急要周立功主编<ARM嵌入式系统基础教程>课后习题答案

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第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。 答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统 嵌入式系统:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。3、什么叫嵌入式处理器?嵌入式处理器分为哪几类? 嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统?为何要使用嵌入式操作系统?是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了 32 位 CPU 的多任务潜力。 第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段?各自的具体任务是什么? 项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源;定期监控进展， 分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标;系统交接给维护人员;结清各种款项。2、为何要进行风险分析?嵌入式项目主要有哪些方面的风险?在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。需求风险;时间风险;资金风险;项目管理风险3、何谓系统规范?制定系统规范的目的是什么? 规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。4、何谓系统规划?为何要做系统规划系统规划就是拟定一个开发进程，使项目在合理的进程范围中逐渐建构完成。其目地是让客户可以进一步地掌握系统开发的进程，并确定检查点，以让双方确定项目是否如预期中的进度完成。5、为什么在项目结束前需要进行项目讨论? 项目的讨论一个项目进行的反馈机制。通过这一个程序，项目团队的经验才可以被记录 下来，也就是说，这是一个撰写项目历史的过程。 第三章1、ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么? 64 位乘法指令(带M 后缀的)、支持片上调试(带D 后缀的)、高密度 16 位的Thumb 指令机扩展(带T 后缀的)和EmbededICE 观察点硬件(带I 后缀的)2、ARM7TDMI采用几级流水线?使用何种存储器编址方式?三级流水线(取指 译码 执行);使用了冯·诺依曼(Von Neumann )结构，指令和数据共用一条32 位总线。3、ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别?处理器模式指的是处理器在执行程序时在不同时刻所处的不同状态，处理器状态指的是处理器当前所执行的指令集。4、分别列举ARM的处理器模式和状态。 状态: ARM 状态 32 位，这种状态下执行的是字方式的ARM 指令 Thumb 状态 16 位，这种状态下执行半字方式的 Thumb 指令 模式: 用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、 中止模式、未定义模式和系统模式。 5、PC和LR分别使用哪个寄存器? PC使用R15寄存器，LR使用R14寄存器6、R13寄存器的通用功能是什么? 堆栈 第四章1、基础知识(1)ARM7TDMI(-S)有几种寻址方式?LOR R1，[R0，#0x08]属于哪种寻址方式?1. 寄存器寻址;2. 立即寻址;3. 寄存器移位寻址;4. 寄存器间接寻址;5. 基址寻址;6. 多寄存器寻址;7. 堆栈寻址;8. 块拷贝寻址;9. 相对寻址;LOR R1，[R0，#0x08]属于基址寻址。(2)ARM指令的条件码有多少个?默认条件码是什么? 16条， 默认条件码是AL。(3)ARM指令中第二个操作数有哪几种形式?举例5个8位图立即数。 (1) 立即数;(2) 寄存器;(3) 寄存器及移位常数; 0x3FC(0xFF<<2)、0、0xF0000000(0xF0<<24)、200(0xC8)、0xF0000001(0x1F<<28)。(4)LDR/STR指令的偏移形式有哪4种?LDRB和LDRSB有何区别?(1) 零偏移;(2) 前索引偏移;(3) 程序相对偏移;(4) 后索引偏移。LDRB就是读出指定地址的数据并存入指定寄存器，LDRSB读出指定地址的数据，并高24位用符号位扩展，再存入指定寄存器。(5)请指出MOV指令与LDR加载指令的区别及用途。MOV 将 8 位图(pattern)立即数或寄存器(operand2)传送到目标寄存器(Rd)，可用于移位 运算等操作。读取指定地址上的存储器单元内容，执行条件AL.(6)CMP指令的操作是什么?写一个程序，判断R1的值是否大于0x30，是则将R1减去0x30。