2. 从业资格
  3. 某公司承接了一个数据采集与处理系统的项目，由刘工负责系统的方案设计，刘工的设计方

某公司承接了一个数据采集与处理系统的项目，由刘工负责系统的方案设计，刘工的设计方

考试题库2022-08-02  33
问题 某公司承接了一个数据采集与处理系统的项目，由刘工负责系统的方案设计，刘工的设计方案如图1所示。该方案是基于PCI总线的多功能处理系统，PCI设备1是以太网，PCI设备2用于数据采集，PCI设备3、PCI设备4用于和该系统中的其他处理模块进行互联，LEGACY设备1、LEGACY设备2用于处理系统中一些慢速设备。1、在以下描述PCI总线的基本概念中，正确的表述有______、______、______、______、______、______。    A．PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线    B．PCI总线的基本传输机制是猝发式传送    C．PCI设备一定是主设备    D．PCI的物理地址与其他总线一样，是由内存地址空间和I/O地址组成    E．PCI设备的地址译码不能对配置空间直接寻址    F．PCI设备识别主要是对开发商代码和设备代码进行识别    G．访问配置空间时，PCI桥应提供IDSEL信号以选择PCI设备    H．系统中只允许有一条PCI总线    I．PCI总线是高速串行总线    J．PCI总线有3种桥，即HOST/PCI桥，PCI/PCI桥，PCI/LEGACY桥    K．PCI桥是可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间2、PCI设备2和主CPU之间采用双口RAM方式交换数据，双口RAM是常见的共享式多端口存储器，其最大的特点是存储数据共享。它允许两个独立的CPU或控制器同时异步访问存储单元。既然数据共享，就必须存在访问仲裁控制，否则就会出现错误或冲突。内部仲裁逻辑控制提供以下功能：对同一地址单元访问的时序控制；存储单元数据块的访问权限分配；信令交换逻辑(例如中断信号)等。    两个端口对同一内存操作有4种情况：A．两个端口同时对同一地址单元读出数据；B．两个端口同时对同一地址单元写入数据；C．两个端口不同时对同一地址单元存取数据；D．两个端口同时对同一地址单元，一个写入数据，另一个读出数据。    在上述情况下，两个端口的存取不会出现错误的是______和______，会出现写入错误的是______，会出现读出错误的是______。3、PCI设备2和主CPU之间通过双端口存储器进行数据交换。刘工设计了环形队列的实现方式。设备2向环形队列写入数据，主CPU从环形队列读取数据。环形队列是一个首尾相连的FIFO数据结构，采用数组存储，到达尾部时将转回到0位置，该转回是通过取模操作来实现的。因此环形队列逻辑上是将数组元素q[0]与q[MAX-1]连接，形成一个存放队列的环形空间。为了方便读写，还要用数组下标来指明队列的读写位置，其中head指向可以读的位置，tail指向可以写的位置，环形队列如图2所示。使用环形队列时需要判断队列为空还是为满。当tail追上head时，队列为满，当head追上tail时，队列为空。通常判断环形队列为空/为满有两种判断方法。    (1)附加一个标志位tag，当head赶上tail，队列空，则令tag=0，当tail赶上head，队列满，则令tag=1；    (2)限制tail赶上head，即队尾结点与队首结点之间至少留有一个元素的空间。队列空：head==tai；队列满：(tail+1)%MAXN==head。    如果采用第一种方法(即附加标志实现算法)，则环形队列的结构定义如下： typedef struct ringg    {    int head; /*头部,出队列方向*/    int tail; /*尾部,入队列方向*/    int tag;    int size; /*队列总尺寸*/    int space[RINGQ_MAX]; /*队列空间*/    }RINGQ;    RINGQ p, *q;    q=&p;   初始化环形队列的C语言代码为：    q-＞head=q-＞tail=q-＞tag=0;    q-＞size=RINGQ_MAX;    判断队列为空的C语言代码为______。