1、一、嵌入式微處理器體系結構嵌入式微處理器的體系結構可以采用馮諾依曼體系結構或哈佛體系結構，指令系統可以選用精簡指令系統RISC和復雜指令集系統 CISC。1、馮諾依曼體系結構和哈佛體系結構；1馮諾依曼結構的電腦由 CPU和存儲器構成，其程序和數據共用一個存儲空間，程序 指令存儲地址和數據存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置；采用單一的地址及數據總線，程序指令和數據的寬度相同。程序計數器PC是CPU內部指示指令和數據的存儲位置的寄存器。2哈佛結構的主要特點是將程序和數據存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數據 存儲器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問。提高執行速度，提高數據

2、的吞吐率，具有較高的執行效率。2、CISC 和 RISC類別CISCRISC指令系統指令數量很多較少，通常少于100執行時間有些指令執行時間很長， 如整塊的存儲器內容拷貝； 或將多個寄存器的內容 拷貝到存貯器沒有較長執行時間的指令編碼長度編碼長度可交，1-15字節二編碼長度固定，通常為 4個字節尋址方式尋址方式多樣二簡單尋址操作可以對存儲器和寄存器 進行算術和邏輯操作只能對寄存器對行算術和邏輯操作，Load/Store體系結構編譯難以用優化編譯器生成 高效的目標代碼程序采用優化編譯技術，生成高效的目標代碼程序二、ARM狀態各模式下的寄存器1、所有的37個寄存器，分成兩大類：(1)31個通用32

3、位寄存器；(2) 6個狀態寄存器。2、R0R7為未分組的寄存器，也就是說對于任何處理器模式，這些寄存器都對應于相同的32位物理寄存器。3、寄存器R8R14為分組寄存器。它們所對應的物理寄存器取決于當前的處理器模式，幾乎所有允許使用通用寄存器的指令都允許使用分組寄存器4、寄存器R8R12有兩個分組的物理寄存器。 一個用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式， 另一個用于FIQ模式。這樣在發生 FIQ中斷后，可以加速 FIQ的處理速度5、寄存器R13、R14分別有6個分組的物理寄存器。一個用于用戶和系統模式，其余 5個 分別用于5種異常模式。三、處理器工作模式1、ARM處理器有7種工作模式； usr用

4、戶模式：ARM處理器正常程序執行模式。 fiq快速中斷模式：用于高速數據傳輸或通道處理 irq外部中斷模式：用于通用的中斷處理 svc管理模式：操作系統使用的保護模式 abt （數據訪問終止模式）：當數據或指令預取終止時進入該模式，可用于虛擬存儲及存 儲保護。 sys系統模式：運行具有特權的操作系統任務。 und未定義指令中止模式：當未定義的指令執行時進入該模式，可用于支持硬件協處理器的軟件仿真。ARM微處理器的運行模式可以通過軟件改變，也可以通過外部中斷或異常處理改變。除用戶模式以外，其余的所有 6種模式稱之為非用戶模式，或 特權模式Privileged Modes；其中除去用戶模式和系統模

5、式以外的 5種又稱為異常模式Exception Modes，常 用于處理中斷或異常，以及需要訪問受保護的系統資源等情況。2、除用戶模式外，其它模式均為特權模式。ARM內部全部系統資源和一些片內外設在硬件 設計上只允許或者可選為只允許特權模式下訪問。3、此外，特權模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。四、ARM異常處理1、當異常產生時，ARM核：1拷貝 CPSR 到 SPSR_2設置適當的 CPSR位：a.改變處理器狀態進入 ARM態b.改變處理器模式進入相應的異常模式c.設置中斷禁止位禁止相應中斷（如需要）3保存返回地址到 LR_4設置PC為相應的異常向量地址2、返回

6、時，異常處理程序需要：1從 SPSR_恢復 CPSR2從 LR_ 恢復 PC3注意：這些操作只能在 ARM態執行.五、ARM指令集1、ARM尋址方式：掌握 ARM微處理器9種尋址方式的特點。1.寄存器尋址操作數的值在寄存器中，指令中的地址碼字段給出的是寄存器編號，寄存器的內容是操 作數，指令執行時直接取出寄存器值操作。例如指令：MOVR1,R2; R1 R2SUBR0,R1,R2; R0-R1- R22.立即尋址在立即尋址指令中數據就包含在指令當中，立即尋址指令的操作碼字段后面的地址碼部分就是操作數本身，取出指令也就取出了可以立即使用的操作數也稱為立即數。立即數要以為前綴，表示 16進制數值時

