本文為嵌入式課程期末復習，僅供參考，所用課本：嵌入式Linux操作系統（李建祥著）。

第一章

1.1 簡述嵌入式微處理器數據存儲格式的大，小端模式。

大端模式是指數據的高字節保存在內存的低地址中，而數據的低字節保存在內存的高地址中。

小端模式則是指數據的高字節保存在內存的高地址中，而數據的低字節保存在內存的低地址中。

1.2 Cortex-A8 處理器主要由哪 5 部分組成？

（1）處理器核心：負責執行指令和數據處理，支持多種指令集，能夠高效地執行各種計算任務。

（2）內存管理單元（MMU）：處理器中負責內存管理的部分，提供了虛擬內存到物理內存的映射功能。通過 MMU，Cortex-A8 可以實現內存保護、地址轉換以及多任務之間的內存隔離。

（3）高速緩存：Cortex-A8 通常配備了一級（L1）和二級（L2）高速緩存，用于存儲處理器經常訪問的數據和指令。可以提高處理器的性能，減少訪問主存的延遲。

（4）浮點單元（FPU）：專門用于執行浮點運算的硬件部分，使得處理器在處理復雜數學運算和圖形處理等方面具有出色的性能。

（5）外設接口：用于連接各種外部設備。

1.3 寫出 R 寄存器組中 r13、r14、r15 的名稱和作用。

(1) r13（堆棧指針寄存器SP），用于指向當前堆棧的頂部。

(2) r14（鏈接寄存器LR），用于存儲子程序返回主程序的鏈接地址。當處理器執行調用指令（如BL）時，r14 用于存儲了程序計數器 PC的備份，供子程序的返回主程序。

(3) r15（程序計數器PC），指向當前的程序地址。PC 的值決定了 CPU接下來要執行的指令的地址。在ARM 體系結構中，由于采用了多級流水線技術，PC總是指向當前指令的下兩條指令的地址。

1.4 簡述 Cortex-A8 處理器的 8 種工作模式。

(1) 用戶模式：正常程序執行的模式，大多數應用程序代碼都在此模式下運行。該模式為非特權模式，限制內存的直接訪問和通過物理地址對硬件設備進行讀寫操作。

(2) 系統模式：使用與用戶模式相同的寄存器組，但擁有特權級操作系統任務

的執行能力，允許訪問硬件資源和執行特權操作。

(3) 管理模式：操作系統使用的保護模式，通常系統復位或軟件中斷時進入此模式。

(4) 中斷模式：當低優先級中斷發生時進入此模式，常用于處理普通的外部中斷。

(5) 快速中斷模式：當高優先級中斷發生時進入此模式，用于高速數據傳輸和通道處理。

(6) 數據訪問中止模式：當存取異常（如無效的內存訪問）發生時進入此模式。

(7) 未定義指令中止模式：當執行未定義指令時進入此模式，用于支持硬件協處理器的軟件仿真。

(8) 監控模式：可在安全模式與非安全模式之間進行轉換。

除用戶模式外，其余模式都屬于特權模式，該模式下可以訪問所有的系統資源。

1.5 如何確定系統出于哪種操作模式？

使用mrs命令將cpsr寄存器中的值讀取出來，比較其模式位M[4:0]的值判斷當前所處模式。

1.6 簡述 Cortex-A8 處理器的 CPSR 寄存器各功能位名稱和功能定義

(1) 條件標志位：

N負數或小于標志位：N=1表示運行結果為負數。

Z零標志位：Z=1表示運算結果為零。

C進位/借位標志位：加法運算中，若結果產生了進位，C=1，減法運算中，若發生借位，C=0。

V溢出標志位：V=1，表示兩個有符號數相加結果溢出。

Q 標識位：若執行乘法和分數算術運算指令時，發生溢出，則Q被置為1。

(2) 狀態控制位：

IT：條件語句執行控制位。

J：T=1時，依據J位決定處理器的工作狀態。

E：決定數據的端模式（大端/小端）。

(3) 控制位：

I：IRQ 中斷禁止位。I=1 時，禁止 IRQ 中斷，反之允許。

F：FIQ 中斷禁止位。F=1 時，禁止 FIQ 中斷，反之允許。

T：Thumb 狀態位。決定處理器的工作狀態。

M[4:0]：工作模式位。用于決定當前處理器的工作模式。

第二章

2.1 舉例說明 ARM 匯編指令所支持的尋址方式。

(1) 立即數尋址：立即數作為操作數在指令中給出SUB R0, R1, #1

(2) 寄存器尋址：操作數存放在寄存器中，指令執行時直接取出寄存器值來操作。MOV R1, R2

(3) 寄存器間接尋址：操作數保存在寄存器指定地址的存儲單元中。LDR R1, [R2]