判断队列为满的C语言代码为______。入队操作时，如果队列不满，则入队后更新尾指针的C语言代码为q-＞tail=______。出队操作时，如果队列不空，则出队后更新头指针的C语言代码为q-＞head=______。如果采用第二种方法，还采用上述数据结构，初始化环形队列的C语言代码为：q-＞head=q-＞tail=0;    q-＞size=RINGQ_MAX;    判断队列为空的C语言代码为______。    判断队列为满的C语言代码为______。    入队操作时，如果队列不满，则入队后更新尾指针的C语言代码为q-＞tail=______。 出队操作时，如果队列不空，则出队后更新头指针的C语言代码为q-＞head=______。
选项
答案
解析 1、B、E、F、G、J、K2、A  C  B  D3、(q-＞head==q-＞tail)&&(q-＞tag=0)    ((q-＞head=q-＞tail)&&(q-＞tag==1))    (q-＞tail+1)%q-＞size    (q-＞head+1)%q-＞size    (q-＞head==q-＞tail)    (q-＞head==(q-＞tail+1)%q-＞size))    (q-＞tail+1)%q-＞size    (q-＞head+1)%q-＞size1、本题考查嵌入式系统中计算机总线、存储、环形队列等相关知识。    该方案是基于PCI总线的多功能处理系统。PCI(Peripheral Component Interconnect)总线是一种高性能局部总线，是为了满足外设间以及外设与主机间高速数据传输而提出来的。在数字图形、图像和语音处理，以及高速实时数据采集与处理等对数据传输率要求较高的应用中，采用PCI总线来进行数据传输，可以解决原有的标准总线数据传输率低带来的瓶颈问题。    PCI总线是一种树型结构，并且独立于CPU，可以和CPU并行操作。PCI总线上可以挂接PCI设备和PCI桥片，一个PCI设备可以既是主设备也是从设备，但是在同一个时刻，这个PCI设备或者为主设备或者为从设备。在PCI总线中有3类设备，PCI主设备、PCI从设备和桥设备。其中PCI从设备只能被动地接收来自HOST主桥，或者其他PCI设备的读写请求；而PCI主设备可以通过总线仲裁获得PCI总线的使用权，主动地向其他PCI设备或者主存储器发起存储器读写请求。而桥设备的主要作用是管理下游的PCI总线，并转发上下游总线之间的总线事务。PCI总线有3种桥，即HOST/PCI桥、PCI/PCI桥和PCI/LEGACY桥。    PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的。这样做的好处是，一方面可以节省接插件的管脚数，另一方面便于实现猝发数据传输。在做数据传输时，由一个PCI设备做发起者(主控，Initiator或Master)，而另一个PCI设备做目标(从设备，Target或Slave)。总线上的所有时序的产生与控制，都由Master来发起。PCI总线在同一时刻只能供一对设备完成传输，这就要求有一个仲裁机构(Arbiter)，来决定谁有权力拿到总线的主控权。    PCI总线有如下显著的特点：    (1)高速性，PCI局部总线以33MHz的时钟频率操作，采用32位数据总线，数据传输速率可高达132MB/s，远超过以往各种总线。而早在1995年6月推出的PCI总线规范2.1已定义了64位、66MHz的PCI总线标准。因此PCI总线完全可为未来的计算机提供更高的数据传送率。另外，PCI总线的主设备(Master)可与计算机内存直接交换数据，而不必经过计算机CPU中转，也提高了数据传送的效率。   (2)即插即用性，PCI设备识别主要是对开发商代码和设备代码进行识别，PCI设备的硬件资源，则是由计算机根据其各自的要求统一分配，绝不会有任何的冲突问题。作为PCI板卡的设计者，不必关心计算机的哪些资源可用，哪些资源不可用，也不必关心板卡之间是否会有冲突。    (3)可靠性，PCI独立于处理器的结构，形成一种独特的中间缓冲器设计方式，将中央处理器子系统与外围设备分开。这样用户可以随意增添外围设备，以扩充计算机系统而不必担心在不同时钟频率下会导致性能的下降。PCI总线增加了奇偶校验错(PERR)、系统错(SERR)、从设备结束(STOP)等控制信号及超时处理等可靠性措施，使数据传输的可靠性大为增加。    (4)复杂性，PCI总线强大的功能大大增加了硬件设计和软件开发的实现难度。硬件上要采用大容量、高速度的CPLD或FPGA芯片来实现PCI总线复杂的功能。软件上则要根据所用的操作系统，用软件工具编制支持即插即用功能的设备驱动程序。    (5)自动配置，PCI总线规范规定PCI设备可以自动配置。PCI定义了3种地址空间：存储器空间、输入/输出空间和配置空间，每个PCI设备中都有256字节的配置空间用来存放自动配置信息，在系统初始化时，通过idsel引脚片选决定PCI设备，自动根据读到的有关设备的信息，结合系统的实际情况为设备分配存储地址、中断和某些定时信息。    (6)共享中断，PCI总线是采用低电平有效方式，多个中断可以共享一条中断线。    (7)扩展性好，如果需要把许多设备连接到PCI总线上，而总线驱动能力不足时，可以采用多级PCI总线，这些总线上均可以并发工作，每个总线上均可挂接若干设备。因此PCI总线结构的扩展性是非常好的。    (8)多路复用，在PCI总线中为了优化设计采用了地址线和数据线共用一组物理线路，即多路复用。PCI接插件尺寸小，又采用了多路复用技术，减少了元件和管脚个数，提高了效率。    (9)严格规范，PCI总线对协议、时序、电气性能、机械性能等指标都有严格的规定，保证了PCI的可靠性和兼容性。由于PCI总线规范十分复杂，其接口的实现就有较高的技术难度。2、双口RAM是在一个存储器上具有两套完全独立的数据线、地址线和读写控制线，并允许两个独立的系统同时对该存储器进行随机性的访问。每个读写口都有一套自己的地址寄存器和译码电路，可以并行地独立工作。两个读写口可以按各自接收的地址同时读出或写入，或一个写入而另一个读出。与两个独立的存储器不同，两个读写口的访存空间相同，可以访问同一个存储单元。通常使双端口存储器的一个读写口面向CPU，另一个读写口则面向外设或输入/输出处理机。如图3所示。双口RAM最大的特点是存储数据共享。一个存储器配备两套独立的地址、数据和控制线，允许两个独立的CPU或控制器同时异步地访问存储单元。因为数据共享，就必须存在访问仲裁控制。当两个端口对同一内存操作时，当两个端口同时对同一地址单元读出数据，或者两个端口不同时对同一地址单元存取数据的情况下，两个端口的存取不会出现错误；当两个端口同时对同一地址单元写入数据的情况下，会出现写入错误；当两个端口同时对同一地址单元，一个写入数据，另一个读出数据的情况下，会出现读出错误。3、环形队列是在实际编程极为有用的数据结构，它有如下特点：它是一个首尾相连的FIFO的数据结构，采用数组的线性空间；数据组织简单，能很快知道队列是否满或空；能以很快的速度来存取数据。因为简单高效，甚至在硬件都实现了环形队列。    内存上没有环形的结构，因此环形队列实际上是数组的线性空间来实现。那当数据到了尾部如何处理呢?它将转回到0位置来处理。这个转回是通过数组下标索引取模操作(Index% MAXN)来实现的。    因此环列队列的是逻辑上将数组元素q[0]与q[MAXN-1]连接，形成一个存放队列的环形空间。为了方便读写，还要用数组下标来指明队列的读写位置。定义Head/tail两个变量，其中head指向可以读的位置，tail指向可以写的位置。   环形队列的关键是判断队列为空，还是为满。当tail追上head时，队列为满；当head追上tail时，队列为空。但如何知道谁追上谁，还需要一些辅助的手段来判断。    如何判断环形队列为空、为满有两种判断方法。一是附加一个标志位tag，当head赶上tail，队列空，则令tag=0，当tail赶上head，队列满，则令tag=1；二是限制tail赶上head，即队尾结点与队首结点之间至少留有一个元素的空间。队列空时head==tail，队列满时(tail+1)%MAXN=head。    入队操作时，如队列不满，则写入q-＞tail=(q-＞tail+1)%q-＞size；出队操作时，如果队列不空，则从head处读出。下一个可读的位置在q-＞head=(q-＞head+1)%q-＞size。
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