1. 什么是嵌入式系统?其特点有些什么?
答: 嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。” 特点:1)是专用的计算机系统;2)运行环境差异大;3)资源较少,可以裁减;4)功耗低,体积小,集成度高,成本低;5)具有系统测试和可靠性评估体系;6)较长的生命周期;7)大部分程序固化在 ROM中;8)使用实时操作系统;9)嵌入式系统需要专用开发工具和方法进行设计;10)嵌入式微处理器通常包含专用调试电路;11)是知识集成系统。
2. 嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么?
答:BootLoader是系统加电后、操作系统内核或用户应用程序运行之前,首先必须运行的一段程序代码。通过这段程序,为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。(对于嵌入式系统来说,有的使用操作系统,也有的不使用操作系统,但在系统启动时都必须运行BootLoader,为系统运行准备好软硬件环境。)
3. 目前嵌入式操作系统有哪些? 答:1)µC/OS-II 嵌入式操作系统内核;2)VxWorks嵌入式实时操作系统;3)WinCE操作系统;4)Linux操作系统 ;5)Symbian操作系统
4. 嵌入式系统开发的基本流程?
答:1)系统定义与需求分析;2)系统设计方案的初步确立;3)初步设计方案性价比评估与方案评审论证;4)完善初步方案、初步方案实施;5)软硬件集成测试;6)系统功能性能测试及可靠性测试。
5. 什么是可编程片上系统?
答:用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统SOPC.它是一种特殊的嵌入式系统,首先它是SOC,即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能,具有一般SOC基本属性;其次,它又具备软硬件在系统可编程的功能,是可编程系统,具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。
6. ARM处理器的工作模式有哪几种?
答:1)正常用户模式(usr);2)快速中断模式(fiq);3)普通中断模式(irq);4)操作系统保护模式(svc) 或 管理模式 ;5)数据访问中止模式(abt);6)处理未定义指令的未定义模式(und);7)运行特权级的操作系统任务的系统模式(sys)。
7. 寄存器R13,R14,R15的专用功能各是什么? 答:1)寄存器R13保存堆栈指针SP;2)寄存器R14用作子程序链接寄存器,也称为LR ,用以保存返回地址;3)R15(PC)用作程序计数器。
8. ARM的异常有哪几种?
答:1)复位(Reset)异常(管理模式);2)未定义指令(undefined instruction)异常(未定义模式);3)软件中断(SWI)异常(管理模式);4)指令预取中止(Prefech Abort)异常(中止模式);5)数据访问中止(Data Abort)(中止模式);6)快速中断请求(FIQ)(FIQ模式);7)外部中断请求(IRQ)(IRQ模式)。
9. 什么是小端和大端存储器组织?答:1)小端存储器组织是较高的有效字节存放在较高的存储器地址,较低的有效字节存放在较低的存储器地址(同同小)。 2) 大端存储器组织是较高的有效字节存放在较低的存储器地址,较低的有效字节存放在较高的存储器地址(正反大)。
10. ARM核现在有哪几种? 答:ARM7、 ARM9、ARM9E 、ARM10E,、SecurCore 、ARM11
11. ARM的寻址方式有哪些?各写一条说明。
答:1)立即寻址 (1) ADD R0,R0,#1 /*R0←R0+1*/ (2)ADD R0,R0,#0x3f /*R0←R0+0x3f*/;2)寄存器寻址(ADD R0,R1,R2 /*R0←R1+R2*/); 3)寄存器间接寻址 (1)、LDR R0,[R1] /*R0←[R1]*/;(2)STR R0,[R1] /*[R1]←R0*/;4)基址加偏址寻址(1)、LDR R0,[R1,#4];R0←[R1+4];(2)、LDR R0,[R1,#4]!;R0←[R1+4]、R1←R1+4;(3)、LDR R0,[R1] ,#4;R0←[R1]、R1←R1+4 5) 堆栈寻址(1)、 STMFD SP! {R1-R7,LR};(2)、LDMFD SP! {R1-R7,LR};6)块拷贝寻址(1)、LDMIA R0!, {R2-R9};(2)、STMIA R1,{R2,R9}; 7)相对寻址
12. 什么是实时系统 ,实时系统的分类 ?
