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嵌入式系统原理与应用复习知识点总结

第一章1、嵌入式系统的应用范围:军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制。

2、嵌入式系统定义:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件与硬件可裁剪,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。

(嵌入式的三要素:嵌入型、专用性与计算机系统)。

3、嵌入式系统的特点:1)专用性强;2)实时约束;3)RTOS;4)高可靠性;5)低功耗;6)专用的开发工具和开发环境;7)系统精简;4、嵌入式系统的组成:(1)处理器:MCU、MPU、DSP、SOC;(2)外围接口及设备:存储器、通信接口、I/O 接口、输入输出设备、电源等;(3)嵌入式操作系统:windows CE、UCLinux、Vxworks、UC/OS;(4)应用软件:Bootloader5、嵌入式系统的硬件:嵌入式微处理器(MCU、MPU、DSP、SOC),外围电路,外部设备;嵌入式系统的软件:无操作系统(NOSES),小型操作系统软件(SOSE)S,大型操作系统软件(LOSES)注:ARM 处理器三大部件:ALU、控制器、寄存器。

6、嵌入式处理器特点:(1)实时多任务;(2)结构可扩展;(3)很强的存储区保护功能;(4)低功耗;7、DSP处理器两种工作方式:(1)经过单片机的DSP可单独构成处理器;(2)作为协处理器,具有单片机功能和数字处理功能;第二章1、IP核分类:软核、固核、硬核;2、ARM 处理器系列:(1)ARM7系列(三级流水,thumb 指令集,ARM7TDMI);(2)ARM9系列(DSP处理能力,ARM920T)(3)ARM/OE(增强DSP)(4)SecurCone 系列(提供解密安全方案);(5)StrongARM系列(Zntle 产权);(6)XScale系列(Intel 产权);(7)Cortex 系列(A:性能密集型;R:要求实时性;M:要求低成本)3、ARM 系列的变量后缀:(1)T:thumb 指令集;(2)D:JTAG调试器;(3)快速乘法器;(4)E:增强DSP指令;(5)J:Jave加速器4、ARM{X}{Y}{Z}{T}{D}{M}{I}{E}{J}{F}{S}—:x系列号,y—内部存储管理和保护单元,Z—含有高速缓存。

5、CISC(x86):(1)具有大量的指令和寻址方式(300~500条);(2)8/2 原则:80%的程序只用20%的指令;(3)大多说程序只使用少量指令就能运行;6、处理器核的性能指标:(1)冯诺依曼vs哈佛;(2)CISCvs RISC(3)流水线结构;(4)超标量执行;(5)高速缓存;7、流水线(所有的ARM 处理器):每个时钟脉冲都接收下一条处理数据的指令,只是不同部分做不同的事情,提高系统处理速度和效率;ARM7—3 级流水线,PC=LR-;4ARM9—5 级流水线PC=LR-4*3;ARM10—6 级;ARM—8 级;Cortex—8 级;8、4 种异常:中断、陷阱、故障、终止;9、ARM 处理器的7 种工作模式:(1)用户态USR;(2)快中断FIQ;(3)中断IRQ;(4)管理态SVC(; 5)终止态ABT;(6)未定义UND;(7)系统SYS;10.ARM的两种工作状态:(1)ARM 状态---32 位ARM 指令集,字对齐取指(2)Thumb 状态---16 位Thumb 指令集,半字对齐取指。

11.ARM寄存器:37 个寄存器,其中31 个通用寄存器,6 个状态寄存器,寄存器位32 位寄存器。

影子寄存器:是为处理器的不同工作模式配备的专用物理寄存器,在异常模式下,它们将代替用户或者系统模式下使用的部分寄存器。

(1)SP—堆栈指针R13(2)LR—链接寄存器R14(3)PC—程序计数器R15(当前取指指令地址)状态寄存器:(1)保存ALU 当前操作信息(2)控制允许和禁指中止(3)设置处理器操作模式。

标志位:(1)N—结果为负数,N=1(2)Z—结果为0,Z=1(3)C—加法进位C=1,减法置错位C=0(4)V—带符号溢出,V=1(5)I—I=1 禁止IRQ中断(6)F—F=1 禁止FIQ中断(7)T=0—ARM 执行;T=1,Thumb 执行。

12.ARM存储器数据类型:8 位字节(Java加速器);16 位字节(Thumb 处理器);32 位字节(ARM 处理器);13.大端序:高字节—低地址;小端序:高字节—高地址。

14.ARM的存储体系(1)片内存储器:寄存器,片上cache,FIFO,TCM(可控),片内SRAM(2)片外存储器:主存储器(片外DRAM、SDRAM),外部存储器,后备存储器。

15.存储管理单元MMU 的作用:(1)虚拟存储空间到物理存储空间的映射(2)存储器保护功能(3)设置虚拟存储空间的缓冲特性。

16、Cache:cache是位于主存储器和cpu 之间的一块高速存储器(高速可控)统一cache:冯诺伊曼结构中指令和数据存放在一起,统一编址。

分离cache:哈佛结构中,指令和数据存放各存储体,分开编址。

逻辑cache:cache放在处理器内核与MMU 之间。

逻辑cache在序列地址空间存储数据,处理器可以直接通过逻辑cache访问数据,而无需通过MMU 。

物理cache:cache放在MMU 和物理存储器之间。

物理cache使用物理地址存储数据,当处理器访问存储器时,MMU 必须先把虚拟地址转换为物理地址,cache 才能向内核提供数据。

Cache地址映射方法:直接映射(电路简单效率低),全相联映射(适合小cache),组想联映射。

17.FCSE快- 速上下文切换扩展:是硬件电路,加快进程切换速度,减小切换开销2 写缓存区改善了cache的性能18.FIFO-写缓存区(容量很小):位于处理核与主存之间 1 当Cpu输出数据时,若总线恰好被占用而无法输出时,那么Cpu可以把数据写入写缓存区。

