嵌入式系统原理与设计.doc

1、1. 笔记本不是嵌入式产品2. 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。3. 一般而言，整个嵌入式系统的体积系统结构可以分成 4 个部分：嵌入式处理器，嵌入式外围设备，嵌入式操作系统和嵌入式应用软件。4. 嵌入式系统的设计可以分成 3 个阶段：分析，设计和实现5. ARM（Advanced RISC Machines）公司成立于英国剑桥 ARM 技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM 微处理器。 在工业控制领域：作为 32 位的 RISC 架构6. ARM7 系列微处理器为低功耗的

2、32 位 RISC 位处理器，支持 16 位 Thumb 指令集，典型处理速度为0.95MIPS/MHz7. ARM7TDMI 是目前使用最广泛的 32 位嵌入式 RISC 处理器，没有 MMU（存储管理单元）T支持 16 位压缩指令集 Thumb D-支持片上 DebugM内嵌硬件乘法器 I-嵌入式 ICE，支持片上辅助调试8. XScale 处理器是基于 ARMv5TE 体系结构的解决方案,它支持 16 位的 Thumb 指令和 DSP 指令集，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器9. 嵌入式操作系统有：嵌入式 Linux、Windows CE、Symbian、QNX 是一个实时的、可扩

3、充的操作系统，它部分遵循 POSIX 相关标准10. 需要（交叉开发环境） （英文为 Cross Development Environment）的支持是嵌入式应用软件开发时的一个显著特点，交叉开发环境是指编译、链接和调试嵌入式应用软件的环境，它与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机/目标机模式11. ARM（有 15 个）寄存器： R13-sp 堆栈指针寄存器 R14-LR 链接寄存器R15-PC 指针寄存器 通用的 R0-R1212. ARM 运行模式：用户模式和特权模式 FIQ 快速中断13ARM 采用哈佛结构，支持 ARM 和 Thumb 指令集14. XScale 核中的

4、内存管理单元（MMU）提供内存访问保护、虚拟地址到物理地址的转换和内存空间的分配。其中 MMU 可以存在内部，也可以协处理器出现。15. 裸机-引导程序-OS 镜像-文件系统-应用程序16. 开发环境的建立：（1）交叉编译（2）TFTP） （3）Minicom 设置17. Boot Loader 是系统加电后运行的第一段代码，Boot Loader 就是操作系统内核运行前运行的一段小程序，进行初始化硬件设置，创建内核需要的信息等工作，最后调用操作系统内核。 利用 JTAG 烧写Boot Loader 使用 Minicom 实现窜口通信18. 宏名 涵义$* 没有扩展名的当前目标文件$ 当前目标

5、文件$ 当前目标文件最近更新的文件名$? 当前目标文件最近更新的文件名19. 若目标机接在 COM1 上，则输入/dev/ttyS0;若接在 COM2 上则输入/dev/ttyS1.按回车键结束设置20. BOOTP 是一种协议，工作原理：在目标板上发送 BOOTP 请求时，宿主机上安装的 BOOTP 服务器(bootpd)根据/etc/bootptab 中定义的目标机信息来生成 BOOTP 回应包以做应答。字段 ht 表示硬件类型（hardware type）因为使用 10MB Ethernet，所以设置为 1（Ethernet）;ha 表示硬件地址（hardware address）,是发

6、送 BOOTP 请求的目标机 Mac 地址；ip 表示分配给目标机的 IP 地址；sm 表示子网掩码（Subnet Mask） ，应与宿主机相同21. ARM 内核基于 RISC 技术，其结构是一种变形的哈佛结构，即内存和指令在逻辑上是相互独立的。ARM 有 7 种运行状态，它们分别是：用户状态（User） 、中断状态（IRQ,Interrupt Request） 、快中断状态（FIQ,Fast Interrupt Request） 、监管状态（Supervisor） 、终止状态（Abort） 、无定义状态（Undefined）和系统状态（System） 。7 种状态中的每一种都有自己的堆栈指

