 movs pc, lr 即可实现。

三、问答及应用题（每小题15分，共30分）

1．简述arm的cpsr各状态位的作用，并说明如何对其进行操作，以改变各状态位。

答：cpsr 可在任何运行模式下被访问，它包含条件码标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

条件码标志位：

n 当用两个补码表示的带符号数进行运算时，n=1 表示运算的结果为负数；n=0 表示运算的结果为正数或零；

z z=1 表示运算的结果为零；z=0 表示运算的结果为非零；

c ① 加法（包括比较指令 cmn）运算结果产生进位时（无符号数溢出），c=1，否则 c=0。 ②减法（包括比较指令 cmp）运算产生借位（无符号数溢出），c=0，否则 c=1。③ 对于包含移位操作的非加/减运算指令，c 为移出值的最后一位。

v ① 对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时， v=1 表示符号位溢出。

cpsr 的低 8 位（包括 i、f、t 和 m[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。

状态寄存器（psr）中的其余位为保留位，当改变 psr 中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要被改变，在程序中也不要使用保留位来存储数据。

2．假设已经在c程序中定义了一个数组int fi[100]，数组元素初始值为0。试编写一个arm汇编子程序fibonacci，实现将斐波拉契数列的前100项存入数组fi[100]中，其中前两项为1和1，分别存入到fi[0]和fi[1]，其他项依次存入数组其余元素，数组的地址作为参数传递给汇编子程序。斐波拉契数列是形如：

1，1，2，3，5，8，13，…的数列。

答：int max(int array)return max ;}int main(void);/数组初始化 int number = max(array); printf("最大的数是%d",number) ;数组l的f数列 long int array[20] ;假定为100个数列中的数 int i = 0 ; array[0] =1 ; array[1] =2 ; for (i=2;i<20;i++)

printf("%d\t",array[i]) for (i=0;i<20;i++)return 0 ;}

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