7、以“ 0x”表示。例如指令：ADD R0,R0,#1; R0R0 + 1MOV R0,#0xff00; R00xff003.寄存器移位尋址寄存器移位尋址是 ARM指令集特有的尋址方式。第 2個寄存器操作數在與第 1個操 作數結合之前，先進行移位操作。例如指令：MOVR0,R2,LSL #3; R2的值左移 3位，結果放入 R0,即R0=R2 * 8ANDSR1,R1,R2,LSL R3; R2的值左移 R3位，然后和 R1相與操作，結果放入 R1可采用的移位操作如下：LSL：邏輯左移Logical Shift Left，寄存器中字的低端空出的位補0。LSR:邏輯右移Logical Shift

8、Right，寄存器中字的高端空出的位補0。ASR :算術右移Arithmetic Shift Right，移位過程中保持符號位不變，即如果源操作數為 正數，則字的高端空出的位補0,否則補1ROR:循環右移Rotate Right，由字的低端移出的位填入字的高端空出的位RRX ：帶擴展的循環右移Rotate Right extended by 1 place，操作數右移一位，高端空出的 位用原C標志值填充。4.寄存器間接尋址指令中的地址碼給出的是一個通用寄存器編號，所需要的操作數保存在寄存器指定地 址的存儲單元中，即寄存器為操作數的地址指針，操作數存放在存儲器中。例如指令：LDR R0,R1;

9、R0-R1將R1中的數值作為地址， 取出此地址中的數據保存在R0中STR R0,R1; R1 - R05.變址尋址變址尋址是將基址寄存器的內容與指令中給出的偏移量相加，形成操作數的有效地址，變址尋址用于訪問基址附近的存儲單元，常用于查表，數組操作，功能部件寄存器訪問等。 例如指令：LDR R2,R3,#4; R2-R3 + 4將R3中的數值加 4作為地址，取出此地址的數值保存在R2中STR R1,R0,#-2； R0-2 - R1將R0中的數值減 2作為地址，把 R1中的內容保存到此地址位置 6.多寄存器尋址LDM/STMLDM/STM 指令可以把存儲器中的一個數據塊加載到多個寄存器中，也可以

10、把多個寄 存器中的內容保存到存儲器中。尋址操作中的寄存器可以是R0-R15這16個寄存器的子集或是所有寄存器。采用多寄存器尋址方式，一條指令可以完成多個寄存器值的傳送，這種尋址方式用一條指令最多可以完成16個寄存器值的傳送。格式為：LDM或STM條件類型基址寄存器! ,寄存器列表A該指令的常見用途是將多個寄存器的內容入棧或出棧。 7.堆棧尋址堆棧是一種數據結構，堆棧是特定順序進行存取的存儲區，操作順序分為“后進先出”和“先進后出”，堆棧尋址時隱含的，它使用一個專門的寄存器堆棧指針指向一塊存儲 區域堆棧，指針所指向的存儲單元就是堆棧的棧頂。8.塊復制尋址塊復制尋址用于把一塊從存儲器的某一位置復制

11、到另一位置，是一個多寄存器傳送指令。9.相對尋址相對尋址是變址尋址的一種變通，由程序計數器PC提供基準地址，指令中的地址碼字段作為偏移量，兩者相加后得到的地址即為操作數的有效地址。2、堆棧尋址滿遞增堆棧FA：堆棧指針指向最后壓入的數據，且由低地址向高地址生成。滿遞減堆棧FD：堆棧指針指向最后壓入的數據，且由高地址向低地址生成。空遞增堆棧EA：堆棧指針指向下一個將要放入數據的空位置，且由低地址向高地址生成。空遞減堆棧ED：堆棧指針指向下一個將要放入數據的空位置，且由高地址向低地址生成。3、多寄存器尋址(塊拷貝尋址)1塊拷貝尋址是多寄存器傳送指令LDM/STM的尋址方式。LDM/STM 指令可以把