(4) 寄存器移位尋址：寄存器尋址得到的操作數再進行移位得到最終的操作數。MOV R0, R2, LSL #3

(5) 基址尋址：基址寄存器中的值與指令中的偏移地址量相加，形成操作數的有效地址。LDR R2, [R3, #0x5]

(6) 相對尋址：將程序計數器作為基址寄存器，指令中的標號作為地址偏移量，兩者相加得到操作數存放地址。B process

(7) 多寄存器尋址：一條指令可以完成多個寄存器值的傳送。LDMIA R1, {R2-R4, R5}

補充：IA每次傳送后地址加4，DA減4(I increment A after D decrement)

????IB每次傳送前地址加4，DB減4(B before)

? ? FA滿遞增堆棧，FB滿遞減堆棧(F full)

? ? EA空遞增堆棧，EB空遞減堆棧(E empty)

(8) 塊拷貝尋址：可實現數據塊的復制。LDMIA R0 {R1-R5}

(9) 堆棧尋址：用于數據棧與寄存器組之間的批量數據傳輸。LDMFD R13！，{R0,R1,R2,R3,R4}

R13為堆棧指針，此指令將R0-R4依次壓入堆棧中

2.2 ARM GNU匯編

2.2.1 相對跳轉指令 b 和 bl

bl 指令除了跳轉之外，還將返回地址（bl 指令下面一條指令的地址）保存在lr寄存器中。?b 和 bl 指令只能實現±32MB 空間的跳轉，并且是位置無關指令。

2.2.2 數據傳送指令 mov 和偽指令 ldr

mov 指令可以把一個立即數或寄存器的值（這里不能是內存地址）賦給另一個寄存器， mov 指令限制了立即數的長度為 8 位。

mov r1, r2 /* r2 中的內容賦給 r1 */mov r1,#0xFF /* r1=0xFF */

ldr 指令即是加載指令（內存訪問指令），也是偽指令，作為加載指令時，可以把一個寄存器內的數據加載到另一個寄存器，或內存地址里的數據加載到寄存器中。作為偽指令時，可以在立即數前面加一個等號“=”，以表示把一個地址寫到寄存器中去。

對于 ldr 偽指令的第二個參數沒有范圍的限制，如果立即數的長度不超過 8 位時，編譯器會自動轉換為 mov 指令。

ldr r1, =100 /* r1=100，系統會自動用 mov 指令代替?*/ldr r1, =0x12345678 /* r1=0x12345678 */ldr r1, 0x12345678 /* 將 0x12345678 地址處的值賦給 r1 寄存器*/

2.2.3 內存訪問指令 ldr、str、ldm、stm

str 是內存訪問指令，它的功能與 ldr 相反，它是把數據存到內存中去。

ldr r1, [r2 + 4] /* 將地址為 r2+4 的內存單元數據讀取到 r1 寄存器?*/str r1, [r2 + 4] /* 將 r1 寄存器的內容保存到地址為 r2+4 的內存單元中?*/

ldm 和 stm 屬于批量內存加載和存儲指令，可以實現在一組寄存器和一塊連續的內存單元之間傳輸數據。語法格式如下：?

ldm{cond}< mode> {!} {^} stm{cond}< mode> {!} {^}

2.2.4 加減指令 add、sub

1）add 寄存器，數據?add r1, 8 /* r1=r1+8 */

2）add 寄存器，寄存器?add r1, r2 /* r1=r1+r2 */

3）add 寄存器，內存單元?add r1, [0x12345678] /* r1 等于 r1 寄存器的值加內存 0x12345678 中的值?*/

4）add 內存單元，寄存器?add [0x12345678], r1 /* 內存 0x12345678 中的值加 r1 再寫回到 0x12345678 中*/

sub類似

2.2.5 位操作指令 bic、orr

bic 為位清除指令，bic {cond}{S} 目的寄存器，操作數 1，操作數 2

用途：清除操作數 1 的某些位（操作數 2 指定），并把結果寫到目的寄存器中。

例如：?bic r0, r0, 0x1f //將 r0 的 bit[4:0]

位清零?orr 指令用法與 bic 類似，它是把操作數 1 指定的位（操作數 2）置1。

2.2.6 程序狀態寄存器訪問指令 msr、mrs

msr 和 mrs 用來對程序狀態寄存器 cpsr 和 spsr 進行讀寫操作。

msr cpsr, r1 /* 將 r1 中的內容寫回到 cpsr */

mrs r1, cpsr /* 讀取 cpsr 到 r1 */

補充記憶：s-status狀態寄存器 r-通用寄存器，所以msr是將通用寄存器的值寫入狀態寄存器，mrs是將狀態寄存器的值讀取到通用寄存器中。

第三章

3.1 簡述 S5PV210 芯片功能。

(1) 核心架構：采用了 ARM Cortex-A8 內核，基于 ARM V7 指令集，主頻可達 1GHZ，具有 64/32 位內部總線結構，以及 32/32KB 的數據/指令一級緩存和 512KB 的二級緩存。

