第三部分習題答案.doc

第10章 建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境10.2.5習題1 使用vi查看安裝程序install.sh，對比install.sh中的語句與安裝過程。答：首先建立合適的安裝目錄，然后安裝交叉編譯工具軟件，然后安裝Linux內核，建立根文件系統(tǒng)，之后安裝調試工具gdb和gdbserv，最后安裝試驗源代碼及相關文檔。2 若使用上位機的com2口與下位機進行連接，應在minicom中如何設置？答：若使用上位機的com2口與下位機進行連接，應在minicom中選擇“Serial port setup”進入串口配置界面。輸入“A”，將“Serial device”的值修改為“/dev/ttyS1”，表示連接的是上位機的com2口。3若下位機的IP地址為192.168.0.121，上位機的IP地址為202.201.33.15，請寫出將上位機和下位機的IP地址配置在同一個網段的過程。 答：在上位機的終端命令窗口中鍵入下面的命令，可以將上位機和下位機的IP地址配置在同一個網段192.168.0.:ifconfig eth0 192.168.0.252 netmask 255.255.255.010.3.5習題1在“vivi>”提示符狀態(tài)下，使用help查看vivi命令的用法，比較與Linux命令的不同。答：vivi命令用來配置開發(fā)板的硬件資源，使用時后面需給出必要的關鍵字參數(shù)，如：vivi> load helpUsage: load <flash|ram> <partname> | <addr> <size> <x|y|z|t>而Linux命令的參數(shù)通常以“-”開始，如：cat -AbeEnstTuv -help -version fileName。2寫出下位機軟件系統(tǒng)的四個組成部分的功能。答：下位機的軟件系統(tǒng)由Bootloader系統(tǒng)內核、根文件系統(tǒng)和應用程序四部分組成。Bootloader相當于PC機上的BIOS，在下位機加電時自動運行，執(zhí)行硬件初始化和調用系統(tǒng)內核的功能。Bootloader分為U-boot、Vivi、Blob、ARMBoot、RedBoot等多種，本實驗使用實驗箱自帶光盤中的vivi。系統(tǒng)內核就是運行在下位機上的操作系統(tǒng)內核，本實驗使用實驗箱自帶光盤中的zImage，是ARM-Linux的內核，版本號為2.6。根文件系統(tǒng)是Linux系統(tǒng)必不可少的一部分，用來管理下位機中的文件。本實驗使用實驗箱自帶光盤中的root.cramfs。Cramfs是專門針對Flash設計的只讀壓縮的文件系統(tǒng)，其容量上限為256M，采用zlib壓縮，文件系統(tǒng)類型可以是EXT2或EXT3，經常作為下位機的根文件系統(tǒng)。應用程序是需要燒寫到下位機，在下位機中運行的程序，在上位機中以壓縮文件包的形式保存，本實驗使用實驗箱自帶光盤中的yaffs.tar.bz2。應用程序所使用的文件系統(tǒng)為Yaffs（Yet Another Flash File System），Yaffs是一種專門為Flash設計的嵌入式文件系統(tǒng)，運行速度快、占用內存小，提供寫均衡、垃圾收集等底層功能。3查閱相關資料，了解下位機軟件系統(tǒng)的四個組成部分的生成過程。 省略11.1.5習題1Makefile是如何工作的？其中的宏定義分別是什么意思？答：makefile文件中語句的語法是Shell語句語法的子集，以“#”開頭的語句為注釋語句，內容一般分為兩部分，前面部分由include和變量定義語句構成，include語句能夠將另外一個文件的內容包含進來，變量定義語句定義后面部分要使用的變量。前面部分的內容可以為空。makefile的后面部分內容是文件的主要內容，由一些規(guī)則描述的語句塊組成，make執(zhí)行時將根據這些語句塊的描述執(zhí)行相應的命令或者程序。其中常用的宏有：CC：指明采用的編譯器；EXEC ：表示編譯后生成的可執(zhí)行文件名；OBJS：給出目標文件列表；CFLAGS：給出編譯參數(shù)；LDFLAGS：給出連接參數(shù)；all:給出編譯主入口；clean: 表示清除編譯結果2嵌入式開發(fā)的基本過程有哪幾步？答：嵌入式開發(fā)的基本過程為：采用相應的編輯工具編寫應用程序，然后在上位機編譯調試應用程序，然后使用NFS將上位機上編譯好的文件下載到下位機上運行。11.2.6 習題1在生產者-消費中實例中，加入一個新的線程用于處理鍵盤的輸入，并在按鍵為ESC時終止所有線程。答：參考程序見“/labs/ Lab_2”文件夾中的“pth1.c”。2使用信號量控制方式編寫多線程程序，設4個線程，其中兩個線程負責從文件中讀取數(shù)據到公共的緩沖區(qū)，另兩個線程從緩沖區(qū)讀取數(shù)據做不同的處理（加和乘運算）。答：參考程序見 “/labs/ Lab_2”文件夾中的“sem_example.c”。3線程的優(yōu)先級的控制。答：程序控制線程的優(yōu)先級，一般是用pthread_attr_getschedpolicy來獲取系統(tǒng)使用的調度策略，如果是SCHED_OTHER的話，表明當前策略不支持線程優(yōu)先級的使用，否則可以。當然所設定的優(yōu)先級范圍必須在最大和最小值之間，可以通過sched_get_priority_max和sched_get_priority_min來獲取。在系統(tǒng)允許使用線程優(yōu)先級別的時候，使用下面兩個函數(shù)pthread_attr_setschedparam、thread_attr_getschedparam來設置線程的優(yōu)先級。11.3.6 習題1修改程序，編寫一個簡單的文件收、發(fā)程序，完成串口文件下載。答：參考本次試驗提供的用戶程序，在receive函數(shù)中新建一個簡單文件，讀取串口字符寫入文件即可，須注意發(fā)送和接收線程的互鎖機制。2RS-232串行通信的數(shù)據格式是什么？答：開始前，線路處于空閑狀態(tài)，送出連續(xù)“1”。傳送開始時首先發(fā)一個“0”作為起始位，然后傳輸字符的二進制編碼。每個字符的數(shù)據位長度可以約定為5-8位，一般采用ASCII 編碼。后面是奇偶校驗位，根據約定，用奇偶校驗位將所傳字符中為“1”的位數(shù)湊成奇數(shù)個或偶數(shù)個，也可不要奇偶校驗。最后是停止位的“1”信號，停止位可以約定持續(xù)1 位、1.5 位或2 位的時間寬度。至此一個字符傳送完畢，線路又進入空閑，持續(xù)為“1”。經過一段隨機的時間后，下一個字符開始傳送才又發(fā)出起始位。3串行通信最少需要幾根線？分別如何連接？答：當通信距離較近時，通信雙方可以直接連接。最簡單的情況，在通信中根本不需要RS-232C的控制聯(lián)絡信號，只需三根線（發(fā)送線、接收線、信號地線）便可實現(xiàn)全雙工異步串行通信。圖1 最簡單的串行通信連接方式圖1中的2號線與3號線交叉連接是因為在直連方式時，把通信雙方都當作數(shù)據終端設備看待，雙方都可發(fā)也可收。在這種方式下，通信雙方的任何一方，只要請求發(fā)送RTS有效和數(shù)據終端準備好DTR有效就能開始發(fā)送和接收。4ARM的串口有幾個？相應的寄存器是什么？答：S3C2410提供了三個通用異步串行通信接口，每個串口都有一個波特率發(fā)生器、接收寄存器、發(fā)送寄存器和一個控制單元，另外，還有兩個16字節(jié)的FIFO寄存器作為發(fā)送和接收的緩沖裝置。