12、存儲器中的一個數據塊加載到多個寄存器中，也可以把多個寄存器中的內容保存到存儲器中。尋址操作中的寄存器可以是R0-R15這16個寄存器的子集或是所有寄存器。2LDM/STM指令依據其后綴名的不同其尋址的方式也有很大不同。3LDMIA R1!, R0 , R2, R3指令執行后， R1 的值變為 R1+12 R1 ;注：！決定Rn的值是否隨著傳送而改變尋址模式描述起始地址結束地址Rn!IA執行后增加RnRn+4*NRn+4*NIB執行前增加Rn+4Rn+4*NRn+4*NDA執行后減少RnRn-4*NRn-4*NDB執行前減少Rn-4Rn-4*NRn-4*N六ARM狀態與Thumb狀態的轉換1、實

13、現ARM工作狀態轉換的指令，其句法如下：BX 目標地址1BX指令將引起處理器轉移到目標地址所指向的地址處執行。2目標地址的位0不用來作為地址的一部分。a.假設目標地址的位0為1,則指令將CPSR中的標志T置位，且將目標地址的代碼解釋為Thumb代碼；b.假設目標地址的位0為0,則指令將CPSR中的標志T復位，且將目標地址的代碼解釋為ARM代碼。七、ARM的硬件系統結構1、S3C2410的存儲器系統1S3c2410支持大、小端模式，可通過軟件選擇大小端模式；2存儲空間分成 8個Bank,每個Bank 128Mbytes ,總共 1GB;6 個 Bank 用于控制 ROM, SRAM, etc.剩

14、余的2個Bank用于控制 ROM, SRAM, SDRAM, etc .3除Bank0 (16/32-bit)外，所有的Bank都可以通過編程選擇總線寬度=(8/16/32-bit);47個Bank固定起始地址，最后一個Bank可調整起始地址；5最后兩個Bank大小可編程6所有Bank存儲周期可編程控制；7如果同時使用 Bank6/ Bank7 ,則要求連接相同容量的存儲器，而且其地址空間在物理 上是連續的。2、S3C2410 的 I/O 口配置S3c2410有117個多功能口，掌握如何通過軟件編程對每個I/O 口進行配置。如將端口C的最低2為設置為01,既設置成輸出模式，其余位不變。rGPC

15、CON = rGPCCON&0xfffffffc|0x00000001;rGPCDAT= rGPCDAT |0x001;/PC0 口 電平輸出高表3.4.3 S3C2410A的端口 C I/O 口配置情況端口 C可選擇的引腳端功能GPC15 GPC8輸入/輸出VD7 VD0一GPC7 GPC5輸入/輸出LCDVF2 LCDVF0一GPC4輸入/輸出VM一GPC3輸入/輸出VFRAME一GPC2輸入/輸出VLINE一GPC1輸入/輸出VCLK一GPC0輸入/輸出LEND一寄存器地址讀/寫描述復位值GPCCON0x56000020R/W配置端口 C引腳端，使用位31:0,分別對端口 B的16個引腳

16、端進行配置。00:輸入；01 :輸出； 10:第2功能；11:保留0x0GPCDAT0x56000024R/W端DC數據寄存器，使用位15:0未定義GPCUP0x56000028R/W端口 C上拉電阻不使能寄存器，使用位 15:0。0:使能；1 :不使能0x0保留0x5600002c一保留未定義表 端口 C控制寄存器3、掌握ARM微處理器的中斷系統的特點了解：一旦有中斷發生，ARM的中斷系統將如何處理。在ARM系統中，支持復位、未定義指令、軟中斷、預取中止、數據中止、 IRQ和FIQ7種異常，每種異常對應于不同的處理器模式，有對應的異常向量固定的存儲器地址。在ARM系統中，一旦有中斷發生，正在

17、執行的程序都會停下來，通常都會執行如下的中斷 步驟：1保存現場。保存當前的PC值到R14,保存當前的程序運行狀態到SPSR。2模式切換。根據發生的中斷類型，進入IRQ模式或FIQ模式。3獲取中斷服務子程序地址。PC指針跳到異常向量表所保存的IRQ或FIQ地址處，IRQ或FIQ的異常向量地址處一般保存的是中斷服務子程序的地址，PC指針跳入到中斷服務子程序，進行中斷處理。4多個中斷請求處理。在 ARM系統中，可以存在多個中斷請求源，比方串口中斷、AD中斷、外部中斷、定時器中斷及DMA中斷等，所以可能出現多個中斷源同時請求中斷的情況。為了更好地區分各個中斷源，通常為這些中斷定義不同的優先級別，并為每