7、针 sp 和链接寄存器 lr。ARM的 7 种运行状态除了用户状态之外，其余的都是系统状态.ARM 系统结构中另有一专门用于“快中断(FIQ)”状态的 5 个单元寄存器 r8-r1222. 存储管理包括地址映射，内存空间的分配，地址空间保护，如果将 I/O 也放在内存地址空间中，则还要包括 I/O 地址的映射23. 在 ARM 系统结构中，地址映射可以是单层的按“段（section） ”映射，也可以是二层的页面映射24. Linux 内核的存储管理采用页面映射，并且采用最普通的三层映射模型25. 在 ARM 处理器也有自陷指令，这就是 swi26. init 进程是系统所有进程的起点，它的进程

8、号是 1，init 程序需要读取/etc/inittab 文件作为其行为指针,inittab 是以行为为单位的描述性（非执行性）文本27. rc 启动脚本都位于/etc/rc.d 目录下，rc3.d 下的文件都是指向/etc/rc.d/init.d/目录下各个Shell 脚本的符号链接，而这些脚本一般都能接受 start、stop、restart、status 等参数28. 新进程通过克隆老进程或当前进程来创建，要让若干新进程按照需要处理不同的事情，就必须通过系统调用 exec(这实际上是一组名为 exec 的函数)。29. lsmod 把现在内核中已经安装的模块列出来insmod 把某个模块

9、安装到内核中rmmod 把某个没在用的模块从内核中卸载depmod 制造模块相关文件，以告诉将来的 insmod 要去哪儿找模块来安装。这个模块相关文件放在/lib/modules/当前 kernel 版本/modules.dep30. 编译内核配置 3 步骤：（1）使用 make menuconfig 配置内核（2）make dep 构建依赖（3）使用make zImage 命令来编译内核31. 嵌入式操作系统的文件系统的设计目标：（1）使用简单方便（2）安全可靠（3）实时响应（4）接口标注的开放性和可移植性（5）可伸缩性和可配置性（6）开放的体系结构（7）资源有效性.32. 嵌入式 Lin

10、ux 常用文件系统：（闪存、第二版扩展文件系统 Ext2fs、JFFS 和YAFFS、Ext2、NFS、JFFS2、Ramfs）闪存主要有两种技术，NAND 和 NOR。NAND 型的单元排列是串行的，而 NOR 型则是并行的。NAND 型的闪存可以看作顺序读取的设备，它在读和擦文件，特别是连续的大文件时，与 NOR 型的闪存相比速度更快，但 NAND 型的不足在于随机存取速度较慢，而且没有办法按字节写。NOR 型随机存取速度较快，而且可以随机按字节写。NAND 型的内存适合用在大容量的多媒体应用中，而NOR 型适合应用在数据/程序存储应用中。 其中 JFFS 文件系统是瑞典 Axis 通信公

11、司开发的一种基于Flash 的日志文件系统33. 常用编译工具：GCC 常用调试工具：GDB34. Linux 的压缩工具及格式：bzip、gzip、tar.bz、tar.gz35. Tab 键作用：命令自动补齐 挂载命令：mount 目录：/mnt/36. Linux 支持三类硬件设备：字符设备、块设备和网络设备。Linux 抽象了对硬件的处理，所有的硬件设备都可以作为普通文件看待37. 每个设备文件都对应有两个设备号：一个是主设备号，标识该设备的种类，也标识了该设备所使用的驱动程序；另一个是次设备号，标识使用同一设备驱动程序的不同硬件设备。1. 什么是嵌入式系统？其特点有些什么？答： 嵌入

12、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，用于特定的任务；2）资源较少，可以裁减；3) 功耗低，体积小，集成度高，成本低; 4）使用实时操作系统；5) 可靠性要求更高，具有系统测试和可靠性评估体系;6）运行环境差异大7）大部分程序固化在 ROM 中； 8) 较长的生命周期；9）嵌入式微处理器通常包含专用调试电路 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

13、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）C/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. 构造嵌入式开发环境有哪几种形式？ 答：1）交叉开发环境 ；2）软件模拟环境 ；3)评估电路板5. 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

14、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。6. 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。15简述 bootloader 在嵌入式系统平台上的移植过程？答：1).准备 Bootloader 软件2).根据目标板硬件平台，修改配置 Bootloader。3）.交叉编译，形成目标板子可执行的 Bootloader 二进制 BIN 文件。4）.将 Bootload

