ARM嵌入式系统基础教程期中开卷含答案

ARM嵌入式系统基础教程期中开卷含答案

ARM嵌入式系统基础教程 __ 期中开卷 专业：软件1班 姓名： 学号：

一、 嵌入式系统基本概念 1、 什么是嵌入式系统？有何特点？ 答：所谓嵌入式,实际上是“嵌入式计算机系统”，的简称，它是相对于通用计算机 系统而言，注重于发展独立的单芯片技术。嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装 置、机器和设备运行的装置”。

特点:(1)嵌入式系统是将先进的计算机技术，半导体技术以及电子技术与各行业的 具体应用相结合的产物，这一点就决定了他必然是一个技术密集，资金密集，高 度分散，不断创新的知识集成系统。（2）系统内核小 (3)专用性强 （4）系统精 简 （5）系统软件要求 （6）嵌入式软件开发要走向标准化，需要使用多任务的 操作系统。（7）嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。

2、 举例在你的身边常见到的嵌入式系统产品，谈一谈你对“嵌入式系统”的初步理解。

答：产品有：洗衣机，空调，手机。

嵌入式系统就是内置小计算机系，可以对机器进行智能控制的系统。 3、 嵌入式系统的3个基本特点？ 答：（1）专用性 （2）嵌入型 （3）计算机系统 4、 什么是嵌入式处理器，嵌入式处理器可以分为几大类？ 答：嵌入式处理机是嵌入式的核心，是控制，辅助系统运行的硬件单元。

分类：四大类（1）嵌入式微处理器 （2）嵌入式微控制器 （3）嵌入式DSP处 理器（4）SoC片上系统 5、 广泛使用的三种类型的操作系统？ 答：多道批处理操作系统、分时操作系统以及实时操作系统。 6、 列举常见的4种嵌入式操作系统？说明你对嵌入式操作系统的基本认识，嵌入式操作系统在嵌入式系统开发中的必要性。

答：嵌入式Linux、Win CE、VxWorks、μC/OS-II 没有操作系统的计算机效率十分底下，把操作系统嵌入到计算机中，可以提高 系统的可靠性，开发效率，缩短了开发周期。

二、 ARM7体系结构 1、 ARM是什么样的公司？ 答：它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的 RISC处理器。特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导 体、软件和OEM厂商，并提供服务。

2、 什么是RISC？什么是CISC？ 答：RISC是精简指令集计算机的缩写。CISC是复杂指令集计算机的缩写。

3、 举出2个ARM公司当前应用比较多的ARM处理器核？ 答：ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、ARM11系列、intel的Xscale系列和MPCore系列。

4、 __I中的T、D、S、I分别表示什么含义？ 答：T：支持高密度16位的Thumb指令集 D：支持片上调试 S：__I 的可综合（synthesizable）版本（软核）

I：支持EmbededICE观察硬件 M：支持64位乘法 5、 __I处理器采用什么样的体系结构，其可寻址地址空间多大？ 答：ARM处理器使用冯.

诺依曼结构 使用单个平面的232个8位字节地址空间。地址空间可以看作是包含230个32位字， 或231个16位半字。

6、 __I处理器采用几级流水线处理，使用何种存储器编址方式？ 答：__I处理器采用三级流水线。

ARM处理器将存储器看做是一个从0开始的线性递增的字节集合。 7、 ARM处理器哪几种状态和模式？ 答：共7种。 （1）

用户模式 （2）快速中断模式 （3）外部中断模式 （4）管理模式 （5）数据访问中断模式 （6）系统模式 （7）未定义指令模式 8、 简述ARM处理器两种状态的应用特点。

答：ARM状态：处理器执行32位字对齐方式的ARM指令，每条ARM指令长度 为32位，指令的功能强大，处理器默认为此状态。 Thumb状态：处理机执行16位半字对齐方式的Thumb。每条Thumb指令长 度为16位，是ARM指令功能的子集。 9、 简述ARM处理器7种模式的应用特点。

