嵌入式系統設計原理及應用復習題答案自制版(電子科大)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 件，可提供片上斷點和調試點的支持第3章 嵌入式硬件系統設計2最小硬件系統主要包括哪些部分？最小硬件系統通常是指以嵌入式處理器為核心，包含電源、時鐘和復位等保障處理器正常工作的基本硬件電路 。2鎖相環的主要用途是什么？畫出其簡要原理框圖，并闡述其基本原理。結合課件例子能夠簡單編程實現利用PLL倍頻，得到系統運行時鐘。（掌握通過寄存器編程，實現硬件功能的方法）鎖相環技術目前的應用集中在以下三個方面：第一 信號的調制和解調；第二 信號的調頻和解調；第三信號頻率合成電路。鑒相器是相位比較裝置，用來比較輸入信號ui(t)與壓控振蕩器輸出信號uo(t) 的相位，它的輸出電壓ud(t)是對應于這兩個信號相位差的函數。 環路濾波器的作用是濾除ud(t)中的高頻分量及噪聲，以保證環路所要求的性能。 壓控振蕩器受環路濾波器輸出電壓uc(t)的控制，使振蕩頻率向輸入信號的頻率靠攏，直至兩者的頻率相同，使得VCO輸出信號的相位和輸入信號的相位保持某種特定的關系，達到相位鎖定的目的。 2典型計算機的存儲層次是什么？存儲系統面臨的兩個主要問題是什么？ 存儲系統面臨的兩個問題：（1）微處理器主時鐘頻率的提高比存儲器速度的提高要快，以至于目前用作主存儲器的存儲芯片速度比微處理器的速度要低許多；（2）在嵌入式系統硬件設計時，有時所設計的存儲容量并不能滿足程序所需的全部存儲容量要求，即需要在一個相對較小的物理存儲空間中提供相對較大的虛擬存儲空間。2Nand Flash和Nor Flash的區別？SRAM和SDRAM的區別？? ①（1） 性能比較? NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術? NOR的讀速度比NAND稍快一些? NAND的寫入速度比NOR快很多? NAND的擦除速度遠比NOR的快? 大多數寫入操作需要先進行擦除操作? NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少? （2）接口差別? NOR FLASH帶有SRAM接口，線性尋址，可以很容易地存取其內部的每一個字節? NAND FLASH使用復用接口和控制IO多次尋址存取數據（3）容量和成本? NAND FLASH生產過程更為簡單，成本低? 常見的NOR FLASH為128KB～16MB，而NAND FLASH通常有8～128MB? （4）可靠性和耐用性? 在NAND中每塊的最大擦寫次數是100萬次，而NOR的擦寫次數是10萬次? 位交換的問題NAND FLASH中更突出，需要ECC糾錯? NAND FLASH中壞塊隨機分布，需要通過軟件標定——產品量產的問題? ②? SRAM讀寫速度比SDRAM讀寫速度快；? SRAM比SDRAM功耗大；? SDRAM的集成度可以做得更大，則其存儲容量更大；? SDRAM需要周期性地刷新，而SRAM不需要。?2SDRAM的尋址方式是什么？Nand Flash的尋址方式是什么？ 什么是CACHE？為什么要引入CACHE？CACHE的工作原理。– （提示：理解例1）Cache是一種小容量的高速緩沖存儲器。– 高速緩沖存儲器Cache是位于CPU與內存之間的臨時存儲器，它的容量比內存小但交換速度快。在Cache中的數據是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的，當CPU調用數據時，就可避開內存直接從Cache中調用，從而加快讀取速度。由此可見，在CPU中加入Cache是一種高效的解決方案，這樣整個內存儲器（Cache+內存）就變成了既有Cache的高速度，又有內存的大容量的存儲系統了。一般Cache采用高速的SRAM制作，其價格比主存貴，但因其容量遠小于主存，因此能很好地解決速度和成本的矛盾。? 在Cache存儲系統中，把Cache和主存劃分為相同大小的塊。主存地址可以使用塊號(B)和塊內地址(W)兩部分組成。同樣Cache的地址也可以使用塊號(B)和塊內地址(W)兩部分組成。? 命中：當CPU訪問存儲器時，通過存儲器地址變換部件把地址變換成cache的塊號和塊內地址，如果變換成功（稱為cache命中），就用得到的cache地址訪問cache，從cache中取數；如果變換失敗，則產生cache失效信息，并用主存儲器的地址訪問主存儲器，同時將包含被訪問字在內的一整塊都從主存儲器讀出來，裝入到cache中，但如果這時cache已滿，需要采用適當的替換算法來更新cache。設cache 的存取時間為tc，命中率為h，主存的存取時間為tm，則平均存取時間：ta = tc h +(tc + tm)(1h)。【例1】 某微機存儲器系統由一級cache 和主存組成。已知主存的存取時間為80 ns，cache 的存取時間為6 ns，cache的命中率為85%，試求該存儲系統的平均存取時間。ta =6 ns85%+(6ns+80 ns)(185%)=18 nscache的命中率與cache 的大小、替換算法、程序特性等因素有關。cache未命中時CPU還需要訪問主存，這時反而延長了存取時間。 3什么是虛擬內存技術？為什么要引入虛擬內存技術？ 所謂虛擬存儲機制，指的是把多個存儲介質模塊通過一定的手段集中管理。即利用一個存儲池（Storage Pool）將所有存儲介質模塊統一管理，因而從系統角度看到的就不是多個存儲介質模塊，而是一個被分區或者分卷的超大容量的存儲系統。這種將多個存儲介質模塊統一管理起來，為使用者提供大容量、高數據傳輸性能的存儲系統的技術，就稱為虛擬存儲技術。3存儲管理單元MMU的作用是什么？為什么引入快表？– MMU是Memory Management Unit的縮寫，中文名是內存管理單元，它是CPU中用來管理虛擬存儲器、物理存儲器的控制線路，同時也負責將虛擬地址映射為物理地址，以及提供硬件機制的內存訪問授權。– 快表是一個高速、具有并行查詢能力的聯想存儲器，用于存放正運行的進程的當前頁號和塊號，或者段號和段起始地址。加入快表后,在地址轉換時，首先在快表中查找，若找到就直接進行地址轉換；未找到，則在主存頁表繼續查找，并把查到的頁號和塊號放入快表中。快表的命中率很高，有效地提高了地址轉換的速度。一頁式系統，其頁表存放在主存中：（提示：理解課件例2）有一頁式系統，其頁表存放在主存中： （1），試問實現一次頁面訪問的存取時間是多少？ （2）如果系統加有快表，平均命中率為80%，當頁表項在快表中時，（1）頁表在主存，兩次訪問內存：先訪問頁表，找到線性地址對應的物理地址，再利用這物理地址訪問實際的內存頁面，故共用2*=5us （2）如果有快表，那就可以分為命中和未命中兩種情況： 命中 查詢快表 + 訪問內存 未命中 查詢快表 + 查詢頁表+訪問內存因而此時的存取時間為： *（+）+（）*（+*2）=3設計接口電路的必要性是什么？I/O接口設計的重點又是什么？I/O接口電路也簡稱接口電路。它是主機和外圍設備之間交換信息的連接部件（電路）。它在主機和外圍設備之間的信息交換中起著橋梁和紐帶作用。設計接口電路的必要性：a)解決CPU和外圍設備之間的時序配合和通信聯絡問題。b)解決CPU和外圍設備之間的數據格式轉換和匹配問題。c)解決CPU的負載能力和外圍設備端口選擇問題。I/O接口設計的重點：