最新嵌入式系统原理复习题及答案.docx

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最新嵌入式系统原理复习题及答案

嵌入式系统原理复习题

1、嵌入式系统的概念

广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统。

如各类单片机和DSP系统。

这些系统在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。

但由于他们没有操作系统，管理系统硬件和软件的能力有限，在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实现。

从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于特定场合的嵌入式系统。

本书所谓的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统。

根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：

嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。

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。

2、嵌入式系统的特点

1）系统内核小

2）专用性强

3）运行环境差异大

4）可靠性要求高

5）系统精简和高实时性操作系统

6）具有固化在非易失性存储器中的代码

7）无自举开发能力

3、嵌入式系统的硬件平台由哪些部分组成

嵌入式系统的微硬件包括嵌入式核心芯片、存储器系统及外部接口

4、什么是分时系统、软实时系统、硬实时系统，它们的区别是什么？

分时操作系统按照相等的时间片调度进程轮流运行，分时操作系统由调度程序自动计算进程的优先级，而不是由用户控制进程的优先级。

这样的系统无法实时响应外部异步事件。

硬实时系统有一个刚性的、不可改变的时间限制，它不允许任何超出时限的错误。

超时错误会带来损害甚至导致系统失败、或者导致系统不能实现它的预期目标。

软实时系统的时限是一个柔性灵活的，它可以容忍偶然的超时错误。

失败造成的后果并不严重，仅仅是轻微的降低了系统的吞吐量。

5、嵌入式系统的分类

按嵌入式微处理器的位数分类

a）4位

b）8位

c）16位

d）32位

e）64位

按软件实时性需求分类

a）非实时系统

b）软实时系统

c）硬实时系统

按嵌入系统的复杂程度分类

b）小型嵌入式系统

c）中型嵌入式系统

d）复杂嵌入式系统

6、ARM9处理器的工作状态有哪些

ARM状态，Thumb状态

7、ARM9处理器的内部寄存器结构

ARM处理器总共有37个寄存器，可以分为以下两类寄存器：

1）31个通用寄存器：

R0～R15；

R13_svc、R14_svc；

R13_abt、R14_abt；

R13_und、R14_und；

R13_irq、R14_irq；

R8_frq-R14_frq。

2）6个状态寄存器

CPSR；SPSR_svc、SPSR_abt、SPSR_und、SPSR_irq和SPSR_fiq。

8、ARM9处理器的工作模式有哪些

用户，FIQ，IRQ，SVC，中止，未定义，系统

9、CPSR寄存器各数据位的作用

CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息。

10、如何实现ARM状态和Thumb状态的切换

ARM处理器在两种工作状态之间切换方法：

进入Thumb状态：

当操作数寄存器Rm的状态位bit［0］为1时，执行BXRm指令进入Thumb状态。

如果处理器在Thumb状态进入异常，则当异常处理（IRQ，FIQ，Undef，Abort和SWI）返回时，自动切换到Thumb状态。

进入ARM状态：

当操作数寄存器Rm的状态位bit［0］为0时，执行BXRm指令进入ARM状态。

如果处理器进行异常处理（IRQ，FIQ，Undef，Abort和SWI），在此情况下，把PC放入异常模式链接寄存器LR中，从异常向量地址开始执行也可以进入ARM状态。

11、ARM为何集成了32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集

ARM的RISC体系结构的发展中已经提供了低功耗、小体积、高性能的方案。

而为了解决代码长度的问题，ARM体系结构又增加了Ｔ变种，开发了一种新的指令体系，这就是Thumb指令集。

它有从标准32位ARM指令集抽出来的36条指令格式，可以重新编成16位的操作码。

这能带来很高的代码密度。

12、ARM指令寻址方式与ARM指令集中各类常用指令的用法

（内容太多，第三章全部内容！

）

13、什么是交叉编译，为什么要进行交叉编译

在一种计算机环境中运行的编译程序，能编译出在另外一种环境下运行的代码，这个编译过程就叫交叉编译。

原因：

有时是因为目的平台上不允许或不能够安装我们所需要的编译器，而我们又需要这个编译器的某些特征；有时是因为目的平台上的资源贫乏，无法运行我们所需要编译器；有时又是因为目的平台还没有建立，连操作系统都没有，根本谈不上运行什么编译器。

