计算机三级嵌入式系统操作题到详细解答.docx
《计算机三级嵌入式系统操作题到详细解答.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机三级嵌入式系统操作题到详细解答.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
计算机三级嵌入式系统操作题到详细解答
计算机三级嵌入式系统操作题（到详细解答）
操作题
（一）
1、地铁进出站闸机的控制器以S3C2410芯片为核心，并外加其他功能电路来进行设计，其基本功能描述如下：
a、闸机能够识别本地铁票务系统出售的IC卡。
能识别的IC卡有2种，一种是可预付费的"市民卡"，另一种是地铁站内出售的"当次卡"。
b、乘客凭"市民卡"或"当次卡"刷卡进站。
若IC卡合法，则闸机打开，乘客通过后，闸机立即关闭；若IC卡不合法，闸机不打开，并进行声光报警。
声光报警5次后自动停止。
c、进站刷卡时，还需识别IC卡的种类。
若是"市民卡"，在闸机打开之前，需读取卡中余额并显示在闸机的LED显示器上，且把地铁站ID、进站时间写入卡中相应区域。
若是"当次卡"，判断合法后直接打开闸机。
d、出站时，乘客需要根据所用的IC卡种类，来进行不同的操作。
若乘客用的是"市民卡"，则需在闸机的刷卡器上刷卡，若乘客用的是"当次卡"则需要把卡投入闸机的投卡口中。
e、若乘客出站时刷的是"市民卡"，闸机系统需读取存储在卡上的"市民卡"类别ID（注：
"市民卡"类别分为普通卡、学生卡、老人卡）、地铁站ID、进站时间、余额等信息，根据这些信息来扣除费用，并在闸机的LED显示器上显示余额及本次扣费额，若是学生卡或老人卡，还要用声音播报出"市民卡"类别，然后，打开闸机，乘客通过后立即关闭闸机。
f、若乘客出站时用的是"当次卡"，判断合法后即把闸机打开，乘客出去后立即关闭。
根据上述功能要求的描述，请完善下面的叙述（程序）和回答有关的问题。
（注意：
完善程序或回答问题所需的寄存器格式见题后的附录）
（1）闸机控制器的硬件平台设计时，除了需要设计最小硬件系统（包括：
微处理器、___【1】____电路、时钟电路、复位电路、存储器、JTAG接口电路）外，还必须设计IC卡读写电路、闸门电机驱动电路、声音提示及声光报警电路、LED显示接口电路等。
若闸门电机驱动电路由GPE1引脚控制，GPE1引脚输出"0"时，控制闸门关闭，输出"1"时，控制闸门打开。
那么，初始化GPE1引脚功能的语句是：
rGPECON=（（rGPECON|0x00000004）&___【2】____）;//rGPECON是端口E的控制寄存器
控制闸门关闭和打开的语句分别是：
rGPEDAT=rGPEDAT&___【3】____;//rGPEDAT是端口E的数据寄存器
rGPEDAT=rGPEDAT|___【4】____;
（2）IC卡读写电路设计时，选用IC卡读写模块通过异步串行接口与S3C2410连接，利用S3C2410芯片内部的UART1部件实现异步串行接口电路设计。
那么，在UART1的驱动程序设计时，可用下面一段程序来初始化UART1部件（注：
UART1的波特率要求为：
115200bps，数据格式要求为：
8位数据、1位停止位、偶校验，主频为PCLK。
）。
voidUART1_Init（）
{
rGPHCON=（rGPHCON&0xFFFFF0FF）|___【5】____;//端口H相应引脚功能初始化
rUFCON1=0x0;//FIFOdisable
rUMCON1=0x0;
rULCON1=（___【6】____<<3）|（0<<2）|（___【7】____）;//设置线路控制寄存器
rUCON1=0x245;//设置控制寄存器
rUBRDIV1=（（int）（PCLK/___【8】____）+0.5-1）;//设置波特率，小数采用四舍五入
}
（3）乘客出站时刷的若是"市民卡"，则需要用声音来播报卡的类别，即若是"学生卡"则语音播报：
学生卡；若是"老人卡"则语音播报：
老人卡。
因此，硬件平台构建时设计了一个16位D/A转换器芯片，再加上功率放大电路及扬声器等所构成的语音播报电路，S3C2410芯片通过GPC端口与D/A转换器的16位数据线相连。
软件设计时，可以先行对相关的语音波形进行采样、编码。
设人的语音频率范围是300Hz~4000Hz，因此，对语音波形采样时，采样频率至少应为___【9】____KHz，所采得的数字语音信号才不至于失真。