在S3C2410中，對串口的控制是通過設置相應的控制寄存器來實現(xiàn)的，其常用的寄存器主要有以下幾個：(1)ULCONn寄存器：主要用來設置串口工作模式，包括數(shù)據位長度、停止位個數(shù)，以及數(shù)據校驗方式等。S3C2410支持四種校驗方式，分別是奇校驗、偶校驗、MARK校驗和SPACE校驗。(2)UCONn寄存器：該寄存器涉及到中斷模式控制、DMA模式控制，以及時鐘的選擇等。(3)UTRSTATn寄存器：串口的狀態(tài)寄存器，用于指示串口是否接收或發(fā)送完畢。(4)UTXHn和URXHn寄存器：發(fā)送和接收寄存器。(5)UBRDIVn寄存器：波特率設置寄存器，用于對時鐘分頻，產生需要的波特率。5終端如何處理特殊字符？答：在串口的參數(shù)配置結構struct termios中，通過設置c_cc數(shù)組成員來定義支持的特殊控制字符以及一些timeout參數(shù)。c_cc 支持的常量名稱有：VINTR 中斷控制，對應鍵為CTRL+C；VQUIT 退出操作，對應鍵為CRTL+Z；VERASE刪除操作，對應鍵為Backspace（BS）；VKILL 刪除行，對應鍵為CTRL+U；VEOF位于文件結尾，對應鍵為CTRL+D；VEOL 位于行尾，對應鍵為Carriage return（CR）；VEOL2位于第二行尾，對應鍵為Line feed（LF）；VMIN 指定了最少讀取的字符數(shù)；VTIME指定了讀取每個字符的等待時間。11.4.6習題1修改用戶程序，將三個電位器的多次轉換的結果寫入一個文件中。 答：參考程序見“/labs/ Lab_4”文件夾中的“main1.c”。2逐次逼近型的A/D轉換器原理是什么？答：逐次逼近型A/D 轉換器其工作原理是：將被測電壓和由D/A轉換生成的電壓進行比較，用對分搜索的方法來逐次逼近被測電壓。它的實質是逐次把設定的SAR 寄存器中的數(shù)字量經D/A 轉換后得到電壓Vc 與待轉換模擬電壓V。進行比較。比較時，先從SAR 的最高位開始，逐次確定各位的數(shù)碼應是“1”還是“0”，其工作過程如下：轉換前，先將SAR 寄存器各位清零。轉換開始時，控制邏輯電路先設定SAR 寄存器的最高位為“1”，其余位為“0”，此試探值經D/A 轉換成電壓Vc，然后將Vc 與模擬輸入電壓Vx 比較。如果VxVc，說明SAR 最高位的“1”應予保留；如果Vx<Vc，說明SAR 該位應予清零。然后再對SAR 寄存器的次高位置“1”，依上述方法進行D/A 轉換和比較。如此重復上述過程，直至確定SAR 寄存器的最低位為止。過程結束后，狀態(tài)線改變狀態(tài)，表明已完成一次轉換。最后，逐次逼近寄存器SAR 中的內容就是與輸入模擬量V 相對應的二進制數(shù)字量。3A/D轉換的重要指標包括哪些？答：A/D 轉換的重要指標有；分辨率、精度、轉換時間、電源靈敏度、量程、輸出邏輯電平和工作溫度范圍等。4ARM的A/D功能的相關寄存器有哪幾個，對應的地址是什么？答：與A/D相關的寄存器主要有A/D轉換控制寄存器（ADCCON）和A/D轉換數(shù)據寄存器ADCDAT0。ADCCON的地址為0x58000000，ADCDAT0的地址為0x5800000C。5如何啟動ARM 開始轉換A/D，有幾種方式？轉換開始時ARM 是如何知道轉換哪路通道的？如何判斷轉換結束？答：A/D轉換的數(shù)據可以通過中斷或查詢的方式來訪問，如果使用中斷方式，全部的轉換時間（從A/D轉換的開始到數(shù)據讀出）要更長。如果是查詢方式，則要檢測ADCCON15（轉換結束標志位）來確定從ADCDAT寄存器讀取的數(shù)據是否是最新的轉換數(shù)據。A/D轉換開始的另一種方式是將ADCCON1置為1，這時只要有讀轉換數(shù)據的信號，A/D轉換才會同步開始。