嵌入式系统开发基础————基于ARM微处理器和Linux操作系统课后习题答案 滕英岩.doc

### 嵌入式系统开发基础知识点解析 #### 1. 什么是嵌入式系统？ 嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它以特定的应用需求为中心，基于计算机技术为基础，并且其软硬件可以根据具体的应用需求进行裁剪和配置。与通用计算机系统相比，嵌入式系统对功能、可靠性、成本、体积以及功耗等方面有着更为严格的要求。 **举例说明**： - **汽车电子控制系统**：例如车辆中的ABS（防抱死制动系统）、发动机管理系统等。 - **智能家居设备**：如智能冰箱、智能空调等。 - **移动设备**：如智能手机、平板电脑等。 #### 2. 嵌入式系统与普通计算机系统的区别 | 对比项目 | 嵌入式系统 | 普通计算机系统 | | --- | --- | --- | | **引导代码** | BootLoader，根据不同硬件平台进行定制化 | 主板BIOS引导 | | **操作系统** | Windows CE、VxWorks、Linux等，需要根据硬件平台进行移植 | Windows、Linux，通常无需特别移植 | | **驱动程序** | 需要针对具体的硬件平台进行开发 | 大多数常见设备的驱动已经内置在操作系统中 | | **开发环境** | 通常需要借助服务器进行交叉编译 | 可以直接在本地机器上进行开发和调试 | | **仿真器** | 开发过程中通常需要使用仿真器辅助调试 | 一般不需要仿真器 | #### 3. 嵌入式系统的构成 - **微处理器**：嵌入式系统的控制核心，如ARM微处理器。 - **外围电路**：包括嵌入式系统的内存、输入输出端口、复位电路、电源管理等硬件组件。 - **硬件外设**：如USB接口、LCD显示器、键盘等。 - **设备驱动接口**：负责嵌入式系统与硬件外设之间的信息交互。 - **实时操作系统**：包括与硬件相关的底层软件、系统内核、设备驱动、通信协议、图形界面等。 - **可编程应用接口**：为开发人员提供各种编程接口库，方便编写应用程序。 - **库软件与应用软件**：根据实际应用场景开发的具体应用软件。 #### 4. ARM微处理器寄存器介绍 - **R13（SP）**：堆栈指针，在Thumb指令集中强制作为堆栈指针。 - **R14（LR）**：程序链接寄存器，用于保存子程序调用或异常处理返回时的程序返回地址。 - **R15（PC）**：程序计数器，指示下一条将要执行的指令地址。 - **CPSR**：程序状态寄存器，包含条件标志位、中断标志位、当前处理器模式等状态和控制位。 - **SPSR**：备份程序状态寄存器，在异常处理过程中用于保存被中断处理程序的执行现场和处理器状态。 #### 5. ARM处理器异常类型 - **复位异常**：系统启动时触发。 - **未定义指令异常**：处理器遇到未定义指令时触发。 - **软件中断**：可在用户模式下调用特权操作。 - **预取中止异常**：处理器预取指令失败时触发。 - **数据访问中止异常**：访问非法数据地址时触发。 - **外部中断**：由外部中断信号触发。 - **快速外部中断**：由快速外部中断信号触发。 #### 6. ARM汇编语言编程示例 通过给出的部分代码示例，我们可以了解如何在ARM汇编语言中实现简单的数据读取和处理： ```assembly AREASWITCH, CODE, READONLY ENTRY ANDR2, R0, 0x3 ; R2 获取 R0 的低两位 MOVR2, R2, LSL #30 ; 将 R2 的值左移 30 位 BICR0, R0, 0x3 ; 清除 R0 的低两位 ANDR3, R1, 0xC0000000 ; R3 获取 R1 的高两位 MOVR3, R3, LSR #30 ; 将 R3 的值右移 30 位 BICR1, R1, 0xC0000000 ; 清除 R1 的高两位 ORRR0, R0, R3 ; 将 R3 的值合并到 R0 的低两位 ORRR1, R1, R2 ; 将 R2 的值合并到 R1 的高两位 END ``` 这段代码展示了如何通过位操作来改变寄存器中的某些比特位，这对于嵌入式系统中的硬件控制非常有用。 #### 7. 嵌入式操作系统的特点 - **实时性**：支持快速且确定性的上下文切换。 - **可裁剪性**：支持动态链接和模块卸载，满足特定功能需求。 - **中断处理能力**：能高效处理中断和异常。 - **浮点支持**：提供优化的浮点运算支持。 - **内存管理**：支持动态内存管理机制。 嵌入式系统是一门综合性的学科，涉及硬件设计、软件开发等多个方面。掌握嵌入式系统的原理和技术对于从事相关领域的工作至关重要。