假设，播音员读"学生卡"的这段语音波形持续3秒，采用该采样频率进行采样，数字语音信号编码采用16位二进制数，那么存储该段语音信号约需要____【10】___KB（1KB=1024B）的存储容量。
语音回放时，按照采样频率要求，定时从所存储的单元中逐次读出先行采样得到的数字语音信号，输出给D/A转换器，然后通过扬声器播出。
因此，在相关的驱动程序中，需要用语句：
rGPCCON=___【11】____;（注：
rGPCCON是端口C的控制寄存器）来初始化GPC端口的引脚功能。
然后通过GPC端口的___【12】____寄存器定时输出数字语音信号。
（4）闸门在乘客通过闸机后立即关闭，因此，硬件平台构建时，可在闸门的后方一定距离内安装一个红外感测探头，并在闸机控制器中设计相关接口电路。
若采用GPE0引脚来输入红外感测信号，GPE0引脚为"1"时，表示人体不在感应区内，GPE0引脚为"0"时，表示人体在感应区内。
那么，初始化GPE0引脚功能的语句是：
rGPECON=rGPECON&___【13】____;//rGPECON是端口E的控制寄存器
判断是否人体在感应区内的语句可以是：
if（（rGPEDAT&0x0001）==___【14】____）
{//判断出人体在感应区内
……
}
（5）闸机控制器的应用软件将在无操作系统环境下进行开发。
设计者可以设计一个启动引导程序，来引导应用程序。
按照ARM9体系结构中的规定，启动引导程序代码的存储单元首址应该是___【15】____，它对应着复位异常向量。
系统上电/复位后，ARM9微处理器处于管理模式，启动引导程序在引导应用程序前，通常需用指令ORRR1,R0,___【16】____|0xC0和MSRCPSR_cxsf,R1来使ARM核进入用户模式（注：
R0，R1寄存器的初值设定为0。
CPSR寄存器的格式见题后附录。
），然后再通过指令___【17】____来引导应用程序主函数main（）。
启动引导程序中还需要完成异常向量表的设置，ARM9体系结构中规定异常向量之间各相差___【18】____个字节，因此，需要在各异常向量处设计一条分支指令。
对于S3C2410微处理器来说，其启动引导程序还需要完成禁止看门狗部件和禁止___【19】____部件，并设置各工作模式下的___【20】____指针。
附录：
综合题中完善程序或回答问题所需的寄存器格式
端口C控制寄存器（GPCCON）的格式
符号
位
描述
初始状态
GPC15
[31:
30]
00=输入01=输出10=VD711=保留
00
GPC14
[29:
28]
00=输入01=输出10=VD611=保留
00
GPC13
[27:
26]
00=输入01=输出10=VD511=保留
00
GPC12
[25:
24]
00=输入01=输出10=VD411=保留
00
GPC11
[23:
22]
00=输入01=输出10=VD311=保留
00
GPC10
[21:
20]
00=输入01=输出10=VD211=保留
00
GPC9
[19:
18]
00=输入01=输出10=VD111=保留
00
GPC8
[17:
16]
00=输入01=输出10=VD011=保留
00
GPC7
[15:
14]
00=输入01=输出10=LCDVF211=保留
00
GPC6
[13:
12]
00=输入01=输出10=LCDVF111=保留
00
GPC5
[11:
10]
00=输入01=输出10=LCDVF011=保留
00
GPC4
[9:
8]
00=输入01=输出10=VM11=保留
00
GPC3
[7:
6]
00=输入01=输出10=VFRAME11=保留
00
GPC2
[5:
4]
00=输入01=输出10=VLINE11=保留
00
GPC1
[3:
2]
00=输入01=输出10=VCLK11=保留
00
GPC0
[1:
0]
00=输入01=输出10=LEND11=保留
00
端口E控制寄存器（GPECON）的格式
符号
位
描述
初始状态
GPE15
[31:
30]
00=输入01=输出10=IICSDA11=保留
00
GPE14
[29:
28]
00=输入01=输出10=IICSCL11=保留
00
GPE13
[27:
26]
00=输入01=输出10=SPICLK11=保留
00
GPE12
[25:
24]