14、简述构建交叉编译链的主要步骤

1）获取相关的源代码和补丁包

2）它们都存放在src目录下

3）安装binutils

4）安装Linuxheader

5）安装Glibc头文件

6）编译GCCStage1

7）使用刚编译出的GCC编译Glibc

8）重新编译GCC，即GCCStage2

15、简述嵌入式系统的开发流程

主要包括系统需求分析（要求有严格规范的技术要求）、体系结构设计、软硬件及机械系统设计、系统集成、系统测试，最终得到最终产品。

16、嵌入式系统与通用计算机的区别

一是能力不同。

通用计算机系统通常什么都能做，我们买个电脑，上网、听音乐、看电影、做软件都不在话下。

嵌入式系统一般面向某一特定应用，不是什么都能干。

例如鼠标里的嵌入式系统任务只是监视鼠标的按键，并向主CPU发送键码，数码相机里面的嵌入式系统主要进行图像处理，让它们什么都能做，有点难也没必要。

   　二是大小不同。

通用计算机系统通常对个头没有要求，台式机占据一张桌子，大型服务器可以占据一个房间，笔记本放到膝盖上就行。

嵌入式系统由于要嵌入到它服务的主体里面，一般都比较小，而且要与服务的主体有机结合成为一个整体。

   　三是实时性要求不同。

实时性指完成任务的时间要求。

通用计算机系统一般实时性要求不高，但嵌入式系统往往实时性要求很高。

比如汽车里的嵌入式系统，如果发动机过热，必须要求在规定的时间内作出反应，如果像PC那样不紧不慢的，后果可想而知。

   　四是可靠性要求不同。

电脑死机估计每个人都经常遇到，死机了怎么办？

重启就是。

但是如果火箭发射时里面的嵌入式系统死机了......,

   　五是二次开发能力不同。

我们买来个电脑，通常也就装了个操作系统，其它的程序我们需要什么就可以装什么，我们甚至可以打开机箱，加几条内存。

但嵌入式系统通常买来后就那样了，软件和硬件都不变了。

数码相机相信多数人没有打开过，也没有再安装什么新软件。

倒是智能手机可以装一些软件，但能力有限。

       六是数量不同。

嵌入式系统的数量远大于通用计算机系统的数量。

因为一个通用计算系统中至少包括数十个嵌入式系统。

更别说其它的嵌入式系统了。

17、常见的嵌入式操作系统有哪些，各自有什么特点

1）VxWorks:

性能优越，开发调试便利，强大的技术支持，但是昂贵的价格让开发者望而却步。

2）WindowsCE:

精简的模块化操作系统

多硬件平台支持

支持有线和无线的网络连接

稳健的实时性支持

丰富的多媒体和多语言支持

强大的开发工具

3）PalmOS:

3Com公司产品，专门为掌上电脑开发的32位的嵌入式操作系统

占有非常小的内存，基于PalmOS编写的应用程序占用的空间也非常小（通常只有几十KB）

Palm提供了串行通信接口和红外线传输接口，利用它可以方便地与其它外部设备通信、传输数据

拥有开放的OS应用程序接口，开发商可根据需要自行开发所需的应用程序

具有强开放性，现在有大约数千种专门为PalmOS编写的应用程序，从程序内容上看，小到个人管理、游戏，大到行业解决方案，PalmOS无所不包。

在丰富的软件支持下，基于PalmOS的掌上电脑功能得以不断扩展。

操作系统的节能功能。

在PalmOS的应用程序中，如果没有事件运行，则系统设备进入半休眠（doze）的状态；如果应用程序停止活动一段时间，则系统自动进入休眠（sleep）状态。

合理的内存管理。

Palm的存储器全部是可读写的快速RAM，动态RAM（DynamicRAM）类似于PC机上的RAM，它为全局变量和其它不需永久保存的数据提供临时的存储空间；存储RAM（StorageRAM）类似于PC机上的硬盘，可以永久保存应用程序和数据。

