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嵌入式系统
试题
2026-06-10 10:41

试题 5 — 武汉科技大学《嵌入式系统设计与开发》

概述

  • 课程：嵌入式系统设计与开发
  • 学校：武汉科技大学
  • 题型：填空题、选择题、名词解释、简答题、设计题
  • 知识点：ARM 体系结构与指令集、μC/OS-II 操作系统、汇编编程、处理器工作模式

[!tip] 学习建议 本试题包含 ARM 汇编编程设计题，建议结合 [[嵌入式系统/ARM架构与指令集]] 和 [[嵌入式系统/μC/OS-II操作系统]] 笔记进行复习。

正文

一、填空题（每空 2 分，共 20 分）

  1. 嵌入式系统是以（ ）为中心，以（ ）为基础，（ ），（ ）计算机系统。

[!success]- 答案与解析 答案：应用、计算机技术、软硬件可裁剪、专用

  1. 嵌入式系统的两大指令体系分别是（ ）和（ ）。

[!success]- 答案与解析 答案：ARM 指令体系、Thumb 指令体系

  1. ARM9TDMI 中采用的是（ ）体系结构。

[!success]- 答案与解析 答案：哈佛

  1. 当异常发生时，处理器切换到（ ）状态，处理器切换到（ ）模式。

[!success]- 答案与解析 答案：相应的、相应的

  1. ARM 指令条件码 EQ 表示（ ）。

[!success]- 答案与解析 答案：相等

  1. 在 Thumb 状态中，一段时间受到限制的操作只有 MOV、CMP 和 ADD 指令可以自由操作，为了提高数据的传输效率，使用（ ）指令。

[!success]- 答案与解析 答案：LDR/STR

[!note] 教学提示：填空题考查的是对基本定义和术语的精确记忆。特别是 ARM 的两种指令集（ARM/Thumb）和哈佛体系结构（数据与指令总线分离）是理解高性能嵌入式系统的关键。

二、选择题（每题 2 分，共 10 分）

  1. ADR 伪指令的格式为（ ）寻址方式。

[!success]- 答案与解析 答案：D. 相对寻址

  1. 存储一个 32 位数 0x476163 到 20001H～20004H 四个字节单元中，若以大端模式存储，则 20001H 存储单元的内容为（ ）。

[!success]- 答案与解析 答案：C. 0x47

  1. μC/OS-II 操作系统不属于（ ）。(注：μC/OS-II 是抢占式的)

[!success]- 答案与解析 答案：C. 非占先式实时操作系统

  1. ARM 指令和 Thumb 指令分别是（ ）位的。

[!success]- 答案与解析 答案：A. 32 位，16 位

  1. R12 在 ARM 中的名称是（ ）。

[!success]- 答案与解析 答案：B. IP

三、名词解释（每题 2 分，共 10 分）

  1. ARM 存储器的字

[!success]- 答案与解析 ARM 体系结构中的字（Word）为 32 位（4 字节）数据单位。

  1. 异常向量

[!success]- 答案与解析 当异常发生时，程序计数器 PC 需要跳转到一个固定的地址去执行，这个地址（及其指向的跳转指令集合）称为异常向量。

  1. 寄存器间接寻址

[!success]- 答案与解析 指令中的地址码给出的是通用寄存器的编号，操作数的有效地址为该寄存器中的值。

  1. 立即数

[!success]- 答案与解析 在指令中直接给出的常数操作数，编码在指令码中。

  1. 字节序

[!success]- 答案与解析 多字节数据在存储器中存放的顺序，分为大端模式（Big-Endian，高字节在低地址）和小端模式（Little-Endian，低字节在低地址）。

[!question] 思考：如果处理器使用的是小端模式（Little-Endian），上述选择题第 2 题的答案会变成什么？ 答：在 Little-Endian 下，最低有效字节（0x63）存放在最低地址（20001H）。

四、简答题（每题 5 分，共 30 分）

  1. 简述 ARM7 体系的 3 级流水线及其组成方式。

[!success]- 答案与解析 ARM7 体系采用 3 级流水线：取指（Fetch）→ 译码（Decode）→ 执行（Execute）。取指阶段从存储器中取出指令；译码阶段对指令进行解码并读取寄存器；执行阶段完成 ALU 运算和地址计算。