00=输入01=输出10=SPIMOSI011=保留
00
GPE11
[23:
22]
00=输入01=输出10=SPIMISO011=保留
00
GPE10
[21:
20]
00=输入01=输出10=SDDAT311=保留
00
GPE9
[19:
18]
00=输入01=输出10=SDDAT211=保留
00
GPE8
[17:
16]
00=输入01=输出10=SDDAT111=保留
00
GPE7
[15:
14]
00=输入01=输出10=SDDAT011=保留
00
GPE6
[13:
12]
00=输入01=输出10=SDCMD11=保留
00
GPE5
[11:
10]
00=输入01=输出10=SDCLK11=保留
00
GPE4
[9:
8]
00=输入01=输出10=IISSDO11=保留
00
GPE3
[7:
6]
00=输入01=输出10=IISSDI11=保留
00
GPE2
[5:
4]
00=输入01=输出10=CDCLK11=保留
00
GPE1
[3:
2]
00=输入01=输出10=IISSCLK11=保留
00
GPE0
[1:
0]
00=输入01=输出10=IISLRCK11=保留
00
端口H控制寄存器（GPHCON）的格式
符号
位
描述
初始状态
GPH10
[21:
20]
00=输入01=输出10=CLKOUT111=保留
00
GPH9
[19:
18]
00=输入01=输出10=CLKOUT011=保留
00
GPH8
[17:
16]
00=输入01=输出10=UCLK11=保留
00
GPH7
[15:
14]
00=输入01=输出10=RXD211=nCTS1
00
GPH6
[13:
12]
00=输入01=输出10=TXD211=nRTS1
00
GPH5
[11:
10]
00=输入01=输出10=RXD111=保留
00
GPH4
[9:
8]
00=输入01=输出10=TXD111=保留
00
GPH3
[7:
6]
00=输入01=输出10=RXD011=保留
00
GPH2
[5:
4]
00=输入01=输出10=TXD011=保留
00
GPH1
[3:
2]
00=输入01=输出10=nRTS011=保留
00
GPH0
[1:
0]
00=输入01=输出10=nCTS011=保留
00
ULCONn寄存器的格式
符号
位
描述
初始状态
Reserved
[7]
保留
0
Infra-RedMode
[6]
确定是否采用红外模式0=正常操作模式1=红外传输模式
0
ParityMode
[5:
3]
确定校验类型0xx=无校验100=奇校验101=偶校验
000
StopBit
[2]
确定停止位数0=1位停止位1=2位停止位
0
WordLength
[1:
0]
确定数据位数00=5位01=6位10=7位11=8位
00
CPSR寄存器（32位寄存器）的格式（注：
仅给出了最后5位，即工作模式选择位）
M4M3M2M1M0
10000用户模式
10001FIQ模式
10010IRQ模式
10011管理模式
10111中止模式
11011未定义模式
11111系统模式
【解题思路】
本题主要考查基于S3C2410的地铁进出站闸机系统开发。
包括嵌入式最小硬件系统构成，GPIO引脚功能及相应初始化设置，GPC和GPD作为LED显示器接口引脚，GPE作为输入输出，还考察了香农定理，ARM9体系结构中的异常向量等相关知识。
【参考答案及解析】
第1空答案：
电源；最小硬件系统的组成。
第2空答案：
0xFFFFFFF7或（~0x00000008）或~0x00000008；和0相与清零，和1相与保持不变。
和0相或保持不变，和1相或置1。
00为输入，01为输出，则初始化GPE1引脚功能为输出的语句是：
rGPECON=（（rGPECON|0x00000004）&0xFFFFFFF7）。
第3空答案：
0xFFFD或（~0x0002）或~0x0002；GPE1引脚输出"0"时，控制闸门关闭，即rGPEDAT=rGPEDAT&0xFFFD。
第4空答案：
0x0002；GPE1引脚输出"1"时，控制闸门打开。
即rGPEDAT=rGPEDAT|0x0002。
第5空答案：
0x00000A00；GPH5中10=RXD1，GPH4中10=TXD1。
所以端口H的初始化语句为先清零、再置一，即rGPHCON=（rGPHCON&0xFFFFF0FF）|0x00000A00。