18、一個中斷設置一個中斷標志位。當發生中斷時，通過判斷中斷優先級以及訪問中斷標志位的狀態來識別 哪一個中斷發生了，進而調用相應的函數進行中斷處理。5中斷返回，恢復現場。當完成中斷服務子程序后，將SPSR中保存的程序運行狀態恢復到CPSR中，R14中保存的被中斷程序的地址恢復到PC中，繼續執行被中斷的程序。4、了解S3c2410的DMA控制器的基本工作原理。DMADirect Memory Acess ,直接存儲器存取 方式是指存儲器與外設在 DMA控制器的控 制下，直接傳送數據而不通過 CPU ,傳輸速率主要取決于存儲器存取速度。在DMA傳輸過程中，DMA控制器負責管理整個操作，并且無須CPU介入

19、，從而大大提高了 CPU的工作效率。DMA方式為高速I/O設備和存儲器之間的批量數據交換提供了直接的傳輸通道。由 于I/O設備直接同內存發生成塊的數據交換，可以提高I/O效率。現在大部分電腦系統均采用DMA技術。許多輸入/輸出設備的控制器都支持DMA方式。采用DMA方式進行數據傳輸的具體過程如下。(1)外設向DMA控制器發出DMA請求。(2) DMA控制器向CPU發出總線請求信號。3CPU執行完現行的總線周期后，向 DMA控制器發出響應請求的答復信號。4CPU將控制總線、地址總線及數據總線讓出，由 DMA控制器進行控制。5DMA控制器向外部設備發出 DMA請求答復信號。6進行DMA傳送。7數據

20、傳送完畢，DMA控制器通過中斷請求線發出中斷信號。CPU在接收到中斷信號后，轉人中斷處理程序進行后續處理。8中斷處理結束后， CPU返回到被中斷的程序繼續執行。CPU重新獲得總線控制權。每個DMA控制器可以處理以下 4種情況：1源和目的都在系統總線上；2源在系統總線上，目的在外圍總線上；3源在外圍總線上，目的在系統總線上；4源和目的都在外圍總線上。5、嵌入式存儲系統的特點。1高速緩沖存儲器原理及特點。高速緩沖存儲器cache用來提高存儲器系統的性能，許多微處理器體系結構都把它作為 其定義的一部分。cache能夠減少內存平均訪問時間。Cache可以分為統一 cache和獨立的數據/程序 cach

21、e。(2)存儲器管理單元 MMU主要完成的功能。1虛擬存儲空間到物理存儲空間的映射。采用了頁式虛擬存儲管理，它把虛擬地址空 間分成一個個固定大小的塊， 每一塊稱為一頁，把物理內存的地址空間也分成同樣大小的頁。MMU實現的就是從虛擬地址到物理地址的轉換。2存儲器訪問權限的控制。3設置虛擬存儲空間的緩沖的特性。八、嵌入式系統I/O設備接口1、掌握S3c2410的I/O接口的編程要求：掌握I/O 口編程，能編寫實現LED1、 LED2、 LED3、 LED4輪流閃爍的程序。實現LED1和LED2輪流閃爍的程序代碼void Main void int flag , i ；Target Init；/進行

22、硬件初始化操作，包括對 I/O 口的初始化操作 for； if flag = = 0fori = 0； i 1000000； i+；/延時rGPGCON = rGPGCON & 0xfff0ffff | 0x00050000 ; /配置第 8、第/9位為輸出引腳rGPGDAT= rGPGDAT & 0xeff | 0x200; 第 8 位輸出為低電平/第9位輸出高電平fori = 0； i 10000000； i+；/延時flag = 1 ；else fori = 0； i 1000000； i+；/延時rGPGCON = rGPGCON & 0xfff0ffff 0x00050000 ; /