CMP 指令将寄存器Rn 的值减去operand2 的值，根据操作的结果更新CPSR 中的相应条 件标志位，以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是否执行。 CMP R1,0x30 SUBHI R1,R1,0x30(7)调用子程序是用B还是用BL指令?请写出返回子程序的指令? BL 指令用于子程序调用。 MOV PC， R14(8)请指出LDR伪指令的用法。指令格式与LDR加载指令的区别是什么?LDR 伪指令用于加载 32 位的立即数或一个地址值到指定寄存器。第二个数为地址表达式。(9)ARM状态与Thumb状态的切换指令是什么?请举例说明。 BX指令， (10)Thumb状态与ARM状态的寄存器有区别吗?Thumb指令对哪些寄存器的访问受到一定限制?Thumb状态下不能更新CPSR 中的ALU 状态标志。，Thumb指令对R8~R15寄存器访问受限。(11)Thumb指令集的堆栈入栈、出栈指令是哪两条? PUSH POP(12)Thumb指令集的BL指令转换范围为何能达到±4MB?其指令编码是怎样的?Thumb 采用两条16 位指令组合成22 位半字偏移(符号扩展为32 位)，使指令转移范围为±4MB。2 有符号和无符号加法 下面给出A 和B 的值，您可先手动计算A+B，并预测N、Z、V 和 C 标志位的值。然后修改程序清单4.1 中R0、R1 的值，将这两个值装载到这两个寄存器中(使用LDR 伪指令， 如LDR R0,=0x FFFF0000)，使其执行两个寄存器的加法操作。调试程序，每执行一次加法 操作就将标志位的状态记录下来，并将所得结果与您预先计算得出的结果相比较。如果两个 操作数看作是有符号数，如何解释所得标志位的状态?同样，如果这两个操作数看作是无符数，所得标志位又当如何理解? 0xFFFF000F 0x7FFFFFFF 67654321 (A) + 0x0000FFF1 + 0x02345678 + 23110000 (B) 结果: ( ) ( ) ( ) 3 数据访问 把下面的 C 代码转换成汇编代码。数组 a 和b 分别存放在以 0x4000 和 0x5000 为起始 地址的存储区内，类型为long(即32 位)。把编写的汇编语言进行编译连接，并进行调试。 for (i=0; i<8; i++) { a[i] = b[7-i]; } 第五章1、基础知识:(1)LPC2114可使用的外部晶振频率范围是多少(使用/不使用PLL功能时)? 晶振频率范围:1~30 MHz，若使用PLL 或ISP 功能为:10~25MHz。(2)描述一下LPC2210的PO.14、P1.20、P1.26、BOOT1和BOOT0引脚在芯片复位时分别有什么作用?并简单说明LPC2000系列ARM7微控制器的复位处理流程。 P0.14 的低电平强制片内引导装载程序复位后控制器件的操作，即进入ISP 状态。 P1.20 的低电平使 P1.25~P1.16 复位后用作跟踪端口。 P1.26 的低电平使 P1.31~P1.26 复位后用作一个调试端口。当RESET 为低时，BOOT0 与BOOT1 一同控制引导和内部操作。引脚的内部上拉确保了引脚未连接时呈现高电平。外部复位输入:当该引脚为低电平时，器件复位，I/O口和外围功能进入默认状态，处理器从地址0 开始执行程序。复位信号是具有迟滞作用的TTL 电平。(3)LPC2000系列ARM7微控制器对向量表有何要求(向量表中的保留字)?向量表所有数据32 位累加和为零(0x00000000~0x0000001C 的8 个字的机器码累加)，才能脱机运行用户程序，这是LPC2114/2124/2212/2214 的特性。(4)如何启动LPC2000系列ARM7微控制器的ISP功能?相关电路应该如何设计? (5)LPC2000系列ARM7微控制器片内Flash是多位宽度的接口?它是通过哪个功能模块来提高Flash的访问速度? 128位, 通过存储器加速模块(MAM)来提高Flash的访问速度(6)若LPC2210的BANK0存储块使用32位总线，访问BANK0时，地址线A1、A0是否有效?EMC模块中的BLSO~BLS4具有什么功能?无效,( 如果存储器组配置成 16 位宽,则不需要 A0;8 位宽的存储器组需要使用 A0 。);字节定位选择信号。(7)LPC2000系列ARM7微控制器具有引脚功能复用特性，那么如何设置某个引脚为指定功能? 通过引脚功能选择寄存器的设定来设置某个引脚为指定功能(8)设置引脚为GPIO功能时，如何控制某个引脚单独输入/输出?当前要知道某个引脚当前的输出状态时，是读取IOPIN寄存器还是读取IOSET寄存器? GPIO方向寄存器，IOPIN。(9)P0.2和P0.3口是I2C接口，当设置它们为GPIO时，是否需要外接上拉电阻才能输出高电平?(10)使用SPI主模式时，SSEL引脚是否可以作为GPIO?若不能，SSEL引脚应如何处理? 不能用作GPIO，SSEL应设这高电平，处于末激活状态。(11)LPC2114具有几个UART是符合什么标准?哪一个UART可用作ISP通信?哪一个UART具有MODEM接口? UART0，UART1;UART0用于ISP通信，UART1具有MODEM接口。(12)LPC2114具有几个32位定时器?PWM定时器是否可以作通用定时器使用? 