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操作题（一）
1、地铁进出站闸机的控制器以S3C2410芯片为核心，并外加其他功能电路来进行设计，其基本功能描述如下： a、闸机能够识别本地铁票务系统出售的IC卡。能识别的IC卡有2种，一种是可预付费的\市民卡\，另一种是地铁站内出售的\当次卡\。
b、乘客凭\市民卡\或\当次卡\刷卡进站。若IC卡合法，则闸机打开，乘客通过后，闸机立即关闭；若IC卡不合法，闸机不打开，并进行声光报警。声光报警5次后自动停止。
c、进站刷卡时，还需识别IC卡的种类。若是\市民卡\，在闸机打开之前，需读取卡中余额并显示在闸机的LED显示器上，且把地铁站ID、进站时间写入卡中相应区域。若是\当次卡\，判断合法后直接打开闸机。
d、出站时，乘客需要根据所用的IC卡种类，来进行不同的操作。若乘客用的是\市民卡\，则需在闸机的刷卡器上刷卡，若乘客用的是\当次卡\则需要把卡投入闸机的投卡口中。
e、若乘客出站时刷的是\市民卡\，闸机系统需读取存储在卡上的\市民卡\类别ID（注：\市民卡\类别分为普通卡、学生卡、老人卡）、地铁站ID、进站时间、余额等信息，根据这些信息来扣除费用，并在闸机的LED显示器上显示余额及本次扣费额，若是学生卡或老人卡，还要用声音播报出\市民卡\类别，然后，打开闸机，乘客通过后立即关闭闸机。
f、若乘客出站时用的是\当次卡\，判断合法后即把闸机打开，乘客出去后立即关闭。
根据上述功能要求的描述，请完善下面的叙述（程序）和回答有关的问题。 （注意：完善程序或回答问题所需的寄存器格式见题后的附录）
（1）闸机控制器的硬件平台设计时，除了需要设计最小硬件系统（包括：微处理器、 ___【1】____电路、时钟电路、复位电路、存储器、JTAG接口电路)外，还必须设计IC卡读写电路、闸门电机驱动电路、声音提示及声光报警电路、LED显示接口电路等。若闸门电机驱动电路由GPE1引脚控制，GPE1引脚输出\时，控制闸门关闭，输出\时，控制闸门打开。那么，初始化GPE1引脚功能的语句是：
rGPECON=((rGPECON|0x00000004)& ___【2】____); // rGPECON是端口E的控制寄存器
控制闸门关闭和打开的语句分别是：
rGPEDAT = rGPEDAT & ___【3】____; // rGPEDAT是端口E的数据寄存器
rGPEDAT = rGPEDAT | ___【4】____;
（2）IC卡读写电路设计时，选用IC卡读写模块通过异步串行接口与S3C2410连接，利用S3C2410芯片内部的UART1部件实现异步串行接口电路设计。那么，在UART1的驱动程序设计时，可用下面一段程序来初始化UART1部件（注：UART1的波特率要求为：115200bps，数据格式要求为：8位数据、1位停止位、偶校验，主频为PCLK。）。 void UART1_Init() {
rGPHCON=(rGPHCON&0xFFFFF0FF)| ___【5】____; //端口H相应引脚功能初始化
rUFCON1=0x0; //FIFO disable
rUMCON1=0x0;
rULCON1= ( ___【6】____<< 3)|(0 << 2)|( ___【7】____); //设置线路控制寄存器 rUCON1= 0x245; //设置控制寄存器
rUBRDIV1=((int)(PCLK/ ___【8】____)+ 0.5 - 1); //设置波特率，小数采用四舍五入 }
（3）乘客出站时刷的若是\市民卡\，则需要用声音来播报卡的类别，即若是\学生卡\则语音播报：学生卡；若是\老人卡\则语音播报：老人卡。因此，硬件平台构建时设计了一个16位D/A转换器芯片，再加上功率放大电路及扬声器等所构成的语音播报电路，S3C2410芯片通过GPC端口与D/A转换器的16位数据线相连。软件设计时，可以先行对相关的语音波形进行采样、编码。设人的语音频率范围是300Hz~4000 Hz，因此，对语音波形采样时，采样频率至少应为 ___【9】____KHz，所采得的数字语音信号才不至于失真。假设，播音员读\学生卡\的这
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段语音波形持续3秒，采用该采样频率进行采样，数字语音信号编码采用16位二进制数，那么存储该段语音信号约需要 ____【10】___KB（1KB=1024B）的存储容量。语音回放时，按照采样频率要求，定时从所存储的单元中逐次读出先行采样得到的数字语音信号，输出给D/A转换器，然后通过扬声器播出。因此，在相关的驱动程序中，需要用语句：rGPCCON= ___【11】____;（注：rGPCCON是端口C的控制寄存器）来初始化GPC端口的引脚功能。然后通过GPC端口的 ___【12】____寄存器定时输出数字语音信号。
（4）闸门在乘客通过闸机后立即关闭，因此，硬件平台构建时，可在闸门的后方一定距离内安装一个红外感测探头，并在闸机控制器中设计相关接口电路。若采用GPE0引脚来输入红外感测信号，GPE0引脚为\时，表示人体不在感应区内，GPE0引脚为\时，表示人体在感应区内。那么，初始化GPE0引脚功能的语句是： rGPECON=rGPECON & ___【13】____ ; // rGPECON是端口E的控制寄存器
判断是否人体在感应区内的语句可以是： if ((rGPEDAT & 0x0001) == ___【14】____) {//判断出人体在感应区内 …… }
（5）闸机控制器的应用软件将在无操作系统环境下进行开发。设计者可以设计一个启动引导程序，来引导应用程序。按照ARM9体系结构中的规定，启动引导程序代码的存储单元首址应该是 ___【15】____，它对应着复位异常向量。系统上电/复位后，ARM9微处理器处于管理模式，启动引导程序在引导应用程序前，通常需用指令ORR R1,R0, ___【16】____|0xC0和MSR CPSR_cxsf,R1来使ARM核进入用户模式（注：R0，R1寄存器的初值设定为0。CPSR寄存器的格式见题后附录。），然后再通过指令 ___【17】____来引导应用程序主函数main()。启动引导程序中还需要完成异常向量表的设置，ARM9体系结构中规定异常向量之间各相差 ___【18】____个字节，因此，需要在各异常向量处设计一条分支指令。对于S3C2410微处理器来说，其启动引导程序还需要完成禁止看门狗部件和禁止 ___【19】____部件，并设置各工作模式下的 ___【20】____指针。
附录：综合题中完善程序或回答问题所需的寄存器格式
端口C控制寄存器（GPCCON）的格式 符号 位 描述 初始状态 GPC15 [31:30] 00 00=输入 01=输出 10=VD7 11=保留 GPC14 [29:28] 00 00=输入 01=输出 10=VD6 11=保留 GPC13 [27:26] 00 00=输入 01=输出 10=VD5 11=保留 GPC12 [25:24] 00 00=输入 01=输出 10=VD4 11=保留 GPC11 [23:22] 00 00=输入 01=输出 10=VD3 11=保留 GPC10 [21:20] 00 00=输入 01=输出 10=VD2 11=保留 GPC9 [19:18] 00 00=输入 01=输出 10=VD1 11=保留 GPC8 [17:16] 00 00=输入 01=输出 10=VD0 11=保留 GPC7 [15:14] 00 00=输入 01=输出 10=LCDVF2 11=保留 GPC6 [13:12] 00 00=输入 01=输出 10=LCDVF1 11=保留 GPC5 [11:10] 00 00=输入 01=输出 10=LCDVF0 11=保留 GPC4 [9:8] 00 00=输入 01=输出 10=VM 11=保留 GPC3 [7:6] 00 00=输入 01=输出 10=VFRAME 11=保留 GPC2 [5:4] 00 00=输入 01=输出 10=VLINE 11=保留 GPC1 [3:2] 00 00=输入 01=输出 10=VCLK 11=保留 GPC0 [1:0] 00 00=输入 01=输出 10=LEND 11=保留 端口E控制寄存器（GPECON）的格式
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符号 位 描述 初始状态 GPE15 [31:30] 00 00=输入 01=输出 10=IICSDA 11=保留 GPE14 [29:28] 00 00=输入 01=输出 10=IICSCL 11=保留 GPE13 [27:26] 00 00=输入 01=输出 10=SPICLK 11=保留 GPE12 [25:24] 00 00=输入 01=输出 10=SPIMOSI0 11=保留 GPE11 [23:22] 00 00=输入 01=输出 10=SPIMISO0 11=保留 