Übungsklausur Mikroprozessortechnik und Eingebettete Systeme I

Transkript

1 Übungsklausur Mikroprozessortechnik und Eingebettete Systeme I Aufgabe Punkte Aufgabe 1: / 35 Aufgabe 2: / 25 Aufgabe 3: / 15 Aufgabe 4: / 15 Aufgabe 5: / 35 Aufgabe 6: / 15 Aufgabe 7: / 20 Aufgabe 8: / 30 Aufgabe 9: / 25 Aufgabe 10: / 20 Gesamtpunktzahl: / 235 1

2 Aufgabe 1 (35 Punkte) 1.1 Erläuten Sie den Begriff eingebettetes System. Geben Sie jeweils drei Beispiele für eingebettete Systeme in den Bereichen Automobiltechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, Automatisierungstechnik und Konsumgüterbereich an. 1.2 Skizzieren und erklären Sie, wie die Kommunikation eines eingebetteten Systems mit der Umgebung erfolgt. 2

3 1.3 Beschreiben Sie die typischen Aufgaben von eingebetteten Systemen. Nennen Sie mindestens fünf. 1.4 Skizzieren und erklären Sie kurz die typischen Komponenten von eingebetteten Systemen. 3

4 1.5 Erklären Sie die Begriffe Bottom-Up- und Top-Down -Entwurf anhand von Beispielen. Werten Sie Ihre Aussage hinsichtlich des optimalen Verfahrens. 4

5 Aufgabe 2 (25 Punkte) 2.1 Erklären Sie die folgenden Begriffe: Echtzeit, Rechtzeitigkeit, Weiche Echtzeitbedingung. 2.2 Klassifizieren Sie vier unterschiedliche Architekturen bei Mikroprozessoren. 5

6 2.3 In einem Echtzeitsystem werden 3 Tasks T1, T2, und T3 bearbeitet. Es ist pro Task Ti die Prozesszeit tp und die Verarbeitungszeit tv bekannt. Tasks t V t p T1 2ms 5ms T3 4ms t V 6ms 25ms T4 60ms 100ms t p 200ms Wie hoch ist die durchschnittliche Auslastung, wenn Sie von einer Gleichverteilung der Prozess- und Ausführungszeiten ausgehen? Kann die Echtzeitbedingung eingehalten werden, wenn man von einem Worst-Case- Szenario ausgeht? Begründen Sie es. 6

7 Aufgabe 3 (15 Punkte) 3.1 Nennen Sie Vor- und Nachteile von synchronen und asynchronen Bussen. 3.2 Aus welchen Gründen werden Mikroprozessoren mit Multiplexbus eingesetzt? Wie werden die Adressen und Daten separiert? Zeichnen Sie den prinzipiellen Aufbau eines Mikroprozessorsystems mit einem Multiplexbus. 3.3 Erklären Sie die Begriffe: Daten-, Steuer- und Adressbus. 7

8 Aufgabe 4 (15 Punkte) 4.1 Beschreiben Sie die fünf wichtigsten Einheiten aus denen sich ein Mikroprozessor zusammensetzt. Gehen Sie kurz auf deren Aufgaben ein. 4.2 Eine der Einheiten ist unter anderem für die Decodierung der Opcodes zuständig. Beschreiben Sie die Schritte, welche beim Befehl Kopiere Register 1 in Register 2 erforderlich sind. Gehen Sie davon aus, dass der Programmzeiger bereits auf den Speicherplatz, an dem sich der Opcode des Befehls befindet, verweist. 8

9 Aufgabe 5 (35 Punkte) 5.1 Folgender Maschinencode des 6809-Mikroprozessors ist im Speicher hinterlegt (siehe Tabelle 5.1). Erstellen Sie den dazugehörigen Quelltext in Assembler. Tabelle 5.1. Speicher Speicheradresse (in Hex) Inhalt des Speichers (in Hex) D D D002 8E D D D005 1F D D007 5A D008 ED D D00A 4A D00B A7 D00C 94 9

10 5.2 Wie verändern sich die Speicherinhalte (Tabelle 5.2) und Registerinhalte (Tabelle 5.3) nach der Ausführung dieses Programms. Tabelle 5.2. Speicher Speicheradresse (in Hex) 2220 FF 2221 FF 2222 FF 2223 FF 2224 FF 2225 FF Inhalt des Speichers (in Hex) vorher nachher Tabelle 5.3. Register Register A 00 B 00 D 0000 X 0000 Y 0000 DP 00 Registerinhalte (in Hex) vorher nachher 5.3 Der 6809-Mikroprozessor ist mit 2MHz getaktet. Berechnen Sie die Ausführungszeit dieses Programms. 10

11 5.4 Typisieren Sie die Adressierungsarten der einzelnen Befehle und beschreiben Sie die Funktionsweise von drei verschiedenen Adressierungsarten des rekonstruierten Programms. 11

12 Aufgabe 6 (15 Punkte) 6.1 Zu welcher Klasse wird die von-neumann Architektur nach Flyn scher Klassifikation gezählt? Was sind die Hauptmerkmale dieser Klasse/Architektur? 6.2 Beschreiben Sie, wie es bei der von-neumann Architektur zum sogenannten Bottleneck - ( Flaschenhals ) Problem kommt. 6.3 Zeigen Sie den gravierenden Vorteil, den die Harvard-Architektur gegenüber der von-neumann Architektur besitzt. Wodurch wird dies ermöglicht? Gehen Sie dabei auf den prinzipiellen Aufbau des Systems ein. 6.4 Was macht sich die modifizierte Harvard-Architektur zu Eigen? Zeigen Sie Vor- und Nachteil dieser Modifizierung. 12

13 Aufgabe 7 (20 Punkte) Entwerfen Sie ein Assembler-Programm, das die Multiplikation von zwei beliebigen 8-Bit Zahlen mit Hilfe des Additionsbefehls auf einem 6809 Mikroprozessor durchführt. Gehen Sie davon aus, dass die Zahlen bereits im Speicher unter den Adressen h 2000 und h 2001 hinterlegt sind. Das Ergebnis muss ab der Adresse h 8000 als eine 16-Bit Zahl gespeichert werden. 13

14 Aufgabe 8 (30 Punkte) Entwerfen Sie ein eingebettetes System, das wie folgt aufzubauen ist: 1xMikroprozessor, 1xRAM ( 2K x 8), 1xROM (1K x 8) und eine Parallelschnittstelle (8 x 8Bit Register). Der Mikroprozessor verfügt über 16 Adressleitungen, 8 Datenleitungen und einem R/W-Signal. Der RAM-Speicherbaustein soll ab der Adresse h 9000 im Adressraum liegen. Der ROM- Speicherbaustein soll am Anfang des Adressraums liegen. Die Parallelschnittstelle verfügt über drei Register-Select Signale (RS0, RS1 u. RS2) und soll am Ende des Adressraumes liegen. 8.1 Welchen Zweck erfüllt die Adressdecodierung in einem Mikroprozessorsystem? 8.2 Erläuten Sie die Vorteile der vollständigen Adressierung. 8.3 Erstellen Sie das entsprechende Adressmapping und tragen Sie alle Adressbereiche ein. Dabei soll es sich um eine vollständige Adressdecodierung handeln. Baustein Bereich 14

15 8.4 Entwickeln Sie den für diese Aufgabenstellung erforderlichen Adressdecoder mit herkömmlichen Logikbausteinen.. Die Chip-Select Signale sollen Low-Active sein (d.h. /CS=0). Entwerfen Sie das Schaltbild. 15

16 8.5 Wie ändert sich das Adressmapping, wenn statt eines RAM Speicherbausteins vier RAM Speicherbausteine (jeweils 512Byte x 8) ab der Adresse h 9000 anliegen sollen? Hinweis: die RAM-Bausteine sollen aufeinander folgend im Adressraum liegen! Baustein Bereich 8.6 Erklären Sie den Unterschied zwischen speicherbezogener(memory mapped) und isolierter(isolated) IO-Adressierung. Erläuten Sie Vor- und Nachteile. 16

17 Aufgabe 9 (25 Punkte) Schreiben Sie ein Assembler-Programm, das den Speicherbereich h' h'80ff eines RAM-Bausteins, welcher an einen 6809 Mikroprozessor angeschlossen ist, auf Fehler prüft. Dabei soll der angegebene Speicherbereich mit den Pattern h'55 (b' ) und h'aa (b' ) abwe chselnd beschrieben werden (Schachbrettmuster). Danach wird der Inhalt der Speicherzellen mit den entsprechenden Pattern verglichen. Die Anzahl der fehlerhaften Bytes soll unter der Adresse 0x9000 abgespeichert werden. Zudem sollen die Adressen der fehlerhaften Bytes ab der Adresse 0x9002 aufgelistet werden. 17

18 Aufgabe 10 (20 Punkte) CPU A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 1 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 D0-D7 /CS R/W ROM D0-D7 R/W & & A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 RAM I/O P N P 3 P 2 P 1 P 0 /CS I/O R/W D0-D7 A3 A2 A1 A0 /CS R/W D0-D Erläuten Sie die Vor- und Nachteile der unvollständigen Adressierung. 18

19 10.2 Erstellen Sie anhand der oberen Schaltung das zugehörige Adressmapping. Baustein Bereich 10.3 Welche der Bausteine werden über die vollständige bzw. unvollständige Adressierung selektiert? 10.4 Wie groß sind die Speicherbausteine ROM und RAM (in K Byte) und wie viel I/O Ports mit jeweils einer Datenbreite von 8 Bit können selektiert werden, wenn jede Adresse einem I/O Port entspricht? 10.5 Wie oft findet die Spiegelung des Adressbereichs für die Bausteine statt, die unvollständig adressiert sind? 19