可以看作是一个内核,内核负责系统的初始化和开放、调度其它任务,相当于C语言中的主函数;RTOS建立在单片机硬件系统之上,用户的一切开发工作都进行于其上,因此它可以称作是一个平台。采用RTOS的用户不必花大量时间学习硬件,和直接开发相比起点更高。 RTOS还是一个标准化的平台,它定义了每个应用任务和内核的接口,也促进了应
用程序的标准化。
强实时系统(Hard Real-Time嵌入式系统开发是什么):在这类系统的设计和实现过程中,应采用各种分析、模拟及形式化验证方法对系统进行严格的检验,以保证在各种情况下应用的时间需求和功能需求都能够得到满足。
弱实时系统(Soft Real-Time):某些应用虽然提出了时间需求,但实时任务偶尔违反这种需求对系统的运行以及环境不会造成严重影响,如视频点播(Video-On-Demand,VOD)系统、信息采集与检索系统就是典型的弱实时系统。
13. 简述ARM处理器的两种工作状态
14. ARM处理器状态(1)
ARM微处理器的工作状态一般有两种,并可在两种状态之间切换:第一种为ARM状态,此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令;第二种为Thumb状态,此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。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,并且,处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。
ARM微处理器的工作状态一般有两种,并可在两种状态之间切换:第一种为ARM状态,此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令;第二种为Thumb状态,此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。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,并且,处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。
但ARM微处理器在开始执行代码时,应该处于ARM状态。
ARM处理器状态(2)
进入Thumb状态:当操作数寄存器的状态位(位0)为1时,可以采用执行BX指令的方法,使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态。此外,当处理器 处于Thumb状态时发生异常(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:当操作数寄存器的状态位为0时,执行BX指令时可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。此外,在处理器进行异常处理时,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。
ARM处理器状态(2)
进入Thumb状态:当操作数寄存器的状态位(位0)为1时,可以采用执行BX指令的方法,使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态。此外,当处理器 处于Thumb状态时发生异常(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:当操作数寄存器的状态位为0时,执行BX指令时可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。此外,在处理器进行异常处理时,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。
15. 从硬件系统来看,嵌入式系统由哪些部分组成?
硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路,就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。
嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器,嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户所专用设计的系统中,它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化,同时还具有很高的效率和可靠性。
嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。 Cache是一种容量小、速度快的存储器阵列它位于主存和嵌入式微处理器内核之间,存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。主存是嵌入式微处理器能直接访问的寄存器,用来存放系统和用户的程序及数据。辅助存储器用来存放大数据量的程序代码或信息,它的容量大、但读取速度与主存相比就慢的很多,用来长期保存用户的信息。
嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口,如A/D、D/A、I/O等,外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能,它可以在芯片外也可以内置芯片中。
16. 举出几个嵌入式系统应用的例子,通过查资料和独立思考,说明这些嵌入式系统产品主
要由哪几部分组成,每个组成部分完成什么功能。(提示:数码相机、办公类产品、工业控制类产品的例子等。)
17. 通过查阅资料,你认为嵌入式系统的发展趋势如何?
18. 在嵌入式系统实现阶段,需要选择开发平台,通常开发平台的选择包括哪些内容?
19. 选择一个嵌入式系统产品(如手机、PDA、工业控制产品、智能家用电器等),假设你是系统的总设计师,那么你认为应该如何运作这个产品的开发,直到把产品从实验室推向市场。
提示:题目较大,嵌入式系统开发包括需求分析、设计、实现、测试等方面。在实现方面,不必把产品开发出来(即不必设计电路图,不必编写程序代码,只需概括地写出软件硬件需要完成的工作即可)。
提示:题目较大,嵌入式系统开发包括需求分析、设计、实现、测试等方面。在实现方面,不必把产品开发出来(即不必设计电路图,不必编写程序代码,只需概括地写出软件硬件需要完成的工作即可)。
答:空调控制器要采集的数据包括送风、回风和房间里的温度和湿度,并且还要检测风机状
态,过滤网压差报警,风机故障报警和低温报警。并且要将采集来的数据保存起来,或传
送
给上位机,供上位机处理。由于数据要定时检查,所以要求存储器要具有掉电不丢失的特点。
空调控制器中可采用EZPRoM,sD卡或者闪存盘来存储数据。
智能楼宇空调控制器
1.需求分析:随着当今信息产业、控制技术和建筑学的发展和相互结合,以及人们对生活质量要求的提高,智能建筑向着更高端的方向发展。作为建筑内管理系统的核心一楼宇自动化系统是对大楼的机电设备如冷热机组、空调、照明、电梯等进行先进自动化控制和管理,从而使设备优化、节能、省力,提高了工作效率。空调监控系统作为楼宇自动化系统中的重要组成部分,其重要性正日益凸显。
设计的智能楼宇空调控制器,主要实现对楼宇中的温度、湿度不间断的控制,而且可以在春夏秋冬四季将其控制在人体感觉舒适的范围内。
2.设计:(1)硬件设计:
一个空调控制器控制一台空调,空调控制器的工作原理如下:空调控制器定时向Al模块、Dl模块索要数据,包括楼宇中送风、回风和典型房间里的温度、湿度、过滤网两侧压差、低温开关状态和风机的手自动/状态/故障信号,空调控制器再对采集来的数据进行量化分析,为了将楼宇中的温度、湿度控制在人体舒适的范围内,空调控制器通过对典型房间温度的检测,经过PID控制算法,得出冷/热水阀开度控制信号,通过对典型房间湿度的检测,经过PID控制算法,得出加湿阀开度控制信号,通过对送风、回风的温、湿度检测,可以得出各个风阀开度的控制信号,通过检测风机的状态或故障,得
出风机的起停控制信号。
空调控制器可将各个控制信号经总线通过AO模块、DO模块传送到各个执行器执行。空调控制器会将采集来的数据、各个控制信号进行存储。其中每个FO模块都可接4路输入(输出),当某一模块要采集或发送的数据多于4路时,可外扩这一模块。当计算机(上位机)向
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