GPE10 [21:20] 00 00=输入 01=输出 10=SDDAT3 11=保留 GPE9 [19:18] 00 00=输入 01=输出 10=SDDAT2 11=保留 GPE8 [17:16] 00 00=输入 01=输出 10=SDDAT1 11=保留 GPE7 [15:14] 00 00=输入 01=输出 10=SDDAT0 11=保留 GPE6 [13:12] 00 00=输入 01=输出 10=SDCMD 11=保留 GPE5 [11:10] 00 00=输入 01=输出 10=SDCLK 11=保留 GPE4 [9:8] 00 00=输入 01=输出 10=IISSDO 11=保留 GPE3 [7:6] 00 00=输入 01=输出 10=IISSDI 11=保留 GPE2 [5:4] 00 00=输入 01=输出 10=CDCLK 11=保留 GPE1 [3:2] 00 00=输入 01=输出 10=IISSCLK 11=保留 GPE0 [1:0] 00 00=输入 01=输出 10=IISLRCK 11=保留 端口H控制寄存器（GPHCON）的格式 符号 位 描述 初始状态 GPH10 [21:20] 00=输入 01=输出 10=CLKOUT1 11=保留 00 GPH9 [19:18] 00=输入 01=输出 10=CLKOUT0 11=保留 00 GPH8 [17:16] 00=输入 01=输出 10=UCLK 11=保留 00 GPH7 [15:14] 00 00=输入 01=输出 10=RXD2 11=nCTS1 GPH6 [13:12] 00 00=输入 01=输出 10=TXD2 11=nRTS1 GPH5 [11:10] 00=输入 01=输出 10=RXD1 11=保留 00 GPH4 [9:8] 00=输入 01=输出 10=TXD1 11=保留 00 GPH3 [7:6] 00=输入 01=输出 10=RXD0 11=保留 00 GPH2 [5:4] 00=输入 01=输出 10=TXD0 11=保留 00 GPH1 [3:2] 00=输入 01=输出 10=nRTS0 11=保留 00 GPH0 [1:0] 00=输入 01=输出 10=nCTS0 11=保留 00 ULCONn寄存器的格式 符号 位 描述 初始状态 Reserved [7] 0 保留 Infra-Red Mode [6] 确定是否采用红外模式 0 = 正常操作模式 1 = 红外0 传输模式 Parity Mode [5:3] 确定校验类型 0xx = 无校验 100 = 奇校验 101 = 000 偶校验 Stop Bit [2] 0 确定停止位数 0 = 1位停止位 1 = 2位停止位 Word Length [1:0] 确定数据位数 00 = 5位 01 = 6位 10 = 7位 11 = 00 8位 CPSR寄存器（32位寄存器）的格式（注：仅给出了最后5位，即工作模式选择位） M4 M3 M2 M1 M0
1 0 0 0 0 用户模式 1 0 0 0 1 FIQ模式 1 0 0 1 0 IRQ模式 1 0 0 1 1 管理模式 1 0 1 1 1 中止模式 1 1 0 1 1 未定义模式 1 1 1 1 1 系统模式
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【解题思路】
本题主要考查基于S3C2410的地铁进出站闸机系统开发。包括嵌入式最小硬件系统构成，GPIO引脚功能及相应初始化设置，GPC和GPD作为LED显示器接口引脚，GPE作为输入输出，还考察了香农定理，ARM9体系结构中的异常向量等相关知识。
【参考答案及解析】
第1空答案：电源；最小硬件系统的组成。
第2空答案：0xFFFFFFF7或(~0x00000008)或~0x00000008；和0相与清零，和1相与保持不变。和0相或保持不变，和1相或置1。00为输入，01为输出，则初始化GPE1引脚功能为输出的语句是：rGPECON=((rGPECON|0x00000004)&0xFFFFFFF7)。
第3空答案：0xFFFD或(~0x0002)或~0x0002；GPE1引脚输出\时，控制闸门关闭，即rGPEDAT = rGPEDAT &0xFFFD。
第4空答案：0x0002；GPE1引脚输出\时，控制闸门打开。即rGPEDAT = rGPEDAT | 0x0002。
第5空答案：0x00000A00；GPH5中10=RXD1，GPH4中10=TXD1。所以端口H的初始化语句为先清零、再置一，即 rGPHCON=(rGPHCON&0xFFFFF0FF)|0x00000A00。
第6空答案：5；8位数据位、1位停止位、偶校验。在ULCON中，[1:0]：11 = 8位；[2]：0 = 1位停止位；[5:3]：101 = 偶校验；[6]：0 = 正常操作模式。即rULCON1= (5<< 3)|(0 << 2)|(3)。
第7空答案：3；
第8空答案：115200*16=1843200；设置波特率。
第9空答案：8；根据香农采样定理可得。
第10空答案：46.875；采样频率为8KHz，采样周期为125us，样本值用16位二进制数进行编码。则3s的语音片段的存储容量为：(3*16)/(125us*8)=46.875。
第11空答案：0x55555555；00为输入，01为输出，则初始化GPC关口功能为输出的语句是：rGPCCON= 0x55555555。
第12空答案：数据；
第13空答案：0xFFFFFFFC或~0x00000003或(~0x00000003)；采用GPE0引脚来输入红外感测信号，GPE0引脚为\时，表示人体不在感应区内，GPE0引脚为\时，表示人体在感应区内。则初始化GPE0引脚功能的语句是：rGPECON=rGPECON & 0xFFFFFFFC。
第14空答案：0x0000；判断人体是否在感应区内的语句为：if ((rGPEDAT & 0x0001) == 0x0000)，若为真，则表示人体在感应区内。
第15空答案：0x00000000或0x00；对应复位异常向量。
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第16空答案：0x10或0x00000010或16；用户模式中[M4 M3 M2 M1 M0]=[1 0 0 0 0]。即ORR R1,R0,0x10|0xC0。
第17空答案：BL _main；
第18空答案：4；ARM9体系结构中规定异常向量之间各相差4个字节，因此，需要在各异常向量处设计一条分支指令。
第19空答案：外部中断；
第20空答案：堆栈
操作题（二）
1、某食堂的售饭系统由一个后台数据库系统及若干个前台刷卡机组成，其基本功能具体描述如下：
a、刷卡机的硬件组成中，除了必须的最小硬件系统外，还需要IC卡读写模块、8段LED组成的显示模块、键盘模块、蜂鸣器模块、RS-485通信模块等。
b、客户需要事先办理本系统的消费IC卡，预存若干金额，办卡信息及预存金额存储在后台数据库系统中。 c、客户消费时，用IC卡在刷卡机上支付。支付时，由售饭员在刷卡机上输入客户缴费金额且在LED显示器上显示，然后客户刷卡，若IC卡合法，则把缴费金额和IC卡信息传输给后台数据库系统。若IC卡不合法，用蜂鸣器发不合法提示音。
d、后台数据库系统接收到刷卡机的信息后，将根据IC卡号查询出该卡的余额，若余额大于等于应缴费额，则进行扣费，再把当前余额及扣费正确信息回传给刷卡机。若余额小于应缴费额，则回传扣费不正确信息给刷卡机。 e、刷卡机接收到回传的信息后，显示回传的余额，且若是扣费正确信息，则用蜂鸣器发\扣费正确\提示音；若是扣费不正确信息，则用蜂鸣器发\扣费不正确\提示音。
根据上述功能要求的描述，若采用S3C2410芯片为核心来构建刷卡机的硬件平台，请完善下面的叙述（程序）和回答有关的问题。
（1）在设计硬件时，最小的硬件系统是保证系统能正常工作的必要硬件组成。它包括电源电路、 ___【1】____、复位电路、调试测试接口、以及 ___【2】____ 。
（2）若在硬件设计时，选用8个共阴极的8段LED（其排列如图1所示）组成2组显示器（1组4个8段LED），用于显示当前消费金额和余额。
若采用GPC0~GPC6、GPC7外接同向驱动后，分别连接到显示\消费金额\的LED显示器段信号线a~f、dp上，采用GPD0~GPD3外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位~高数据位的4个8段LED位信号线。
另外采用GPC8~GPC14、GPC15外接同向驱动后，分别连接到显示\余额\的LED显示器段信号线a~f、dp上，采用GPD4~GPD7外接同向驱动后分别控制该组显示器中低数据位~高数据位的4个8段LED位信号线。
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计算机三级嵌入式系统操作题（到详细解答）
