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ARM階段測(cè)試題答案 ARM體系結(jié)構(gòu) 1、 請(qǐng)簡(jiǎn)述ARM處理器的特點(diǎn)，至少說出5個(gè)以上的特點(diǎn)。（5分） ：低功耗；低成本，高性能，RISC結(jié)構(gòu)；指令定長(zhǎng)；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集；體積小； 2、 請(qǐng)寫出ARM內(nèi)核和ARM SoC處理器的異同，并舉例進(jìn)行說明。（5分） ：ARM內(nèi)核是ARM SoC處理器中的核心部分，所有ARM SoC都采用ARM的體系結(jié)構(gòu)和指令集，ARM SoC主要是在ARM 內(nèi)核基礎(chǔ)上繼承了Memory Controller，Interrupt Controller，Timer，DMA Controller 以及像 GPIO，USB，IIC，LCD 等外設(shè)控制器。 ARM內(nèi)核有多少種工作模式？請(qǐng)寫出這些工作模式的英文縮寫。（7分） ：ARM有7種工作模式，usr（用戶模式）、sys（系統(tǒng)模式）、svc、irq，abt，und、fiq。 ARM內(nèi)核有多少個(gè)寄存器，請(qǐng)列舉出這些寄存器的名字和數(shù)量。（5分） ：ARM有37個(gè)寄存器，（1）未分組寄存器：R0-R7，共8個(gè)；（2）分組寄存器R8-R14，其中FIQ模式下有單獨(dú)的一組R8-R12共5個(gè)，另外6種模式共用一組R8-R12，共5個(gè)，USR和SYS模式共用一組R13-R14，共2個(gè)，另外5種模式下各有獨(dú)自的一組R13-R14，共10個(gè)；（3）程序計(jì)數(shù)器PC即R15寄存器，共1個(gè)；（4）狀態(tài)寄存器CPSR，和5個(gè)備份狀態(tài)寄存器SPSR，共6個(gè)；ARM總計(jì)37個(gè)寄存器。 ARM通用寄存器中，有3個(gè)寄存器有特殊功能和作用，請(qǐng)寫出它們的名字和作用。（6分） ：R13：SP棧指針寄存器，用來保存程序執(zhí)行時(shí)的棧指針位置；R14：LR返回鏈接寄存器，用來保存程序執(zhí)行BL指令或模式切換時(shí)的返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的地址；R15：PC程序計(jì)數(shù)器，保存程序執(zhí)行的當(dāng)前地址。 6、 請(qǐng)描述一下CPSR寄存器中相關(guān)Bit的情況和作用。（5分） ：條件位（指令進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算后的結(jié)果是否有進(jìn)位，借位等），I位（IRQ異常允許位），F位（FIQ異常允許位），T位（ARM/Thumb工作狀態(tài)），模式位（處理器工作模式） 7、 請(qǐng)寫出以下相關(guān)ARM指令語句的注釋：（7分） MOV R0, PC 把PC的值傳送到 R0寄存器，此時(shí)PC地址為當(dāng)前指令位置＋8 ADD R0, R1, #1 把R1加上1的結(jié)果給R0寄存器 LDR R0, =0x56000010 是偽指令，把0x56000010放到R0寄存器中，采用文字池技術(shù)。 LDR PC, [PC, #4] 把當(dāng)前PC值加4位置的內(nèi)容賦值給PC，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)跳轉(zhuǎn) MRS R0, CPSR 把CPSR的值傳送給R0 BL LOOP 帶返回地址的跳轉(zhuǎn)指令，把下一條指令給LR后，跳轉(zhuǎn)到Loop 地址 STMFD R13!,{R0-R12} 壓棧指令，把R0到R12寄存器的值通過R13棧指針進(jìn)行壓棧保存，同時(shí)這個(gè)棧是滿遞減方式的棧。 8、 什么是立即數(shù)？請(qǐng)簡(jiǎn)要描述立即數(shù)在使用時(shí)有什么注意要點(diǎn)。（2分） 立即數(shù)，主要是指尋址時(shí)直接在指令中出現(xiàn)的數(shù)，在使用時(shí)注意（1）立即數(shù)前需要加#（2）ARM指令只有32位長(zhǎng)，立即數(shù)在指令中占12位存儲(chǔ)空間，ARM用這12位空間8位表示有效數(shù)字－基數(shù)B，4位表示譯為的數(shù)M，按照把B循環(huán)右移M*2位，構(gòu)造成一個(gè)新的32位的數(shù)，其它位補(bǔ)0，所以在使用立即數(shù)時(shí)，要注意其是否合法。 9、 請(qