嵌入式系统原理及应用

2010 年《嵌入式系统原理及应用考试提纲》

一、填空题。

1．jtag是英文joint test action group－联合测试行为组织的缩写，该组织成立于2024年，是由几家主要的电子制造商发起制订的pcb和ic测试标准。该标准规定了进行边界扫描所需要的硬件和软件。jtag主要应用于电路的边界扫描测试和可编程芯片的在系统编程。

2．在现代电子系统应用中，philips开发了一种用于内部ic控制的、简单的双向两线串行总线i2c――intel ic总线。作为一个专用的控制总线，i2c已经成为世界性的工业标准。

3．每个i2c器件都有一个惟一的地址，i2c是一个多主总线，即它可以由多个连接在总线上的器件控制。

i2c总线低速模式传输速率为100kb/s，采用7位寻址。i2c总线快速模式传输速率为400kb/s和10位寻址。i2c总线高速模式，其速度可达3.

4mb/s。使得i2c总线能够支持现有的以及将来的高速串行传输应用，例如eeprom和flash存储器。

4．串行外围设备接口spi――serial peripheral interface总线技术是motorola公司推出的一种同步串行接口。spi总线是一种三线同步总线，总线上可以连接多个可作为主机的mcu。但在任一瞬间只允许有一个mcu作为主机。

总线的时钟线sck由主机控制，另外两根分别是：主机输入/从机输出线miso 和主机输出/从机输入线mosi。spi是全双工的，即主机在发送的同时也在接收数据，传送的速率由主机编程决定。

5．can，全称为controller area network，即控制器局域网，是应用最广泛的现场总线之一。作为汽车环境中的微控制器总线，可形成汽车电子控制网络。例如，发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备和电子主干系统中，均嵌入can控制装置。

can是一种多主方式的串行通信总线，有高的速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10km时，can仍可提供高达50kb/s的数据传输速率。

6．usb全称是universal serial bus，即通用串行总线。usb接口应用广泛，用于将使用usb的外围设备连接到主机。在usb的网络协议中，每个usb系统有且只有一个主机(host)，它负责管理整个usb系统，host端有一个根集线器(root hub)，可提供一个或多个usb下行端口。

每个端口可以连接一个usb hub或一个usb设备。usb hub是用于usb端口扩展的，即usb hub可以将一个usb端口扩展为多个端口。

7．usb最多能支持127个外设，并且可以独立供电。usb接口可以从主机上获得500ma的电流，并且支持热拔插，做到即插即用。一个usb接口可同时支持高速和低速usb外设的访问，由一条4芯电缆连接，其中2条是正负电源，传送的是5v的电源，2条是数据传输线，数据线是单工的，在整个系统中，usb总线的数据传输速率是一定的，要么是高速，要么是低速。

高速外设的传输速率为12mb/s，而低速外设的传输速率是1.5mb/s，而usb 2.0标准的最高传输速率为480mb/s，是usb 1.

1标准的40倍。

8．利用红外线接口进行数据传输不用连线，且速度较快，可达4mb/s，它常用于短距离双机通信。但红外线通信时需注意：具有红外线通信功能的两个系统通信时，发送和接收口需大致在同一水平线上，两系统之间的距离一般1到2米，不能相差太远，角度相差不超过30度。

红外线通信是一种廉价、近距离、无连线、低功耗和保密性较强的通信方案，目前已经逐渐开始在无线网络接入和近距离遥控家电方面得到应用。

irda――infrared data association，即红外数据协会提供的红外通信电路标准方案如下图所示。

红外发射电路由红外线发射管l2和限流电阻r2组成。当红外接口的输出端irtx输出调制后的电脉冲信号时，红外线发射管将电脉冲信号转化为红外线光信号发射出去。电阻r2起限制电流的作用，以免过大的电流将红外管损坏。