15、er 烧写进目标板。5）.配置好宿主机上的 minicom 或者超级终端。6）.启动目标板，若 bootloader 编译没有错误，烧写正确，就可以在超级终端中看到目标板启动的信息。16Bootloader 和 BSP 有什么不同？答：BSP 是开发板支持软件包，一般 BSP 包含有 bootloader. BSP 的作用是支持操作系统，使之能够更好的运行于硬件平台；BootLoader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。 25.ARM 处理器模式转换方式主要有（arm 模式） （thumb 模式）两种。26.ARM 处理器有（37）个寄存器，其中系统模式和用户模式下有（ 1 ）物理

16、寄存器可用其他 5 中模式下都有( 5 )物理寄存器可用27ARM 处理其每种模式下都有一组寄存器可用，其中（ 用户模式 ） （ 系统模式 ）具有完全一样的寄存器组。28ARM 处理器分两大类（ 通用寄存器 ） （ 状态寄存器 ） ，其中（ 通用）寄存器又可以分为未分组寄存器，分组寄存器和程序寄存器。三名词解释1ARM （Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的 RISC 处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。2.CISC 和 RISCCISC 复杂指令系统；RISC 精简指令系统；3. ATPCSAR

17、M-THUMB procedure call standard 的 简 称 ； ATPCS 就 是 基 于 ARM 指 令 集 和 THUMB 指 令集 过 程 调 用 的 规 范 。4.JTAGJoint Test Action Group（联合测试行为组织）一种国际标准测试 协议（IEEE 1149.1 兼容） ，主要用于芯片内部测试。5.ADSADS 是 ARM 公司的集成开发环境软件（ARM developer suit）6.BootloaderBootLoader 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，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬

18、件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境7.U-bootUniversal Boot Loader，是遵循 GPL 条款的开放源码项目 8.VIVIVivi 是韩国 mizi 公司开发的 bootloader, 适用于 ARM9 处理器。 Vivi 有两种工作模式：启动加载模式和下载模式9.make项目管理器10.makefileMakefile 文件 Makefile 一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile 定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作

19、，因为 makefile 就像一个 Shell 脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。简答题：（1）采用 RISC 架构的 ARM 微处理器一般具有如下特点：a. 体积小、低功耗、低成本、高性能b. 支持 Thumb(16 位)/ARM(32 位)双指令集，能很好的兼容 8 位/16 位器件c. 大量使用寄存器，指令执行速度快d. 大多数数据操作都在寄存器中完成e. 寻址方式灵活简单，执行效率高f. 采用固定长度的指令格式( 2 )Boot Loader 的阶段 1 通常包括以下步骤a. 硬件设备初始化b. 为加载 Boot Loader 的阶段 2 准备 RAM 空间c. 复制 Boot

20、Loader 的阶段 2 到 RAM 空间中d. 设置好堆栈e. 跳转到阶段 2 的 C 入口点Boot Loader 的阶段 2 通常包括一下步骤a. 初始化本阶段要使用到的硬件步骤b. 检测系统内存映射(memory map)c. 将 kernel 映像和根文件系统映像从 Flash 读到 RAM 空间中d. 为内核设置启动参数e. 调用内核( 3 )Linux 进程调度由函数 schedule()实现，其基本流程可以概括为 5 步：a. 清理当前运行中的进程b. 选择下一个投入运行的进程c. 设置新进程的运行环境d. 执行进程上下文切换e. 后期整理( 4 )Linux 内核移植大致可以

21、归纳成以下几个步骤：a. 建立交叉编译环境b. 制作 Boot Loaderc. 修改和编译内核d. 制作文件系统e. 编写应用程序( 5 )使用 BusyBox 构建根文件系统a. 解压 BusyBoxb. 编译 BusyBoxc. 配置文件系统d. 制作 JFFS2 文件映像综合设计题：设计和实现一个 KEDbreak;return 0;/注册函数struct file_operations lednkey_fops = open: lednkey_open,read: lednkey_read,write: lednkey_write,ioctl: lednkey_ioctl,relea

22、se: lednkey_release,;/模块的注册和注销函数static int _init xsbase255_keypad_init(void) int result;result = register_chrdev(LEDnKEY_MAJOR,“lednkey“,printk(“%s %s initialized.n“,KEYPAD_NAME,KEYPAD_VERSION);led_off_on();return 0;static void _exit xsbase255_keypad_exit(void) unregister_chrdev(LEDnKEY_MAJOR,“lednkey“);led_off_on();module_init(xsbase255_keypad_init);module_exit(xsbase255_keypad_exit);