23、配置第 8、第9位 為輸出引腳rGPGDAT = rGPGDAT& Oxdff | 0x100 ; 第 8 位輸出為高電平第9位輸 出彳氐電平fori = 0； i 1000000； i+；/延時flag = 0 ；2、掌握S3c2410的A/D轉換器接口的原理要求：掌握A/D轉換器接口的原理，能編寫 A/D轉換器初始化函數和獲取 A/D的轉換 值的程序。1A/D轉換器模/數轉換器完成電模擬量到數字量的轉換。實現 A/D轉換的 方法很多，常用的方法有計數法、雙積分法和逐次逼近法等。2.對A/D轉換器進行初始化程序中的參數ch表示所選擇的通道號，程序如下： void AD_Init unsign

24、ed char ch rADCDL Y=100;/ADC啟動或間隔延時rADCTSC=0;/選擇 ADC 模式rADCCON=114|496|ch3|02|07 return 0;通道不能大于 7fori=0; i 16; i+/為轉換準確，轉換 16次rADCCON |=0x1;/啟動 A/D 轉換rADCCON= rADCCON & 0xffc7 |ch 4;為轉換準確，除以 16取均值)3、掌握四線式電阻式觸摸屏的工作原理，能分析觸摸點的X軸坐標和Y軸坐標是如何測量出來的。觸摸屏按其工作原理可分為矢量壓力傳感式、電阻式、電容式、紅外線式和外表聲波式5類。在嵌入式系統中常用的是電阻式觸摸屏

25、。四線式觸摸屏的 X工作面和丫工作面分別加在兩個導電層上， 共有4根引出線：X+、X , Y +、Y分別連到觸摸屏的 X電極對和Y電極對上。四線電阻屏觸摸壽命小于 100萬次。當給X方向的電極對施加一確定的電壓，而Y方向電極對不加電壓時， 在x平行電壓場中，觸點處的電壓值可以在 Y+或Y一電極上反映出來，通過測量Y +電極對地的電壓大小， 通過A/D轉換，便可得知觸點的 X坐標值。同理，當給 Y電極對施加電壓，而 X電極對不 加電壓時，通過測量 X +電極的電壓，通過 A/D轉換便可得知觸點的 Y坐標。四線電阻觸摸屏的分辨方法是將四線電阻觸摸后變化的模擬量轉換成數字量，經過軟件計算得出不同的屏

26、幕上不同的X, Y坐標。此工作主要是靠S3C2440A芯片中的模數轉換器來實現的。4、了解 S3c2410的UART串行接口的工作原理，掌握 S3C2410的UART發送和接收數據 的程序設計。UART通用異步收發器主要由數據線接口、控制邏輯、配置寄存器、波特率發生器、發送部分和接收部分組成，采用異步串行通信方式，采用RS-232C 9芯接插件DB-9連接，是廣泛使用的串行數據傳輸方式.本程序實例實現從 UART0接收數據，然后分別從UART0和UART1發送出去。其功能可 以把鍵盤敲擊的字符通過PC機的串口發送給 ARM系統上的UART0 ,ARM系統上的UART0接收到字符后，再通過UAR

27、T0和UART1送給PC機，這樣就完成了串口間的收發數據。要實現以上數據的收發功能，需要編寫的主要代碼如下。 1發送數據 其中whichUart為全局變量，指示當前選擇的 UART通道，使用串口發送一個字節的代碼如 下：void Uart_SendByte int data ifwhichUart= =0 ifdata= = n while！rUTRSTAT0 &0x2；Delay10；延時，與終端速度有關WrUTXH r； while！rUTRSTAT0 &0x2；等待，直到發送狀態就緒Delay10； WrUTXH0 data； else if whichUart= =1 ifdata=

28、n while！rUTRSTAT1 & 0x2； Delay10；延時，與終端速度有關rUTXH1= r; while！rUTRSTAT1&0x2；等待，直到發送狀態就緒Delay 10； rUTXH1 = data; else if whichUart= =2 if data= = n while！rUTRSTAT2 & 0x2； Delay10；延時，與終端速度有關rUTXH2 = r; while！rUTRSTAT2&0x2；等待，直到發送狀態就緒Delay10； rUTXH2 = data；2.接收數據如果沒有接收到字符則返回0。使用串口接收一個字符的代碼如下:char Uart_Ge