红外接收电路由红外线接收管l1和取样电阻r1组成。当红外接收管接收到红外线光信号时，其反向电阻会随光信号的强弱变化而相应变化，通过红外接收管l1和电阻r1的电流也会相应变化，而在取样电阻两端的电压也随之变化，此变化的电压经红外接口的输入端irrx输入主机。取样电阻r1的阻值要根据具体选用的红外接收管的电气参数不同作一定范围的调整。

9．arm处理器的特点是：采用risc架构：体积小、低功耗、低成本、高性能，支持thumb/arm双指令集，大量使用寄存器，大多数数据操作都在寄存器中完成。

寻址方式灵活简单，执行效率高。指令长度固定。为32bit位。

10．arm7系列微处理器为低功耗的32位risc处理器，具有如下特点：具有嵌入式ice-rt 逻辑，调试开发方便。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品，能够提供0.

9mips/mhz的**流水线结构。**密度高，对操作系统的支持广泛，主频最高可达130mips，高速的运算处理能力使其能胜任绝大多数的复杂应用。

arm7系列微处理器包括如下几种类型的核：arm7tdmi、arm7tdmi-s、arm720t、arm7ej。其中，arm7***i是目前使用最广泛的32位嵌入式risc处理器，11．arm微处理器支持这4种类型的堆栈工作方式。

它们是满递增堆栈：堆栈指针指向最后压入的数据，且由低地址向高地址生成；满递减堆栈：堆栈指针指向最后压入的数据，且由高地址向低地址生成；空递增堆栈：

堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由低地址向高地址生成；空递减堆栈：堆栈指针指向下一个将要放入数据的空位置，且由高地址向低地址生成。

12．所谓arm寻址方式就是arm处理器根据指令中给出的地址信息来寻找物理地址的方式。

二、简答题。

1．与通用型计算机相比，嵌入式系统有那些特点。

嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，是对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的硬件一般包括处理器、存储器、外设器件和电源等。软件一般由移植**、操作系统、应用软件等构成。

2．根据嵌入式系统的复杂程度，嵌入式系统可以分为哪四类。

1）嵌入式微处理器， embedded microprocessor unit，简称empu。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用有关的功能。

2）嵌入式微控制器， microcontroller unit，简称mcu，又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。

3）嵌入式dsp处理器，embedded digital signal processor，简称edsp，dsp处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行数字滤波、fft和谱分析等dsp算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。

4）嵌入式片上系统， system on chip，简称soc。除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。

3．arm存储系统可以使用小端存储或者大端存储两种方法，写出下两个图的存储格式，分别指出它们是大端存储还是小端存储格式。

大端存储格式。

小端存储格式。

1）模式中有多少通用寄存器。

2） cpsr的作用是什么。

3） z的作用是什么。

4）程序计数器保存在何处。

8．简单说明arm7 tdmi的含义。

答：t：支持16为压缩指令集thumb。

d：支持片上debug。

m：内嵌硬件乘法器(multiplier)。

i：嵌入式ice，支持片上断点和调试点。

9．简单叙述cpsr寄存器和(spsr寄存器的作用，以及cpsr各状态位的作用是什么。

arm体系结构包含一个当前程序状态寄存器(cpsr)和5个备份的程序状态寄存器(spsrs)。备份的程序状态寄存器用来进行异常处理，其功能如下：

保存alu中的当前操作信息。

控制允许和禁止中断。

设置处理器的运行模式。

程序状态寄存器的每一位的安排如下图所示。

10．简述cpsr寄存器的各条件码标志位作用是什么。

cpsr中的n、z、c、v均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。

条件码标志位各位的具体含义如下表所示。

11．简述cpsr寄存器控制位的作用。

cpsr寄存器的低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。如果处理器运行特权模式，这些位也可以由程序修改。

1）中断禁止位i、f：i=1 禁止irq中断；f=1 禁止fiq中断。

2）t标志位：该位反映处理器的运行状态。当该位为1时，程序运行于thumb状态，当该位为0时，表示运行于arm状态。

3) 运行模式位m[4:0]：m0、m1、m2、m3、m4是模式位。这些位决定了处理器的运行模式。具体含义如下表所示。

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