答：（1）用户模式：ARM处理器正常的程序执行模式。 （2）快速中断模式：用于高速数据传输或通道处理。 （3）外部中断模式：用于通用的中断处理。 （4）管理模式：操作系统使用的保护模式。

（5）数据访问中断模式：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟 存储及存储保护。

（6）系统模式：运行具有特权的操作系统任务。

（7）未定义指令模式：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件 处理器的软件仿真。

10、 结合CPSR的结构，说明其中的M[4:0]的作用和T位的作用。 答：M[4:0]是模式控制位，这些位决定处理器的工作模式。 T位：T位标志控制处理器按照ARM指令集运行，还是按照Thumb指令集 运行。

11、 结合CPSR的结构，说明其中的I位和F位的作用。

答：I位和F位都是中断禁止标志位，用来时能或禁止ARM的两种外部中断。

12、 简述__I内部有哪些寄存器及特点。

答：分别为31个通用32位寄存器和6个状态寄 存器。它们不能在同一使劲同时被访 问，对其的访问取决于处理器状态和处理器模式。 13、 结合下表简述FIQ模式下有哪几个私有寄存器，这些私有寄存器有何使用特点？ 答：FIQ模式下私有寄存器有R8-fiq，R9-fiq，R10-fiq，R11-fiq，R12-fiq，R13-fiq，R14-fiq，和SPSR-fiq。

这些寄存器使得在发生FIQ中断，处理器不必为保护寄存器而浪费时间，从而加速了FIQ的处理速度。

14、 __I中的PC指向的是下一条将要执行的指令，这句话对吗？为什么？ 答：不对，PC中的内容总是指向正在“取指”指令的地址。 15、 简述ARM处理器的CPSR和SPSR的功能、作用和工作方式。 答：CPSR是当前状态寄存器，他可以在任何运行模式下被访问，它

包括条件标 志位，中断标志位，当前处理器模式标志位，以及其他的一些相关的控制盒状态 位。ARM内核就是通过使用CPSR来监视和控制内部操作的。

SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。

16、 简述ARM7的内部寄存器R13、R14、R15的主要功能、作用和工作方式。

答：R13作为堆栈指针SP，用于指定堆栈操作出入口的地址。其他6个R13寄 存器为堆栈寄存器。为用户模式和系统模式共用一个。 R14可以用作通用寄存器，也可以用作链接寄存器。链接寄存器用于保存子程序 地址或者返回地址。

R15：程序寄存器，总是指向正在“取指”的指令 17、 什么是计算机的寻址方式？__I有几种寻址方式？ 答：寄存器寻址、立即寻址、寄存器移位寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、多 寄存器寻址、堆栈寻址、相对寻址。

18、 什么是堆栈？ARM中的堆栈是如何定义和使用的？ 答：堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端(称为栈顶(top))对数据 项进行插入和删除。

ARM处理器将RB作为堆栈指针SP，用于保存堆栈的出入口处地址。

19、 何谓存储的“大端模式”、“小端模式”？写出数据0x__在0x__字单元中“小端模式”下的存储细节。

答：大端模式：按照数据的低字节存放在高地址中的顺序进行存储。 小端模式：按照数据的高字节存放在高地址中的顺序进行存储。 0x__存放0x78，0x__存放0x56，0x__存放0x34 0x__存放0x12。 20、 什么是“字对齐”和“半字对齐”？ARM指令必须字对齐存放，Thumb指令必须半字对齐存放，这句话正确吗？ 答：如果一个字数据的访问存储地址A能被4整除，即地址的低两位为零，则为 字对齐的存储器访问。

如果一个半数据的访问的存储地址A能被2整除，即地址的最低位为零，则 为半字对齐的存储器访问， 如果Thumb状态下将一个非字对齐的地址写入PC，则数据在写入PC时第 0位被忽略，最终PC的bit0为0，将会产生不可预料的结果。

21、 ARM指令长度和Thumb指令长度固定位长吗？位长分别是多少？ 答：固定 ， ARM为一个字（32bit），Thumb为一个半字（16bit） 22、 __I中的中断分为那两类？在CPU级别如何分别屏蔽？ 答：分别为IRQ，FIQ ，在cpu级别通过状态寄存器CPSR中的I和F位置位来屏蔽。

23、 什么是__I中的异常？简述__I中的复位、IRQ、FIQ和软中断等几种主要异常的控制原理。

答：异常是指正常的程序被暂时中止的状态模式。

复位异常时处理器进行管理模式执行相应操作，I和F均为禁止； 软中断异常 也进入管理模式，I位禁止； IRQ异常时进入中断模式，I位禁止；

FIQ异常进 入快速中断模式，I和F位均为禁止，都是通过异常向量表。

24、 简述__I中产生复位、IRQ、FIQ和软中断等几种主要异常的条件，这几种异常会使ARM分别进入到哪种模式？ARM核响应异常的过程，以及这几种异常地返回指令是什么？ 答：复位异常：当nRESET信号被拉低时，ARM处理器放弃正在执行时的指令，等到nRESET下信号再次变高时，ARM执行下列操作：（1）强制M[4:0]复为__，进入管理模式；

（2）将CPSR中的I和F置位；

（3）将CPSR中的T位清零（4）强制pc从地址0x00开始对下一条指令进行取值；

（5）返回ARM状态并回复执行，无返回指令。

IRQ：只有CPSR中相应的I位被清除时，才可能发生IRQ异常，进入中断模式，内核自动作如下处理：（1）将异常处理的返回地址保存到R14-irq中（2）用户模式的CPSR被保存到SPSR-irq中；

（3）修改CPSR，禁止新的IRQ中断产生，进入ARM状态，IRQ模式（4）置IRQ模式下的IRQ异常处理程序的中断入口地址向量。 地址0x__。

返回指令：subs pc ， R14-irq ， #4 FIQ：只有CPSR中的想用下位被清零时，才发生下IQ异常进入FIQ模式，FIQ中的8个专用寄存器用来保护中断地址。其返回指令：

subs pc，R14-fiq , #4 软中断swi：用于进入“管理模式”，通常用于

请求一个特定的管理函数。返回指令：movs pc，R14-svc 三、 __I指令系统 1、 __I支持哪几种指令集，各有什么特点？ 答：支持ARM指令集和Thumb指令集两种。

ARM指令集：指令32位，效率高，代码密度低，所有ARM指令都是可以有条件 执行的 。

Thumb指令集：指令16位，代码密度较高，Thumb指令仅有一条指令具备条件 执行功 2、 ARM汇编指令的基本格式？ 答：基本指令： 在ARM指令集中，每条指令占有4个字节，即指令长度为32位。 3、 何谓ARM指令的条件码？默认的条件码是什么？举例说明ARM指令的条件码对指令执行的影响。

答：条件码是按照指定条件执行的操作条件：默认条件码是AL（无条件执行）

例子：比较两值大小，并进行相应加1处理： cmp R0，R1； ADDHI R0，R0，#1；

ADDLS R1，R1，#1 4、 解释何为“满堆栈”、“空堆栈”、“递增堆栈”和“递减堆栈”? ARM指令系统中是如何支持的？ 答：满堆栈：堆栈指针指向最后压入栈的有效数据项。

空堆栈：堆栈指针指向下一个待压入数据的空位置。

递增堆栈：在向堆栈写入数据后，堆栈指针的值变大，即向高地址方向生长。

递减堆栈：在想堆栈写入数据后，堆栈指针的值变小，即向低地址方

向生长。

ARM指令支持四种对战类型：满递增，空递增，满递减，空递减。 5、 请说明MOV指令与LDR加载指令的区别和用途。

答：LDR的操作数既可以来源于寄存器也可以来源于存储器，MOV的操作数能