PalmOS的数据是以数据库（database）的格式来存储的。

4）嵌入式Linux:

嵌入式LinuxOS逐渐形成了可与WindowsCE等EOS相抗衡的局面。

目前正在开发的嵌入式系统中，49%的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。

Linux现已成为嵌入式操作系统的理想选择。

开放源码，丰富的软件资源，广泛的软件开发者的支持，价格低廉，结构灵活，适用面广。

精简的内核，性能高、稳定，多任务。

适用于不同的CPU，支持多种体系结构，如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等。

能够提供完善的嵌入式GUI以及嵌入式X-Windows。

提供嵌入式浏览器、邮件程序、MP3播放器、MPEG播放器、记事本等应用程序。

提供完整的开发工具和SDK，同时提供PC上的开发版本。

用户可定制，可提供图形化的定制和配置工具。

常用嵌入式芯片的驱动集，支持大量的周边硬件设备，驱动丰富。

针对嵌入式的存储方案，提供实时版本和完善的嵌入式解决方案。

完善的中文支持，强大的技术支持，完整的文档。

18、什么是BootLoader，ARM系统中BootLoader的主要作用是什么

BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。

通过这段小程序，我们能初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

作用：

硬件初始化，操作系统引导。

19、简述BootLoader的启动过程

 大多数 BootLoader 都包含两种不同的操作模式：

启动加载模式和下载模式。

启动加载模式也称为自主模式，即 BootLoader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。

而下载模式则是目标机上的 BootLoader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件。

从主机下载的文件通常首先被 Boot Loader 保存到目标机的 RAM 中，然后再被 BootLoader 写到目标机上的FLASH 类固态存储设备中。

这种模式通常在第一次安装内核与根文件系统时被使用，或系统更新时使用。

一般嵌入式系统的Boot Loader较为常用的是启动加载模式，它的加载流程也是我们要重点讨论的内容。

（1）启动部分 

  启动部分主要是实现初始化硬件的功能。

在参考板的BootLoader目录下，会发现一些.s文件，可能会是init.s或者是reset.s等，这样的文件是CPU加电后最先执行的代码。

接着Oal.exe通过Startup函数完成硬件的初始化，StartUp 函数是Boot Loader的入口函数。

该函数一般是使用汇编语言编写，与CPU关系非常紧密，能完成初始化CPU、内存等核心硬件。

  Startup.s代码与硬件平台的Bootloader启动代码共用。

如果是热启动，即在该函数调用之前已经启动了Bootloader程序，相当基本硬件初始化已经完成，则直接跳转到OALStartUp函数中；否则需要进行硬件中断屏蔽、内存、系统时钟频率、电源管理等硬件的基本初始化过程。

在系统硬件初始化完毕之后，Startup调用OALStartUp函数，OALStartUp函数主要完成将OEMAddressTable表传递给内核，然后调用KernelStart函数跳转到内核。

因此，这部分工作是BootLoader的一大重点。

（2）主控部分 

StartUp 函数初始化CPU等核心硬件并跳转到Main函数后，系统就会转入C语言代码执行环境。

这时函数分为3个模块：

BLCOMMON、Download 、FLASH 。

其中BLCOMMON模块是由微软提供的，执行一些逻辑上的功能，因此建议开发人员不要对其进行修改。

而Download 、FLASH 中的函数与硬件平台息息相关，因此对于每种硬件平台都要将函数的实现进行修改。

  其中，BLCOMMON库是与BootLoader程序链接在一起的，BLCOMMON库的入口点为BootloaderMain函数，它是Startup汇编函数完成后跳转至该入口的。

Main函数的主要任务时调用BLCommon中的 BootloaderMain（）函数，这是BootLoader的主控函数，它控制了BootLoader的完整执行流程。

这部分代码由C语言实现，是BLCOMMON代码的一部分，它可以用来执行比较复杂的操作。

比如检测内存和Flash的有效性、检测外部设备接口、检测串口并且向已经连接的主机发送调试信息、通过串口等待命令、启动网络接口、建立内存映射等汇编无法完成的工作。

  （3）下载部分 

  一般在平台调试完毕后，可以在不用人工干预的情况下自动加载CE，这也是BootLoader的功能之一。

而在调试阶段时，这需要通过Loader所支持的命令来进行操作的，借助于这些命令不仅可以完成硬件平台的部分测试，还能完成CE的BootLoader程序最为重要的一个功能--下载CE映像。

如果说硬件调试功能可以由其它的程序代替而不放入BootLoader中，但是下载映像文件却是BootLoader必需的功能。

  CE映像文件通常叫做nk.bin，它是Windows CE二进制数据格式文件，不仅包含了有效的程序代码，还有按照一定规则加入的控制信息。

当然，也可以选择生成.sre格式的代码文件，但是相于对前一种格式，它的代码要长很多，所需要的下载时间也更长。

  （4）支持DOC部份 

对于WinCE操作系统而言，丰富的多媒体功能是其一大特点。

但是随之而来的问题是，如果选择了图形界面和中文支持，系统很容易大大超出嵌入式系统上百KB的数量级。

而DOC（Disk On Chip）则提供了一种相对廉价的大存储容量的解决方案。

  DOC本质上是一种加以软件控制的NAND格式的Flash，通过TFFS这一软件层提供对WinCE的支持。

由于DOC不能像内存一样被直接访问，所以其加载WinCE的过程有些特殊，必须要在BootLoader中加入专门的代码，才能使用DOC来存放WinCE映像文件

20、Linux内核源码是如何组织的，主要的目录文件有哪些？

arch

包含和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应的目录。

和32位PC相关的代码存放在i386目录 下，其中比较重要的包括：

kernel  内核核心部分

mm      内存管理 

math-emu    浮点单元仿真

lib   硬件相关工具函数

boot    引导程序

pci      PCI总线和

powerCPU相关状态 

block部分块设备驱动程序 

      crypto常用加密和散列算法如 AES、SHA等 还有一些压缩和CRC校验算法。

/*********************************************************************************************************************************/ 

drivers

     放置系统所有的设备驱动程序；每种驱动程序又各占用一个子目录：

如，/block 下为块设备驱动程序，比如 ide（ide.c）。

如果你希望查看所有可能包含文件系统的设备是如何初始化的，你可以看drivers/block/genhd.c中的device_setup（）。

它不仅初始化硬盘，也初始化网络，因为安装nfs文件系统的时候需要网络；

fs

      文件系统代码，每个支持的文件系统有相应的子目录，如cramfs,yaffs，jffs2等 。

 include

      包括编译内核所需的大部分头文件，与平台无关的头文件放在include/linux子目录下，平台相关的头文件如include/asm-arm

 init 

       这个目录包含核心的初始化代码（注：

不是系统的引导代码），包含两个文件main.c和Version.c，这是研究核心如何工作的好的起点之一。

 kernel

       主要的核心代码，此目录下的文件实现了大多数linux系统的内核函数，其中最重要的文件当属sched.c；同样，和体系结构相关的代码在arch/*/kernel中。

Lib

库函数代码。

Mm

        这个目录包括所有独立于 cpu 体系结构的内存管理代码，如页式存储管理内存的分配和释放等；而和体系结构相关的内存管理代码则位arch/*/mm/，例如arch/i386/mm/Fault.c；   

Net

网络支持代码

sound

        音频设备驱动代码

Scripts

         描述文件，脚本，用于对核心的配置；

documentation

        关于内核各部分的通用解释和注释

ipc

        进程间通信的代码。

security

        主要是一个SELinux的模块。

Modules

       模块文件目录，是个空目录，用于存放编译时产生的模块目标文件。

/**********************************************************************************************************************************/ 