轉換開始時ARM 中的ADCCON寄存器的第5-3位表示模擬輸入通道選擇，可判斷其值就可知哪路通道轉換。通過測試ADCCON寄存器的第15位是否為1，就可判斷轉換是否結束。11.5.6 習題1修改用戶程序，產生余弦波形信號，并使用示波器觀察輸出波形。 答：參考用戶程序 “da_sin.c”，將其正弦函數(shù)修改為余弦函數(shù)即可。2修改用戶程序，產生方波信號，并使用示波器觀察輸出波形。 答：參考代碼為“da_fang.c”。 3D/A 轉換器的分類。 答：D/A 轉換器的內部電路構成無太大差異，一般按輸出是電流還是電壓、能否作乘法運算等進行分類，主要有：電壓輸出型（如TLC5620）、電流輸出型(如THS5661A)、乘算型（如AD7533）、一位 D/A 轉換器等。4D/A 轉換器的主要技術指標。答：D/A 轉換器的主要技術指標有：（1）分辯率(Resolution)分辨率用輸入二進制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為n位的D/A轉換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個不同的輸入二進制代碼狀態(tài)，能給出2n個不同等級的輸出模擬電壓。分辨率也可以用D/A轉換器的最小模擬輸出量（對應數(shù)字量僅最低位為“1”）與最大量（對應數(shù)字量所有有效位為“1”）之比來表示。（2）建立時間(Setting Time)這是D/A的一個重要性能參數(shù)，通常定義為：在數(shù)字輸入端發(fā)生滿量程碼的變化以后，D/A的模擬輸出穩(wěn)定到最終值1/2LSB時，所需要的時間。其他指標還有線性度(Linearity)，轉換精度，溫度系數(shù)/漂移。5MAX504 的特點及使用方法。 答：MAX504 10位D/A轉換器的特點有：由單個 5V 電源供電；電壓輸出緩沖；內部2.048V參考電壓；電壓不隨溫度變化；可變的輸出范圍：0VVDD，VSSVDD；上電復位；串行輸出。MAX504 在開發(fā)板上的連接連接如圖2所示。圖2 MAX504在開發(fā)板中的連接圖2中，RFB 連接VOUT、BIPOFF連接AGND，使得輸出電壓范圍為02VREFIN，即04.069V。時鐘和輸入、輸出信號分別與同步串口的時鐘、發(fā)送和接收端相連。MAX504可接收12 位的數(shù)據，但低兩位不起作用。所以發(fā)送數(shù)據時應先將數(shù)據左移兩位，然后先發(fā)送高八位，再發(fā)送低八位數(shù)據。11.6.6 習題1CAN 總線通訊最少需要幾根線？如果多個節(jié)點應該如何連接？答：CAN總線通訊最少需要2根線。一個由CAN總線構成的單一網絡中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點，但是，實際應用中節(jié)點數(shù)目受網絡硬件的電氣特性所限制，需要使用CAN收發(fā)器實現(xiàn)各節(jié)點之間的通訊。2為什么CAN 總線的可靠性高，傳輸數(shù)率卻可以速度比串口快（可達到1Mbps）？答：CAN屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。與RS-485等相比，CAN總線中，CAN控制器工作于多主方式，網絡中的各節(jié)點都可根據總線訪問優(yōu)先權采用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據，且CAN協(xié)議廢除了站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據進行編碼，這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據，這些特點使得CAN總線構成的網絡各節(jié)點之間的數(shù)據通信實時性強，并且容易構成冗余結構，提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。