当总线上没有比写缓存区优先级更高的掌控者时,写缓存区可以通过总线将数据写入内存2.19.哈佛结构在ARM 中的具体实现方式:1.程序指令和数据分别存储,分开编址;23.哈佛结构的数据Cache和指令Cache是分开的,各有一套地址和数据总线,使取指和取数据同时进行。

20.筒形移位寄存器;ARM 处理器内部有筒形移位寄存器,可以进行移位操作。

21.看门狗定时器WDG:引导嵌入式微处理器脱离死锁工作状态。

22.边界对准:指处理器一次性的或者周期性的读写内存的起始地址。

提高数据传输速度,加快访问速度,简化了编译器设计,优化了程序代码。

23.AMBA总线:AHB-高性能片上总线;APB-先进外围片上总线16.I/O 地址空间编址方法:1)独立编址法(8086),需要设置I/O 指令;2)统一编址法(ARM)(3)混合编址第三章19.ARM的指令集包括六类指令:分支指令,数据处理指令,状态寄存器存取指令,数据存取指令,协处理器指令,异常处理指令。

3.ARM 指令集和Thumb 指令集具有两个共同点,一是他们都有较多的寄存器,可以用于多种用途;而是对存储的访问只能通过Load/store 指令进行。

4.正交指令集具有如下特征(1)指令集中的绝大多数指令长度相同(2)指令的操作码和操作数寻址字段的长度相对稳定。

(3)在寻址字段中,所有寄存器的寻址都可以替换。

5.ARM 处理器有三个指令集:32 位的ARM 指令集,16 位的Thumb 指令集和8 位的Jazelle指令集。

6.多寄存器传送指令的优点:在数据块操作,上下文切换,栈操作方面比单寄存器传送指令效率更高,但缺点是增加了中断延迟。

7.简述ARM 进入异常时处理器的响应,退出异常时需要执行哪些操作,处理器响应(1)将CPSR的内容保存到将要执行的异常中断模式的SPSR中(2)设置当前程序状态寄存器CPSR中的模式字段位(3)将异常发生时程序的下一条指令地址保存到新的异常模式的R14寄存器中(4)强制对程序计数器赋值,使程序从异常所对应的向量地址开始执行中断服务子程序。

退出异常时操作如下:(1)所有修改过的用户寄存器必须从处理程序的保护栈中恢复(2)恢复被中断程序在被中断时刻的CPSR寄存器(3)返回到发生异常中断的指令位置或者异常中断的下一条指令处执行。

(4)清除CPSR中的中断禁止标志位。

8. ARM指令集有何特点(1)ARM 指令集都是32 位的(2)ARM 指令集都采用Load-store 架构(3)所有指令都可以条件执行9.简述ARM 指令有几种寻址方式寄存器寻址,立即数寻址,寄存器移位寻址,寄存器间接寻址,基址寻址,多寄存器寻址,栈寻址,块拷贝寻址,相对寻址。

17.处理器进入管理模式(1)保存指令地址(2)SPSR_mode=CPS(R2)设置CPSR (模式,中断,状态)(3)R14=PC(保存返回地址)(4)PC=异常入口地址11.ARM 从异常中断返回过程:(1)从SPSR恢复CPSR(2)从LR恢复PC(3)出栈20.汇编方法:(1)内嵌汇编(2)汇编和C变量回访(3)汇编和C相互调用第四章10.嵌入式系统常用的半导体存储器:1)ROM:容量小,只读,非易失——用作BootLoader 载体;2)SRAM:容量较大,储存密度低,读写快;3)DRAM:密度高,读写快,成本低,2ms 刷新一次;4)SDRAM:密度高,容量8~512MB,R/M 与CPU一致,成本低,——用作外部存储器;5)Flash:大容量,中低密度,集成度高,成本低,速度快——用作外部存储器。

2、存储器的性能指标:易失性、只读性、位容量、速度、功耗、可靠性、价格。

3、Nor Flash和Nand Flash的技术特点:共同特点——先擦除Nor Flash :1)32M 以下,可擦写10 万次;2)以“字节”为单位;3)可以做到芯片内执行;4)读取速度快;5)与处理器总线连接Nand Flash:1)32M 以下,可擦写100 万次;2)以“页”为单位;3)不能芯片内执行;4)写速度快;5)I/O 连接方式;4、I^2 总线:1)同步串行总线;2)连接MCU 和外设ADC,LED等;3)双向两线结构;4)适合近距离非常性数据通信;5)主从、多主分布通信网络。

SPI总线:1)同步串行接口;2)连接MCU 和外设;3)4线;4)主从分布式通信网络;CAN总线:1)串行现场总线;2)应用与汽车电子;3)CAN控制器集成在SOC 内部;20.UART的主要功能有:(1)可进行传输波特率设定(2)将接收到的串行数据变换为主机内部的并行数据(3)把机内并行数据转换为输出串行数据(4)设定数据传输的帧格式(5)对输入输出的串行数据流进行奇偶校验处理,以及进行数据收发,缓冲处理等。

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