两个32位定时器，PWM定时器不能用作通用定时器使用(13)LPC2000系列ARM7微控制器具有哪两种低耗模式?如何降低系统的功耗? 2 个低功耗模式:空闲和掉电;2、计算PLL设置值:假设有一个基于LPC2114的系统，所使用的晶振为11.0592MHZ石英晶振。请计算出最大的系统时钟(ccls)频率为多少MHZ?此时PLL的M值和P值各为多少?请列出计算公式，并编写设置PLL的程序段。3、存储器重影射:(1)LPC2210具有( 4 )种存影射模式。 ①3 ②5 ③1 ④4(2)当程序已固化到片内Flash，向量表保存在0x00000000起始处，则MAP〔1:0〕的值应该为( 2 )。 ①00 ②01 ③10 ④11(3)LPC2000系列APM7微控制器ccq重影射的目标起始地址为( )，共有( )个字。 ①0x00000000，8 ②0x40000000，8 ③0x00000000，16 ④0x7FFFE000，84、外部中断唤醒掉电设计:以下代码是初始化外部中断0，用它来唤醒掉电的LPC2114，请填空。PINSEL0=0x00000000;PINSELI = (PINSEL1&0xFFFFFFFC)|0x01; //设置I/O连接，PO.16设置为EINTOEXTMODE =0x00; //设置EINT0为电平触发模式 EXTPOLAR=0x00; //设置EINT0为低电平触发 EXTWAKE =0x01; //允许外部中断0唤醒掉电的CPUEXTINT=0x0F; //清除外部中断标识 第四章程序清单4.1寄存器相加;文件名:TESTI.S;功能:实现两个寄存器相加;说明:使用ARMulate软件仿真调试 AREA Examplel,CODE,READONLY ;声明代码段Examplel ENTRY ;标识程序入口 CODE32 ;声明32位ARM指令START MOV R0，#0 ;设置参数 MOV R1，#10LOOP BL ADD_SUB ;调用子程序ADD_SUB B LOOP ;跳转到LOOPADD_SUB ADDS R0，R0，R1 ;R0=R0+R1 MOV PC，LR ;子程序返回 END ;文件结束程序清单4.2 读取SMI立即数T_bit EQU 0x20SWI_Handler STMFD SP!，{R0_R3，R12，LR} ;现场保护 MRS R0，SPSR ;读取SPSR STMED SP!，{R0} ;保存SPSR TST R0，#T_bit ;测试T标志位 LDRNEH R0，[LR，#_2] ;若是Thumb指令，读取指令码(16位) BICNE R0，R0,，#0xFF00 ;取得Thumb指令的8位立即数 LDREQ R0，[LR，#_4] ;若是ARM指令，读取指令码(32位) BICEQ R0，R0，#0xff000000 ;取得ARM指令的24位立即数 …… LDMFD SP!，{ R0_R3，R12，PC} ;SWI异常中断返回程序清单4.3使用IRQ中断ENABLE_IRQ MRS R0，CPSR BIC R0，R0，#0x80 MSR CPSR_C，R0 MOV PC，LR程序清单4.4禁能IRQ中断DISABLE_IRQ MRS R0 CPSR ORR R0，R0，#0x80 MSR CPSR_C，R0 MOV PC，LR程序清单4.5堆栈指令初始化INTSTACK WOV R0，LR ;保存返回地址;设置管理模式堆栈 MSR CPSR_C，#0xD3 LDR SP，stacksvc;设置中断模式堆栈 MSR CPSR_C，#0xD2 LDR SP，Stacklrq …… 程序清单4.6小范围地址的加载 …… ADR R0，DISP_TAB ;加载转换表地址 LDRB R1，[R0，R2] ;使用R2作为参数，进行查表 ……DISP_TAB DCB 0xC0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90程序清单4.7中等范围地址的加载 …… ADR LR，RETURNI ADRL R1，Thumb_sub+1 BX R1RETURNI …… CODE 16Thumb_sub MOV R1，#10 ……程序清单4.8加载32位立即数 ……LDR R0，=IOPIN ;加载GPIO的寄存器IOPIN的地址LDR R1，[R0] ;读取IOPIN寄存器的值 ……LDR R0，=IOSETLDR R1，=0x00500500STR R1，[R0] ;IOSET=0x00500500 ……程序清单4.9软件延时 ……DELAYI NOP NOP NOP SUBS R1，R1，#1 BNE DELAYI ……程序清单4.10 ARM到Thumb的状态切换;文件名:TEST8.S;功能:使用BX指令切换处理器状态;说明:使用ARMulate软件仿真调试 AREA Example8，CODE，READONLY ENTRY CODE32ARM_CODE ADR R0，THUMB_CODE+1 BX R0 ;跳转并切换处理器状态 CODE16THUMB_CODE MOV R0，#10 ;R0=10 MOV R1，#20 ;R1=20 ADD R0，R1 ;R0=R0+R1 B END