第6空答案：
5；8位数据位、1位停止位、偶校验。
在ULCON中，[1:
0]：
11=8位；[2]：
0=1位停止位；[5:
3]：
101=偶校验；[6]：
0=正常操作模式。
即rULCON1=（5<<3）|（0<<2）|（3）。
第7空答案：
3；
第8空答案：
115200*16=1843200；设置波特率。
第9空答案：
8；根据香农采样定理可得。
第10空答案：
46.875；采样频率为8KHz，采样周期为125us，样本值用16位二进制数进行编码。
则3s的语音片段的存储容量为：
（3*16）/（125us*8）=46.875。
第11空答案：
0x55555555；00为输入，01为输出，则初始化GPC关口功能为输出的语句是：
rGPCCON=0x55555555。
第12空答案：
数据；
第13空答案：
0xFFFFFFFC或~0x00000003或（~0x00000003）；采用GPE0引脚来输入红外感测信号，GPE0引脚为"1"时，表示人体不在感应区内，GPE0引脚为"0"时，表示人体在感应区内。
则初始化GPE0引脚功能的语句是：
rGPECON=rGPECON&0xFFFFFFFC。
第14空答案：
0x0000；判断人体是否在感应区内的语句为：
if（（rGPEDAT&0x0001）==0x0000），若为真，则表示人体在感应区内。
第15空答案：
0x00000000或0x00；对应复位异常向量。
第16空答案：
0x10或0x00000010或16；用户模式中[M4M3M2M1M0]=[10000]。
即ORRR1,R0,0x10|0xC0。
第17空答案：
BL_main；
第18空答案：
4；ARM9体系结构中规定异常向量之间各相差4个字节，因此，需要在各异常向量处设计一条分支指令。
第19空答案：
外部中断；
第20空答案：
堆栈
操作题
（二）
1、某食堂的售饭系统由一个后台数据库系统及若干个前台刷卡机组成，其基本功能具体描述如下：
a、刷卡机的硬件组成中，除了必须的最小硬件系统外，还需要IC卡读写模块、8段LED组成的显示模块、键盘模块、蜂鸣器模块、RS-485通信模块等。
b、客户需要事先办理本系统的消费IC卡，预存若干金额，办卡信息及预存金额存储在后台数据库系统中。
c、客户消费时，用IC卡在刷卡机上支付。
支付时，由售饭员在刷卡机上输入客户缴费金额且在LED显示器上显示，然后客户刷卡，若IC卡合法，则把缴费金额和IC卡信息传输给后台数据库系统。
若IC卡不合法，用蜂鸣器发不合法提示音。
d、后台数据库系统接收到刷卡机的信息后，将根据IC卡号查询出该卡的余额，若余额大于等于应缴费额，则进行扣费，再把当前余额及扣费正确信息回传给刷卡机。
若余额小于应缴费额，则回传扣费不正确信息给刷卡机。
e、刷卡机接收到回传的信息后，显示回传的余额，且若是扣费正确信息，则用蜂鸣器发"扣费正确"提示音；若是扣费不正确信息，则用蜂鸣器发"扣费不正确"提示音。
根据上述功能要求的描述，若采用S3C2410芯片为核心来构建刷卡机的硬件平台，请完善下面的叙述（程序）和回答有关的问题。
（1）在设计硬件时，最小的硬件系统是保证系统能正常工作的必要硬件组成。
它包括电源电路、___【1】____、复位电路、调试测试接口、以及___【2】____。
（2）若在硬件设计时，选用8个共阴极的8段LED（其排列如图1所示）组成2组显示器（1组4个8段LED），用于显示当前消费金额和余额。
若采用GPC0~GPC6、GPC7外接同向驱动后，分别连接到显示"消费金额"的LED显示器段信号线a~f、dp上，采用GPD0~GPD3外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位~高数据位的4个8段LED位信号线。
另外采用GPC8~GPC14、GPC15外接同向驱动后，分别连接到显示"余额"的LED显示器段信号线a~f、dp上，采用GPD4~GPD7外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位~高数据位的4个8段LED位信号线。
那么，GPC0~GPC15引脚的功能为：
___【3】____，GPD0~GPD7引脚的功能为：
___【4】____。
初始化GPC0~GPC15引脚功能的语句可以是：
//rGPCCON是端口C的控制寄存器，其格式见后面附录