而利用RS-485只能構成主從式結構系統(tǒng)，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統(tǒng)的實時性、可靠性較差。3如果要在現(xiàn)有的系統(tǒng)上構建復雜的CAN 總線通信協(xié)議需要進行怎樣的擴展？省略11.7.6 習題1修改用戶程序，將上位機上的若干個字符串傳遞給下位機。答：參考程序見“l(fā)abs/lab_7”文件夾中的“test485.c”。2RS-485通信特點。答：RS-485是一個電氣接口規(guī)范，它只規(guī)定了平衡驅動器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和通信協(xié)議。RS-485標準定義了一個基于單對平衡線的多點、雙向（半雙工）通信鏈路，是一種極為經濟、并具有相當高噪聲抑制、傳輸速率、傳輸距離和寬共模范圍的通信平臺。RS-485接口的主要特點如下： 平衡傳輸 多點通信 驅動器輸出電壓（帶載）：|1.5V| 接收器輸入門限：200MV 7V至+12V總線共模范圍 最大輸入電流：1.0MA/-0.8MA(12VIN/7VIN) 最大總線負載:32個單位負載(UL) 最大傳輸速率:10MBPS 最大電纜長度:4000英尺 網絡配置3建立自己的高層通信協(xié)議，完成設備間的多機通信。省略11.8.6習題1修改測試程序，控制直流電機以恒定速度或變速轉動。答：參考代碼為本次實驗目錄下的“dcm_c_v.c”。2簡述PWM的基本原理，思考其基本參數(shù)的變化對電機轉動的影響。答：PWM（Pulse-Width Modulation）是脈寬調制技術的簡稱，可用于控制高性能的直流電機調速系統(tǒng)。其原理為：晶體管的導通時間也被稱為導通角，通過控制晶體管的開通與斷開時間來改變導通角的大小，就可以調節(jié)加在負載上的平均電壓的大小，以實現(xiàn)對電動機的變速控制，這就是PWM變速控制技術的基本原理，如圖3所示。在PWM 變速控制中，系統(tǒng)采用直流電源，放大器的頻率是固定，變速控制通過調節(jié)脈寬來實現(xiàn)。圖3 PWM調速原理由上圖可知，電動機兩端得到的電壓平均值可用下式表示為：式中：為開關每次接通的時間，為開關斷開的時間周期，為占空比，由公式可見，改變脈沖的占空比，電動機兩端的電壓平均值也隨之改變，從而控制電機的變速。3嘗試使用實驗箱上的電位器旋鈕控制直流電機的轉向和轉速。省略11.9.6習題1修改用戶程序，控制點陣式LED顯示其它字符、圖形或漢字。答：給出要顯示字符的點陣數(shù)據，調用write方法即可。2編寫測試程序，控制8字數(shù)碼管循環(huán)顯示數(shù)字90。答：給出數(shù)字90的段碼表，調用ioctl方法控制8字數(shù)碼管顯示。3編寫測試程序，控制8字數(shù)碼管循環(huán)顯示字符AF。答：給出字符AF的段碼表，調用ioctl方法控制8字數(shù)碼管顯示。4如何控制LED顯示內容。答：為使7段LED顯示內容，必須點亮相應的段，每個段分別由數(shù)據線進行控制，通常數(shù)據線D0D7順序控制ah段，所需的控制信號稱為段碼。由于數(shù)字與段碼之間沒有規(guī)律性，因此必須進行數(shù)字與段碼之間的轉換才能驅動要顯示的段，以便顯示數(shù)字的字形。常用的轉換方法是將要顯示字形的段碼列成一個表，稱為段碼表。