29、tKey voidifwhichUart = = 0ifrUTRSTAT0&0x1return RdURXH0； elsereturn 0;else if whichUart= =1 ifrUTRSTAT1 &0x1return RdURXH1 ； elsereturn 0;else if whichUart= =2 if rUTRSTA T2 & 0x1return RdURXH2 ； elsereturn 0; elsereturn 0；/UARTO接收到數據/UART1接收到數據/UART2接收到數據5、掌握鍵盤接口設計的方法。要求：掌握矩陣式鍵盤的掃描原理，能設計一個與S3c2410連

30、接的4X4的矩陣式鍵盤的接口電路，并編寫鍵盤掃描程序。(1)矩陣鍵盤的按鍵按 N行M歹U排列，每個按鍵占據行列的一個交點，需要的I/O 口數目是N+M ,容許的最大按鍵數是 NXMo矩陣鍵盤可以減少與微控制器I/O接口的連線數，是常用的一種鍵盤結構形式。根據矩陣鍵盤的識鍵和譯鍵方法的不同，矩陣鍵盤又可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種。(2) 一個用I/O 口實現的鍵盤接口，為了識別鍵盤上的閉合鍵，常采用行掃描法。行掃描法是使鍵盤上某一行線為低電平，而其余行接高電平，然后讀取列值，如果列值中有某位為低電平，則說明行列交點處的鍵被按下；否則掃描下一行，直到掃描完全部的行線為止。(3)根據行掃描法的原

31、理，識別矩陣鍵盤按鍵閉合分兩步進行：a.識別鍵盤哪一行的鍵被按下：讓所有行線均為低電平，檢查各列線電平是否為低，如果 有列線為低，則說明該列有鍵被按下，否則說明無鍵被按下。b.如果某列有鍵被按下，識別鍵盤哪一行的鍵被按下：逐行置低電平，并置其余各行為高 電平，檢查各列線電平的變化， 如果列電平變為低電平， 則可確定此行此列交叉點處按鍵被 按下。void keyboard_test(void)(UINT8T ucChar;UINT8T szBuf40;uart_printf( n Keyboard Test Examplen );uart_printf( Press any key to exi

32、t n);Keyboard_init();g_nKeyPress=0xFE;While(1)(f_nKeyPress=0;while(f_nKeyPress=0)(if(uart_tetkey() /Press any key from UART0 to exit return;else if(ucChar=7)/or press 5*4 Key-7 to exitreturn;else if(g_nKeyPress!=0xFE) /or SB1202/SB1203 to exit return;)iic_read_keybd(0x70,0x1,&ucChar); /get data from

33、 ZLG7290 If(ucChar!=0)(ucChar-key_set(ucChar); /key map for Edukit II if(ucChar16)sprintf(&szBuf, “ press key %d” ,ucChar);else if(ucChar255)sprintf(&szBuf, “ press key %d” ,ucChar);if(ucChar=0xFF)sprintf(&szBuf, “ press key %c” ,ucChar);if(ucChar=0xFF)sprintf(&szBuf, press key FUN);#ifdef BOARDTEST

34、print_lcd(200,170,0x1c,&szBuf);#endifuart_printf(szBuf);uart_printf( n)uart_printf( end.n);九、嵌入式軟件及操作系統1、正確理解進程、線程的概念，掌握進程及進程的主要特點，并能說明進程和程序有什么區別。(1)進程process是在描述多道系統中并發活動過程引入的一個概念。進程和程序是兩 個既有聯系又有區別的概念，兩者不能混為一談。而進程則是一次執行過程，它是暫時的， 是動態地產生和終止的。一個進程通常包含有以下幾個方面的內容：相應的程序； CPU上下文；一組系統資源。進程的特點：進程具有動態性；進程具有獨立性；進程具有并發性。2線程thread是一個比進程更小的能獨立運行的基本單位。所謂的線程，就是進程當 中的一條執行流程。包括運行上下文、內存地址空間、打開的文件等。可以用線程來作為 CPU的基本調度單位，使得各個線程之間可以并發執行。對于同一個進程當中的各個線程來說， 運行在相同的資源平臺上，可以共享該進程的大部分資源，但也有一小部分資源是不能共享的，每個線程都必須擁有各自獨立的一份。2、任務的實現(1).任務的層次結構；(2)