(2)?圖形處理能力：內建高性能3D 圖形引擎和 2D 圖形引擎，支持 2D/3D圖形加速。

(3)?視頻編解碼能力：內建 MFC，支持多種格式視頻的編解碼，以及模擬/數字 TV 輸出。

(4) 圖像處理：JPEG 硬件編解碼，最大支持 8000x8000 分辨率的圖像處理。

(5) 存儲和接口：存儲控制器支持多種類型的 RAM。Flash 支持 Nandflash、Norflash、OneNand 等。接口豐富。

(6) 高清輸出：內建的 HDMI v1.3 接口，可以將高清視頻輸出到外部顯示器上。

(7) 功耗和性能優化：提供了多種電源管理和功耗優化技術，確保高性能低功耗。

3.2 簡述 S5PV210 上電復位后的啟動過程。

(1)處理器上電后，首先進入復位狀態并開始初始化。

(2)執行iROM中的固化代碼，即 BL0。

(3)執行 BL0，加載bootloader到片內SRAM中， 即BL1，并跳轉到BL1中執行。

(4)執行BL1，加載bootloader剩余部分到SRAM中，即BL2并跳轉到BL2中執行。

(5)執行BL2初始化DRAM控制器，并加載操作系統到SRAM中。

(6)處理器跳轉到操作系統的起始地址，開始運行操作系統。

3.3?BL0啟動序列

(1)禁止看門狗

(2)初始化指令緩存

(3)初始化棧、堆

(4)初始化塊設備復制函數

(5)初始化PLL（鎖相環）及設置系統時鐘

(6)根據OM引腳設置，從相應設置中復制BL1前16KB字節到片內SRAM的0xD0020000地址，并檢查BL1的checknum信息，若檢查失敗，將自動嘗試第二次啟動

(7)檢查是否安全模式啟動，是則驗證BL1的完整性

(8)跳轉到BL1起始地址處

第四章

4.1 常用u_boot命令

Help：查看當前u_boot的所有可用命令

Bdinfo：顯示開發板配置信息

Cmp：比較兩塊存儲單元的值

Tftp：通過tftp協議從網絡下載文件到指定內存地址

Ping：測試網絡連通性

Printenv：打印當前環境變量及其值

Setenv：設置環境變量

Saveenv：保存環境變量

Version：查看當前u_boot版本信息

Reboot：重啟

???????4.2?寫出 U-Boot 兩種工作模式的作用。

(1) 啟動加載模式是應用系統的正常工作模式，該模式自動將嵌入式操作系統從FLASH 中加載到 SDRAM 中運行，無需用戶介入。

(2) 下載模式允許 Bootloader 通過某些通信手段將內核映像或根文件系統映像等從 PC 機中下載到目標板的 FLASH 中。通常用于開發階段，目標機中的u_boot會向終端提供一個簡單的命令行接口。

第五章

嵌入式系統開發環境主要由哪兩部分構成？

(1) 宿主機指PC或筆記本電腦，用于搭建交叉編譯環境，編譯用于目標機的系統內核和應用程序。

(2) 目標機指量身定制的一個嵌入式專用平臺，用于系統內核和應用程序的測試與運行。

六、其余補充內容

6.1?Flash閃存

Flash閃存是一種非易失性存儲器，即供電電源關閉后仍能保存片內信息不丟失。常用的閃存主要有Nor和Nand兩類。

（1）接口方面，Nor Flash帶有通用的SRAM接口，支持隨機訪問。而Nand Flash的接口是相對復雜的I/O接口串行的存取數據，需要先發出命令，然后發出相應的地址，最后讀/寫數據。

（2）容量與成本方面，Nor Flash的容量相比Nand Flash小很多，價格高很多。

（3）可靠性方面，Nor Flash上不存在壞塊，而Nand Flash在使用前要進行壞塊掃描，且flash的位翻轉現象的出現頻率較高，在文件存儲時容易導致信息出錯。

（4）使用壽命方面，Nand Flash一個塊最大擦寫次數可達百萬次，而Nor Flash只有十萬次左右。

（5）讀寫速度方面Nand Flash擦除簡單，而Nor Flash擦除前需要先將目標塊內的值先寫為1，且Nor Flash的塊較大，擦除時間較長。

???????U盤常用的存儲器是Nand Flash

U盤常用的存儲器是非易失性存儲器Nand Flash，然后回答它相比與Nor Flash的優點。

6.2 ???????如何理解嵌入式系統？結合應用談談自己的理解

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統，對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有著嚴格要求的專用計算機系統。

6.3 ???????嵌入式系統的特點

（1）軟硬件可裁剪

（2）體積小、低功耗、低成本，高可靠性、高穩定性

（3）實時性和交互性強

（4）對開發環境和人員有一定要求???????