在每个子目录下，都有一个 Makefile 和一个Readme 文件，仔细阅读这两个文件，对内核源码的理解很有用。

 其中顶层目录下的 Makefile 负责整个内核的编译，编译的时候递归的调用各个目录下的 Makefile 文件，最终将产生内核的可执行映像文件。

Makefile：

分布在Linux内核源码中的Makefile定义了Linux内核编译的规则。

Makefile  决定编译哪些文件、 怎样编译这些文件 、按什么顺序连接这些文件。

config：

在配置内核时生成的一个文件，根据.config来决定使用哪些Makefile。

21、内核移植的一般步骤

第一阶段：

1、获取源码

解压

2、在系统中添加对平台（ARM）的支持：

toplevel Makefile 改交叉编译器路径

3、改平台输入：

arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c

4、改机器码，与U-Boot配合才能启动：

arch/arm/tools/mach-types

5、改镜像的存放地：

arch/arm/boot－－>Makefile

默认镜像存在arch/arm/boot

6、做自己的配置单：

#makemenuconfig

加载2410的配置单

修改Systemtype

修改版本信息：

generalsetup

使支持交叉编译器

kernelfeatures

7、保存.config

并复制一个配置单的备份

8、编译镜像：

#makedistclean

#makezImage

9、启动内核看console信息

第二阶段：

1、移植NandFlash驱动：

（驱动内核已做好，只修改几个地方）

arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c

改分区信息

改读写匹配时间

Drivers/mtd/nand/s3c2410.c

去掉ECC校验（内核与U-Boot校验不同）

#makemenuconfig

添加NandFlash支持

2、完善串口驱动（内核只支持两个串口，可把红外接口修改为串口）（可选操作）

红外改串口：

arch/arm/mach-smdk2440.c

drivers/serial/s3c2410.c和samsung.c

配置菜单

3、移植文件系统

1、获得

yaffs文件系统源码和yaffs文件系统补丁

解压

2、内核中添加yaffs支持

 打补丁

 改配置单DeviceDrivers、Filesystem

3、编译BusyBox：

目的是生成文件系统所需要的一些目录和文件

3.1、解压BusyBox源码

进入源码目录添加编译器路径

改Makefile

我们长期呆在校园里，没有工作收入一直都是靠父母生活，在资金方面会表现的比较棘手。

不过，对我们的小店来说还好，因为我们不需要太多的投资。

3.2、改BusyBox配置单

据调查统计在对大学生进行店铺经营风格所考虑的因素问题调查中，发现有50%人选择了价格便宜些，有28%人选择服务热情些，有30%人选择店面装潢有个性，只有14%人选择新颖多样。

如图（1-5）所示#makemenuconfig

保存配置单

4．WWW。

google。

com。

cn。

大学生政策2004年3月23日3.3、编译安装BusyBox

3．www。

oh/ov。

com/teach/student/shougong/#make;makeinstall

中式饰品风格的饰品绝对不拒绝采用金属，而且珠子的种类也更加多样。

五光十色的水晶珠、仿古雅致的嵌丝珐琅珠、充满贵族气息的景泰蓝珠、粗糙前卫的金属字母珠片的材质也多种多样。

生成文件系统部分源码在_install

4、构建文件系统：

目的是构建一个比较完整的文件系统

1、作者：

蒋志华《市场调查与预测》，中国统计出版社2002年8月§11-2市场调查分析书面报告

4.1、构建框架

主目录：

（4）牌子响root_2.6.30.4

子目录：

复制：

BusyBox生成的_install目录下的目录

营销调研课题新建：

#mkdirdevetchomelibmntoptprocrootsddisksys

tmpudiskvarwebusr/libusr/share

培养动手能力□学一门手艺□打发时间□兴趣爱好□

二、大学生DIY手工艺制品消费分析4.2、添加文件

dev设备目录/etc配置文件目录/home用户目录/lib库目录

/mnt移动设备挂载目录/opt与QT等相关/proc虚拟文件系统和目录

/root超级用户目录/sys可能mdev建目录/tmp临时文件目录

/var临时文件目录/usr/bin串口有关

5、编译文件系统镜像：

#mkyaffs2imageroot_2.6.30.4root_2.6.30.4.bin

得到文件系统镜像

第三阶段：