rGPCCON=___【5】____;
初始化GPD0~GPD7引脚功能的语句可以是
//rGPDCON是端口D的控制寄存器，其格式见后面附录
rGPDCON=（（rGPDCON|0x00005555）&___【6】____）;
若只在"余额"LED显示器中的次高数据位LED上显示字符"3"，相关驱动程序中可用下面语句实现。
rGPCDAT=___【7】____;//输出"3"的段信号
rGPDDAT=___【8】____;//输出次高数据位被点亮的控制信号
（3）刷卡机上输入客户缴费金额的键盘，在设计时采用非标准键盘组成，键盘接口设计成4×4的阵列（其按键排列示意图如图2所示）。
键盘接口电路中选用GPE0~GPE3来输出键盘行扫描信号，选用GPE4~GPE7来输入键盘列信号。
软件设计时设计者自行设计了键盘扫描函数，请你补充完善之：
//*KEYOUTPUT是键盘扫描时的输出地址，KEYINPUT是键盘读入时的地址
#defineKEYOUTPUT（*（volatileINT8U*）0x56000044）
#defineKEYINPUT（*（volatileINT8U*）0x56000044）
INT16UScanKey（）
{
INT16Ukey=0xFFFF;
INT16Ui;
INT8Utemp=0xFF,output;
//rGPECON是端口E的控制寄存器，其格式见后面附录
rGPECON=（（rGPECON&0xFFFFFF00）|___【9】____）;//初始化GPE0~GPE3为输出
rGPECON=rGPECON&___【10】____;//初始化GPE4~GPE7为输入
//下面判断键盘中是否有键按下
for（i=1;（（i<=8）&&（i>0））;___【11】____）
{
output|=0xFF;
output&=（~i）;
KEYOUTPUT=output;
temp=KEYINPUT;
if（（temp&0xF0）!
=___【12】____）//判断列信号是否为全"1"
{
key=（~i）;
key<<=8;
key|=（（temp&0xF0）|0x0F）;//求得按键的返回值
return（key）;//函数返回按键对应的值
}
}
return0xFFFF;
}
应用程序中可根据上面的键盘扫描函数的返回值，来判断是否有按键按下，并确定是哪个按键按下。
例如：
若返回值为：
___【13】____时，可知是键盘中的"6"键按下，
若返回值为：
___【14】____时，可知是键盘中的"确认"键被按下。
若无键按下时，返回值应为：
___【15】____。
（4）刷卡机与后台数据库系统通信采用RS-485总线。
因此在硬件设计时，需要采用S3C2410芯片内部的___【16】____部件外加电平转换芯片等来实现。
若在软件设计时，其初始化程序中波特率设置为9600bps，数据格式设置为：
8位数据位、无校验、1位停止位。
那么，1秒时间内最多能传输__【17】_____字节的信息。
（5）刷卡机上的应用软件是在无操作系统环境下开发的。
设计者可以自行设计系统的启动引导程序，在该程序中完成异常向量设置、堆栈指针设置以及必要的硬件初始化。
ARM9体系结构中规定的复位异常所对应的异常向量地址为____【18】___。
系统上电/复位后，将从该地址处开始执行程序，因为ARM9体系结构中规定的各异常向量地址之间间隔通常为__【19】_____个字节。
因此，复位异常向量地址处通常存储一条___【20】____指令的代码。
【解题思路】
本题主要考查基于S3C2410的食堂售饭系统开发。
包括嵌入式最小硬件系统构成；GPIO引脚功能及相应初始化设置：
GPC和GPD作为LED显示器接口引脚，GPE作为输入输出，还可作为I2C、I2S、SD卡等串行总线的引脚（在题中用来接非标准键盘）；基于UART的RS-485接口通信设置；无操作系统的嵌入式系统如何构建其启动引导程序。
【参考答案及解析】
【1】时钟电路；硬件最小系统包括电源电路、时钟电路、复位电路、调试测试接口、以及存储器。
【2】存储器；
【3】输出；GPC0~GPC15引脚为LED段选输出。
【4】输出；GPD0~GPD7引脚为LED位选输出。
【5】0x55555555；00为输入，01为输出，则初始化GPC0~GPC15引脚功能为输出的语句是：
rGPCCON=0x55555555。
【6】0x
升级会员 