顯示時，根據字符查段碼表，取出其對應的段碼送到數(shù)據線上來控制顯示。5LED是如何正常工作的？答：點陣式LED顯示器的顯示控制采用掃描方式，在數(shù)據存儲器中開辟若干個存儲單元作為顯示緩沖區(qū)，緩沖區(qū)中存有所需顯示圖形的控制信息。顯示時依次通過列信號驅動器輸出一行所需所有列的信號，然后再驅動對應的行信號，控制該行顯示。只要掃描速度適當，顯示的圖形就不會出現(xiàn)閃爍。674HC273的特點及使用方法。答：LED的驅動需用TTL電路驅動，當然需要加限流電阻，74HC273帶鎖存，這樣D輸入的信號可以鎖住保持在輸出端，保持LED的驅動是固定的電平狀態(tài)。脈沖輸出信號也可以驅動LED，只是亮度與脈沖的脈寬有關，此外，74HC273的輸入端接在數(shù)據總線上，可以起到隔離的作用。驅動LED一般需要57mA的電流，負載比較大，如果接到其他門電路的輸出上，會影響這個輸出驅動其他門電路輸入的能力。開發(fā)板上設置了2個數(shù)碼管，由74HC273控制。74HC273是同步串行轉并行的鎖存器，在此通過SPI總線和CPU連接，鎖存數(shù)據后驅動數(shù)碼管發(fā)光。第12章 擴展實驗12.1.6習題1修改用戶程序，完成簡單的鍵盤計算、LED顯示結果。省略2重新定義小鍵盤健值，完成對應功能鍵的處理。 省略12.2.6習題 1閱讀源程序，擴展其功能，用于在瀏覽器上監(jiān)控開發(fā)板各部件工作。 省略 2自定義一些功能，使用網絡TCP協(xié)議實現(xiàn)。 省略12.3.5習題1在第30行處增加1個斷點，然后調試執(zhí)行程序。答：使用命令break 30 設置斷點。 2將程序gdb_led.c中控制LED顯示的循環(huán)語句放入用戶自定義函數(shù)“void show()”中，使main函數(shù)調用show函數(shù)來控制LED的顯示。在main函數(shù)中調用show函數(shù)處設置斷點，然后調試運行程序，比較GDB中的“step”和“next”命令的不同。答：next命令是不進入的單步執(zhí)行；而step命令是進入的單步執(zhí)行，如果已經進入了某函數(shù)，而想退出該函數(shù)返回到它的調用函數(shù)中，可使用命令finish。3調試運行過程中，使用GDB命令“set variable s=63”，修改變量“s”的值為63，觀察點陣式LED的顯示。省略4將第32行語句中的“s *= 2”修改“s += s*2”，觀察點陣式LED的顯示，并解釋。省略12.4.6習題1添加一些自己的功能，修改源代碼并編譯調試。 省略2增加一個中斷驅動函數(shù)，比如PC機并口，試驗中斷驅動的實現(xiàn)。 省略12.5.6 習題1另外找一個Linux的設備驅動程序（在Linux 源碼的drivers 目錄下），剖析它的結構及工作原理。省略2把UP-TECH S2410/P270 DVP 開發(fā)平臺上的觸摸屏驅動從內核中卸載，自己動手寫一個類似的驅動程序，以新驅動代替舊驅動并編譯進內核看看運行情況。省略12.6.6習題1修改測試程序，畫出奧運五環(huán)，并在LCD上移動顯示。 答：參考程序見本次試驗目錄下的“test_lcd01.c”。2修改測試程序，顯示ASCII字符或漢字字符。 答：給出ASCII字符或漢字字符的點陣信息，按像素輸出即可。3修改測試程序，顯示彩色位圖。 答：研究各種圖形文件格式，采用像素輸出函數(shù)實現(xiàn)顯示功能。12.7.6習題1修改“waverec.c”,編寫一個程序，同時實現(xiàn)錄、放WAV格式音樂文件的功能。答：參考程序waverec.c中的錄制代碼段和waveplay.c的播放代碼段即可實現(xiàn)。12.8.6習題1思考如果在SD總線上接入兩個SD設備，電路、驅動程序要進行怎樣的修改？ 省略