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ARM阶段测试题答案 ARM体系结构 1、 请简述ARM处理器的特点，至少说出5个以上的特点。（5分） ：低功耗；低成本，高性能，RISC结构；指令定长；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集；体积小； 2、 请写出ARM内核和ARM SoC处理器的异同，并举例进行说明。（5分） ：ARM内核是ARM SoC处理器中的核心部分，所有ARM SoC都采用ARM的体系结构和指令集，ARM SoC主要是在ARM 内核基础上继承了Memory Controller，Interrupt Controller，Timer，DMA Controller 以及像 GPIO，USB，IIC，LCD 等外设控制器。 ARM内核有多少种工作模式？请写出这些工作模式的英文缩写。（7分） ：ARM有7种工作模式，usr（用户模式）、sys（系统模式）、svc、irq，abt，und、fiq。 ARM内核有多少个寄存器，请列举出这些寄存器的名字和数量。（5分） ：ARM有37个寄存器，（1）未分组寄存器：R0-R7，共8个；（2）分组寄存器R8-R14，其中FIQ模式下有单独的一组R8-R12共5个，另外6种模式共用一组R8-R12，共5个，USR和SYS模式共用一组R13-R14，共2个，另外5种模式下各有独自的一组R13-R14，共10个；（3）程序计数器PC即R15寄存器，共1个；（4）状态寄存器CPSR，和5个备份状态寄存器SPSR，共6个；ARM总计37个寄存器。 ARM通用寄存器中，有3个寄存器有特殊功能和作用，请写出它们的名字和作用。（6分） ：R13：SP栈指针寄存器，用来保存程序执行时的栈指针位置；R14：LR返回链接寄存器，用来保存程序执行BL指令或模式切换时的返回原程序继续执行的地址；R15：PC程序计数器，保存程序执行的当前地址。 6、 请描述一下CPSR寄存器中相关Bit的情况和作用。（5分） ：条件位（指令进行算术运算后的结果是否有进位，借位等），I位（IRQ异常允许位），F位（FIQ异常允许位），T位（ARM/Thumb工作状态），模式位（处理器工作模式） 7、 请写出以下相关ARM指令语句的注释：（7分） MOV R0, PC 把PC的值传送到 R0寄存器，此时PC地址为当前指令位置＋8 ADD R0, R1, #1 把R1加上1的结果给R0寄存器 LDR R0, =0x56000010 是伪指令，把0x56000010放到R0寄存器中，采用文字池技术。 LDR PC, [PC, #4] 把当前PC值加4位置的内容赋值给PC，实现绝对跳转 MRS R0, CPSR 把CPSR的值传送给R0 BL LOOP 带返回地址的跳转指令，把下一条指令给LR后，跳转到Loop 地址 STMFD R13!,{R0-R12} 压栈指令，把R0到R12寄存器的值通过R13栈指针进行压栈保存，同时这个栈是满递减方式的栈。 8、 什么是立即数？请简要描述立即数在使用时有什么注意要点。（2分） 立即数，主要是指寻址时直接在指令中出现的数，在使用时注意（1）立即数前需要加#（2）ARM指令只有32位长，立即数在指令中占12位存储空间，ARM用这12位空间8位表示有效数字－基数B，4位表示译为的数M，按照把B循环右移M*2位，构造成一个新的32位的数，其它位补0，所以在使用立即数时，要注意其是否合法。 9、 请问BL指令跳转时LR寄存器保存的是什么内容？并请简述原因。（3分） BL跳转时,LR中保存的是执行BL跳转指令的下一条指令的地址，考虑流水线的情况，即当前的PC-4。LR用来在需要返回程序时从LR中还原程序执行的位置继续执行。 10、 请描述一下什么是处理器现场，如何进行保存现场？（5分） 每种工作模式下都包含R0-R15，CPSR这17个寄存器，程序的执行当前状态就保存在这些寄存器中，称为处理器现场。当发生模式切换时，由于其中的一些寄存器是多种模式下共用的寄存器，为了防止共用处理器寄存器中的值被破坏，所以需要保存原模式下的处理器现场，利用STM批量存储指令，把处理器现场对应的寄存器保存到栈上，待还原时再出栈恢复（模式和返回地址）。其中保存现场的工作，硬件完成了CPSR模式的保存和PC返回地址的保存，其他寄存器的保存工作主要依靠软件压栈完成，其中LR因为可能被异常处理程序中的BL跳转指令修改，所以一般都需要软件压栈再保存。 11、 请描述一下什么是小尾端Littler-Endian存储格式，如何编程确定处理器的存储格式？（2分） 小尾端：低地址存低字节，高地址存高字节。测试：按字节打印int型的0x12345678，如是小尾端，则先打78.（通过 union 的方式也可以实现测试是否是小尾端） 12、 请写出一条完整的ARM软件中断指令，并简要描述其作用。（2分） SWI 0x1。SWI指令触发软中断异常，使程序的执行流跳转到异常向量表地址0x8，0x1是软中断的中断号，软中断处理程序可根据不同的中断号调用对应的处理子程序。一般SWI软中断都用于操作系统的系统调用。 13、 请描述一下ARM体系中异常向量表的概念。（7分） 异常向量表是从0x0地址开始，一共32个字节，包含8个表项，其中有1个保留不用，其他7个表项对应7种异常发生后的跳转位置，这7种异常发生后分别对应到5种异常模式。