  1. 简述 ARM 的 7 种运行模式及其特点。

[!success]- 答案与解析

  • 用户模式 (USR)：正常程序执行状态，无特权。
  • 系统模式 (SYS)：运行具有特权的操作系统任务，与 User 模式共享寄存器。
  • 管理模式 (SVC)：操作系统保护模式，系统复位或软中断进入。
  • 中止模式 (ABT)：用于虚拟存储和存储保护，处理存储器访问异常。
  • 未定义模式 (UND)：用于支持硬件协处理器仿真或未定义指令异常。
  • IRQ 中断模式：用于通用中断处理。
  • FIQ 快速中断模式：用于高速数据传输，拥有更多私有寄存器。
  1. 简述 ARM 微处理器中对应用过程的状态寄存器 CPSR 的基本格式及功能。

[!success]- 答案与解析 CPSR 是一个 32 位寄存器，其位域主要包括：条件标志位 N、Z、C、V（位 [31:28]），用于指示运算结果状态；中断禁止位 I、F（位 [7:6]）；Thumb 状态位 T（位 [5]）；处理器模式位 M[4:0]（位 [4:0]）。其功能是反映当前处理器状态、控制中断使能以及指示处理器的工作模式。

  1. 简述嵌入式系统最小系统的组成。

[!success]- 答案与解析 嵌入式最小系统（Minimum System）包括：处理器（CPU）+ 存储器（Flash/ROM 用于存放程序，RAM 用于运行数据）+ 时钟系统（晶振/PLL）+ 电源管理（LDO/DC-DC）+ 复位电路。部分系统还需要 JTAG 调试接口用于程序烧录。

  1. 简述嵌入式系统的定义。

[!success]- 答案与解析 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

  1. 简述 μC/OS-II 中任务调度的特点。

[!success]- 答案与解析 μC/OS-II 采用基于优先级的抢占式调度算法。其特点包括：总是让就绪态的最高优先级任务获得 CPU 使用权；同一优先级的任务采用时间片轮转调度；提供了完善的任务管理（创建、删除、挂起、恢复）和任务间通信机制（信号量、邮箱、消息队列）；以及简单的内存管理功能。

五、设计题（每题 15 分，共 30 分）

  1. 用 ARM 汇编代码实现以下 C 程序段（不要求程序格式，只需写出主要语句）：

[!success]- 答案与解析

    CMP    R0, #100       ; 比较 R0 (a) 与 100
    MOVGE  R1, #1         ; 若 a >= 100 (GE条件成立), 则 R1 (x) = 1
    MOVLT  R2, #1         ; 若 a < 100 (LT条件成立), 则 R2 (y) = 1
  1. 智能移动终端是重要的工具，提供了丰富的功能，但是智能移动终端是电池供电的设备，对系统的功能有较为严格的要求。请从 ARM 处理器结构特点出发，分析 ARM 处理器设计对移动端发展的支持。

[!success]- 答案与解析 ARM 处理器的设计极大地推动了智能移动终端的发展，主要体现在以下几个方面：

  • RISC 架构：采用精简指令集，指令执行效率高，且功耗极低，非常适合依靠电池供电的移动设备。
  • Thumb 指令集：提供了 16 位的指令格式，大幅提高了代码密度，减少了程序对存储空间（Flash/ROM）的需求。
  • 多级流水线技术：如 ARM9 的 5 级流水线，极大地提高了指令的执行效率和吞吐量。
  • 低功耗管理模式：支持多种低功耗模式（如 Idle、Power-down），可根据业务需求动态调整，显著延长电池续航。
  • 丰富的片上外设集成：ARM 核心通常配合 SoC 设计，集成了 Wi-Fi、蓝牙、图形加速、音频处理等多种控制器，减少了外围器件，缩小了设备体积。
  • 开放的生态与标准：ARM 采用了 IP 授权模式，允许厂商根据需求定制芯片，促进了从低端到高端移动终端的多样化发展。

关联笔记

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