嵌入式期末考试试卷.pdf

【嵌入式系统基础知识】 嵌入式系统是以微处理器为核心，集成了硬件和软件的专用系统，广泛应用于各个领域。ARM处理器是嵌入式系统中常见的CPU架构，它具有七种工作模式，包括用户模式（非特权模式）和其他特权模式如系统模式、中断模式等。ARM处理器有两种总线架构：冯·诺依曼结构（数据和指令共享同一接口）和哈佛结构（数据和指令使用不同接口）。在复位后，ARM处理器通常会进入Supervisor模式，PC（程序计数器）地址初始化为0x0。 ARM处理器支持虚拟内存管理，这主要通过系统控制协处理器CP15和MMU（存储管理单元）实现。当发生异常时，MMU能够进行页面交换以保证程序的正常执行。ARM拥有两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集，处理器的状态寄存器CPSR中的T位可以反映当前运行的指令集状态。R15寄存器作为PC，R13常被用作堆栈指针SP。 在编程时，数据和代码可以以小端对齐或大端对齐的方式存储。嵌入式系统开发环境的构建通常涉及GNU工具链（开源）和ADS工具链（由ARM公司提供）。ARM处理器属于RISC（精简指令集计算）架构，其指令长度是固定的。 【嵌入式操作系统】 常见的嵌入式操作系统包括Windows CE/Windows Mobile、VxWorks、Linux、uCos、Symbian和QNX等。在ARM系统中，有四种堆栈类型，而ATPCS（ARM Thumb Procedure Call Standard）编程规范通常使用下降堆栈（FD）。 【Boot Loader的作用】 Boot Loader是嵌入式系统启动时首先运行的程序，负责初始化硬件，建立内存映射，以及为操作系统内核加载做好准备。 【开发环境与通信接口】 在建立嵌入式开发环境时，常用RS-232、以太网口或并口作为通信接口。Windows主机上，可使用超级终端软件；在Linux主机上，通常使用Minicom。开发环境主要包括宿主机、目标机、JTAG接口、交叉编译器、链接器及开发工具链。 【函数参数传递】 在基于ARM的嵌入式系统软件开发中，函数参数通过R0到R3寄存器传递，超过四个参数则通过堆栈传递。例如，函数`do_something`的参数arg1至arg4分别通过R0、R1、R2和R3传递。 【ARM指令示例】 1. ARM指令`ADD R1, R2, R2, LSL #1`完成r1 = r2 * 3的操作。 2. 指令`BIC R0, R1, R2, LSL #1`执行后，R0=21H，R1=23H。 3. 指令`STMIA r12!, {r0-r11}`的功能是将R0至R11的寄存器数据存储到以R12为起始地址的内存中，地址在操作后递增。 4. ARM汇编程序示例（循环累加队列直到遇到零值）： ``` AREA total, CODE, READONLY ENTRY start MOV R4, #0 ; 初始化累加器R4为0 loop: LDR R0, [myarray], #4 ; 从队列中加载一个元素并更新地址 ADDS R4, R4, R0 ; 累加R4 CMP R0, #0 ; 检查元素是否为零 BNE loop ; 如果不为零，继续循环 BX LR ; 返回 END ``` 以上内容涵盖了嵌入式系统中的ARM处理器工作模式、总线架构、虚拟内存管理、开发环境构建、操作系统、Boot Loader、通信接口、函数参数传递、ARM指令及其应用，以及简单的汇编程序编写。这些知识点对于理解和开发基于ARM的嵌入式系统至关重要。