每个表项里面放的一般都是一条跳转指令，用来跳转到真正的异常处理程序入口，通过B指令，或者LDR PC，[PC, #?] 的方式都可以实现此类跳转。 14、 产生软中断和硬中断异常时，程序计数器跳转到的地址是哪里？（2分） 软中断：0x8，硬中断：0x18。 15、 请写出发生异常后，在进行异常响应时，硬件完成了哪些工作？（5分） 异常响应时：（1）硬件自动保存程序的返回地址到要切换的工作模式下的LR中；（2）硬件自动保存CPSR到要切换的工作模式下的SPSR中；（3）修改CPSR的模式位；（4）映射相应模式下的寄存器；（5）设置PC跳转到要进入的异常向量表的入口地址。 ARM SOC编程开发 16、 请写出一个ARM程序生成的bin文件映像中包含哪些内容？（3分） ARM生成的bin文件包含：RO,RW 两个段，注意 ZI 段一般都不在 bin 文件中占用存储空间。 17、 请写出完整编译生成bin文件的命令行：使用文件为 start.s main.c (5分) armasm start.s –o start.o armcc –c main.c –o main.o armlink start.o main.o –first start.o –o main.axf fromelf –bin main.axf –o main.bin 18、 请写出armlink时经常使用的参数选项及其作用，不少于3个。（3分） -first 指定目标二进制文件哪个链接时放在存储的最前面；-entry 指定程序的入口地址，即程序从哪里开始首先执行；-ro-base 指定程序链接时RO段采用的内部加载基址；-rw-base 指定RW段加载时的加载地址。 19、 请举例说明在ARM处理器上进行一次中断处理和中断异常处理的差异。（3分） 中断处理相比异常处理，主要是中断需要初始化中断源和中断控制器，中断发生后在ＩＳＲ中要清除相应Pending位，而且要在进入中断处理程序一开始就清除。 20、 请写出从中断异常进行返回时，软件编程要处理的事项和注意要点。（2分） （1）返回地址LR的调整。（2）在恢复PC的同时，恢复CPSR（恢复原来的模式，返回被打断的地址。） 21、 请详细描述我们在S3C2440开发板实验过程中进行串口初始化的流程和要点。（5分） 时钟频率设置（MPLL，PCLK的设置），串口数据位8位，停止位1位，奇偶校验无，波特率设置需要根据PCLK代入公式进行计算等 22、 请详细描述我们在S3C2440开发板实验过程中进行按键中断触发的流程和要点。（8分） SVC和IRQ模式下的SP栈指针设置，IO管脚复用设置，设置按钮的触发模式（下降沿触发），管脚的中断模式使能，中断掩码寄存器屏蔽位打开，清除PND寄存器中的pending位，打开CPSR-I位； 23、 请说明S3C2440处理器，关于 memory map 的情况。（5分） 2440的memory分为8个bank，每个bank的固定大小为128M，每个bank均可以产生一个片选信号，共1G的地址空间，8个片选信号，bank0-bank5用来存放SROM器件，bank6和bank7用来存放SDRAM器件。 24、 请详细描述 bootloader 启动代码的设计流程，并说明你目前所实现的bootloader已经完成的功能有哪些，实现中遇到了哪些困难和bug问题？ （5分） bootloader的设计流程：硬件的初始化（1）初始化看门狗（2）关中断（3）设置处理器时钟（4）初始化SDRAM器件（5）初始化串口（6）实现shell命令解释器功能，(7) 提供通过串口的下载功能download和执行功能go。要求能够讲的出你自己实现bootloader过程中遇到的实际问题和解决办法，这个很重要。 25、 请说明以下代码中可能存在的3个bug，并给出解决办法。（3分） #define UART_BASE 0x50000000 #define UTRSTAT0 *(volatile unsigned int *) UART_BASE+0x10 #define UTXH0 *(volatile unsigned int *) UART_BASE+0x20 int main（void） { if( UTRSTAT0 & 0x4 == 0x4 ) UTXH0 = 'a'; return 0; } (1) UART_BASE+0x10应该加上括号（2）& 的优先级比 == 要低，所以要加括号。(3) if应该改为while( !(UTRSTAT0 & 0x4) ) 附加题： 请说明SRAM, SDRAM, Nor Flash 和Nand Flash的异同，并详细描述各自编程上的注意要点。 异同见教材，编程上要注意说明 SRAM和NorFlash无须初始化就可以使用，SDRAM和NandFlash都需要初始化驱动代码才可以工作，NorFlash的写需要靠芯片手册规定的时序来做，STR指令不能够直接写入NorFlash和NandFlash，但可以直接写入SRAM和SDRAM。 NandFlash器件是属于IO方式进行读，和其他3种器件的总线读方式不一样，因此读写NandFlash需要相应的驱动。
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