6.4 ???????S5PV210提供幾個32位的定時器，哪幾個具備PWM功能？

S5PV210提供5個32位定時器，其中定時器0、1、2、3具備PWM功能，定時器4沒有輸出引腳，定時器還具有死區寄存器。

6.5 ???????以定時器0為例，說說PWM定時器工作過程

(1)設置預分頻器和時鐘分頻器值

(2)設置TCNTBn定時器初值和TCMPBn比較值，配置TCON寄存器開啟定時器，在使能手動更新后，TCNTNBn和TCMPBn的值自動裝入定時器內部的TCNTn和TCMPn寄存器

(3)TCNTn開始減一計數，直到和TCMPn的值相等時，在使能自動反轉功能后，TOUTn的輸出引腳信號反轉

(4)TCNTn繼續進行減一操作，直到減到0。如果使能中斷功能，則觸發相應的中斷，跳轉到相應的中斷服務子程序中執行

(5)如果使能自動加載，則TCNTn的值減到0后，會進行自動重裝并開始下一次定時操作。若為手動加載，則定時器停止定時。直到裝入初值和比較值，會在執行完當前周期后，在下一次時鐘周期開始定時操作

???????6.6?嵌入式設備文件分為哪三類？

(1)字符設備，能夠像字節流一樣訪問的設備，比如文件、串口

(2)塊設備，數據以塊的形式存放，比如Nand Flash

(3)網絡接口，同時具有字符設備和塊設備的部分特點

七、實驗部分

7.1 ???????Linux交叉編譯環境的制作過程

(1)下載交叉編譯工具鏈arm-linux-gcc，并進行解壓

(2)啟用32位架構，安裝32位依賴庫

(3)配置環境變量，并確保其生效

(4)輸入arm-linux-gcc -v命令，若正確輸出版本號，則安裝配置成功

7.2 ???????U_Boot移植過程

根據開發板需求從?U-Boot 的官網下載對應的源碼，并準備一個容量足夠且無重要數據的sd卡，將其格式化為 FAT32 文件系統。

在boards.cfg中添加單板硬件信息，創建板級目錄和配置文件，配置相關的硬件相關驅動

執行make <board>_config命令，自動生成配置文件和架構符號鏈接

通過make命令編譯生成spl/u-boot-spl.bin和u-boot.bin，按芯片要求燒錄sd卡中（實驗中為扇區1和扇區32）

將sd卡插入到開發板上，選擇從sd卡啟動觀察現象是否正常

7.3 ???????U_Boot啟動過程

（1）BL0（iROM 階段）：iROM初始化硬件并從SD卡扇區1加載SPL到內部RAM執行；

（2）BL1（SPL 階段）：SPL初始化時鐘和DDRAM后，從SD卡扇區32加載完整U-Boot到DDRAM起始地址（0x20000000）執行；

（3）BL2（U-Boot 階段）：U-Boot完成硬件初始化后，執行重定位計算目標地址，將自身代碼從加載地址復制到目標地址，根據重定位表修正符號地址，最后跳轉到重定位后的?U-Boot 繼續執行，準備加載內核。

7.4 ???????驅動設計實驗具體過程

在Ubuntu環境下搭建交叉編譯環境，禁用系統自帶的蜂鳴器驅動以避免沖突(make menuconfig)并編譯內核源碼。

編寫驅動程序buzzer.c、驅動測試代碼test.c和對應的Makefile文件。

執行make命令編譯生成內核模塊buzzer.ko和test可執行文件，并將buzzer.ko與test可執行文件通過tftp命令、sd卡、u盤或其它方式導入開發板。

在開發板上加載好buzzer.ko文件(insmod buzzer.ko)，創建字符設備(mknod /dev/buzzer)，為test程序添加可執行權限(chmod +x ?test)并運行test(./test)，觀察蜂鳴器現象（響起）。

7.5 ???????加載設備驅動程序有幾種方法，分別如何實現？

兩種加載方式：

（1）靜態編譯加載，把驅動程序直接編譯進內核，開機自動生效，缺點是調試麻煩

（2）動態模塊加載：將驅動程序編譯為.ko模塊文件，通過insmod命令手動添加模塊(insert)，不需要時使用rmmod命令刪除（remove），便于調試，可根據需求進行內核裁剪

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