问答题
试题二
阅读以下关于某嵌入式处理器和存储器方面的说明，回答下列问题。
[说明]
在某嵌入式系统设计中，需要使用嵌入式主处理器对外围模拟视频信号进行采集、编码、存储和网络传输。图1为李工设计的该嵌入式系统的原理框图：采用两片TVP5146芯片进行两路模拟视频数据采集，在该处理器外围采用MAX3232芯片进行串口扩展，以方便系统调试，同时在该原理图中还设计了相应的Flash存储器接口，DDR存储器，网络及电源等电路。
在该电路设计中，视频采集芯片TVP5146需要主处理器通过I2C接口进行采集模式、亮度、对比度、增益等参数的调节，但是主处理器只有一个I2C接口，因此需要将两个TVP5146挂载的同一个I2C总线上，如图2所示TVP5146的I2C芯片地址选择如表1所示，当进行I2C读时，I2C地址的最低位是1，当进行写操作时，I2C地址最低位是0，A0由外围电路的高低电平决定，高电平为1，低电平为0。
阅读以下关于某嵌入式处理器和存储器方面的说明，回答下列问题。
[说明]
在某嵌入式系统设计中，需要使用嵌入式主处理器对外围模拟视频信号进行采集、编码、存储和网络传输。图1为李工设计的该嵌入式系统的原理框图：采用两片TVP5146芯片进行两路模拟视频数据采集，在该处理器外围采用MAX3232芯片进行串口扩展，以方便系统调试，同时在该原理图中还设计了相应的Flash存储器接口，DDR存储器，网络及电源等电路。
在该电路设计中，视频采集芯片TVP5146需要主处理器通过I2C接口进行采集模式、亮度、对比度、增益等参数的调节，但是主处理器只有一个I2C接口，因此需要将两个TVP5146挂载的同一个I2C总线上，如图2所示TVP5146的I2C芯片地址选择如表1所示，当进行I2C读时，I2C地址的最低位是1，当进行写操作时，I2C地址最低位是0，A0由外围电路的高低电平决定，高电平为1，低电平为0。
问答题
(答案用十六进制表示，比如0xAA)
根据图2及表1所示，对图2中的TVP5146(1)和TVP5146(2)两个芯片分别进行I2C读写操作时，其对应的地址依次是：
TVP5146(1)读操作时的I2C地址： ____(1)____
TVP5146(1)写操作时的12C地址： ____(2)____
TVP5146(2)读操作时的12C地址： ____(3)____
TVP5146(2)写操作时的I2C地址： ____(4)____
根据图2及表1所示，对图2中的TVP5146(1)和TVP5146(2)两个芯片分别进行I2C读写操作时，其对应的地址依次是：
TVP5146(1)读操作时的I2C地址： ____(1)____
TVP5146(1)写操作时的12C地址： ____(2)____
TVP5146(2)读操作时的12C地址： ____(3)____
TVP5146(2)写操作时的I2C地址： ____(4)____
【正确答案】 (1)0xB9 (2)0xB8 (3)0xBB (4)0xBA
【答案解析】 本题考查嵌入式系统设计，涉及嵌入式软件和硬件基础知识的应用，尤其是嵌入式处理器外设控制及操作方面。
本问题主要考查嵌入式系统软硬件协同设计中外设控制器TVP5146(I2C设备)的操作访问以及串口配置的基本软硬件应用知识。
I2C(Inter—Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在1980年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。
I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器)，又是发送器(或接收器)，这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
(1)开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
(2)结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
(3)应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
I2C规程运用主/从双向通信。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件(通常为微控制器)控制，主器件产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL，为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符(不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010)，接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写，根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。
目前很多的处理器都集成了I2C接口，同时外围的控制设备也具有I2C从接口。对于从设备的访问需要依赖于I2C地址，同时挂载在同一个总线上面的从设备的I2C地址必须互不相同。通常一个嵌入式系统中可能包含多个I2C从设备，需要对每个设备配置相应的地址。不同的从设备其对应的I2C地址会有多种不同配置方法，有些是出厂固定，有些是可以通过外部地址线来配置。 该题目中的地址线即通过外部的A0地址来进行配置。按照其给出的电路连接方式，即可确定不同I2C设备的地址。
TVP5146(1)读操作时的I2C地址：0xB9
TVP5146(1)写操作时的I2C地址：0xB8
TVP5146(2)读操作时的I2C地址：0xBB
TVP5146(2)写操作时的I2C地址：0xBA
本问题主要考查嵌入式系统软硬件协同设计中外设控制器TVP5146(I2C设备)的操作访问以及串口配置的基本软硬件应用知识。
I2C(Inter—Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在1980年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。
I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器)，又是发送器(或接收器)，这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
(1)开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
(2)结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
(3)应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
I2C规程运用主/从双向通信。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件(通常为微控制器)控制，主器件产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL，为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符(不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010)，接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写，根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。
目前很多的处理器都集成了I2C接口，同时外围的控制设备也具有I2C从接口。对于从设备的访问需要依赖于I2C地址，同时挂载在同一个总线上面的从设备的I2C地址必须互不相同。通常一个嵌入式系统中可能包含多个I2C从设备，需要对每个设备配置相应的地址。不同的从设备其对应的I2C地址会有多种不同配置方法，有些是出厂固定，有些是可以通过外部地址线来配置。 该题目中的地址线即通过外部的A0地址来进行配置。按照其给出的电路连接方式，即可确定不同I2C设备的地址。
TVP5146(1)读操作时的I2C地址：0xB9
TVP5146(1)写操作时的I2C地址：0xB8
TVP5146(2)读操作时的I2C地址：0xBB
TVP5146(2)写操作时的I2C地址：0xBA
问答题
(答案用十六进制表示，比如0xAA)
在图2原理图设计中，主处理器的串口控制器的时钟为27M，在进行串口调试时，李工需要将串口配置为9600bps的波特率，需要对串口控制器的DLL(Divisor Latches Low寄存器)和DLH(Divisor Latches High寄存器)进行配置，DLL和DLH的寄存器分别如图2-3和图2-4所示。
【正确答案】 (1)0xFC或者0xFD (2)0x0A
【答案解析】 本题考查嵌入式系统中的硬件驱动配置，要求考生能够正确配置串口的波特率。
在图2原理图设计中，主处理器的串口控制器的时钟为27M，在进行串口调试时，需要将串口配置为9600bps的波特率，需要对串口控制器的DLL(Divisor Latches Low寄存器)和DLH(Divisor Latches High寄存器)进行配置，同时该题目给出了DLL和DLH的寄存器定义。由定义可以看出来，其DLH和DLL分别为16位寄存器，但是只有低8位是有效的。
在该题目中给出了对应的串口控制器的时钟，其波特率配置寄存器DLL和DLH的配置实际就是依据时钟和需要配置的波特率数值进行计算。在实际的嵌入式系统的驱动程序设计中，对于驱动的设计也就是如此。其计算方法为：
(1)9600bps的波特率则意味着每个比特位数传输所需要的时间为1/9600秒。
(2)串口控制器的时钟为27M，说明其对应的时钟周期时间为1/(27*1000*1000)秒。
(3)因此，传输每个比特位所需要的时钟周期数目为：(1/9600)/(1/(27*1000*1000))=2812.5。
2815.2换算为十六进制为AFCH或者是AFDH，因此对应的DLH设置为高8位，0x0A，对应的DLL设置为低8位，为0xFC或者0xFD。
问答题
(答案用十六进制表示，比如0xAA)
在李工对TVP5146进行配置时，需要编写I2C的读写函数，在进行I2C的读写操作时，需要对I2C的控制寄存器、数据寄存器以及状态寄存器进行配置和查询。具体的写操作流程为：先配置控制寄存器为写模式，再检查状态寄存器，如果准备就绪，则向数据寄存器写数据，写完之后进行状态寄存器查询状态，根据状态退出写操作。具体的读操作流程为：先配置控制寄存器为读模式，再检查状态寄存器，如果准备就绪，则从数据寄存器中读出，然后退出。李工所选用的处理器对应的I2C控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器各自的定义如表2表3和表4所示。
在李工对TVP5146进行配置时，需要编写I2C的读写函数，在进行I2C的读写操作时，需要对I2C的控制寄存器、数据寄存器以及状态寄存器进行配置和查询。具体的写操作流程为：先配置控制寄存器为写模式，再检查状态寄存器，如果准备就绪，则向数据寄存器写数据，写完之后进行状态寄存器查询状态，根据状态退出写操作。具体的读操作流程为：先配置控制寄存器为读模式，再检查状态寄存器，如果准备就绪，则从数据寄存器中读出，然后退出。李工所选用的处理器对应的I2C控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器各自的定义如表2表3和表4所示。
【正确答案】 (1)*pdata=I2C_DATA (2)0x8003
(3)I2C_DATA=wdata (4)I2C_STAT&Ox80
【答案解析】 本问题考查I2C设备的读写操作过程，要求考生能够正确的根据给出的寄存器，以及对应的逻辑要求，补全相关代码。
对I2C的操作过程实际上就是对外部设备的操作过程。这里的I2C读写函数只是给出了原子性的读写实现方法，至于操作哪类I2C设备，即读、写哪个I2C设备的哪些地址，这需要在外部逻辑实现中考虑。
在I2C的读操作中，其逻辑过程为从I2C_DATA寄存器中获取准备好的I2C数据，其核心在于等待I2C控制寄存器准备好数据，实现方法为查询对应的状态寄存器的某个比特位。同时，在读操作中，需要首先将I2C控制寄存器修改为读控制状态。
在I2C的写操作中，逻辑过程为：先将I2C控制寄存器配置为写控制状态，将要写出的数据写到I2C_DATA寄存器中，然后等待写完毕，等待的方法为查询寄存器状态，待状态表明写完毕后，此次写操作才算完成。
对I2C的操作过程实际上就是对外部设备的操作过程。这里的I2C读写函数只是给出了原子性的读写实现方法，至于操作哪类I2C设备，即读、写哪个I2C设备的哪些地址，这需要在外部逻辑实现中考虑。
在I2C的读操作中，其逻辑过程为从I2C_DATA寄存器中获取准备好的I2C数据，其核心在于等待I2C控制寄存器准备好数据，实现方法为查询对应的状态寄存器的某个比特位。同时，在读操作中，需要首先将I2C控制寄存器修改为读控制状态。
在I2C的写操作中，逻辑过程为：先将I2C控制寄存器配置为写控制状态，将要写出的数据写到I2C_DATA寄存器中，然后等待写完毕，等待的方法为查询寄存器状态，待状态表明写完毕后，此次写操作才算完成。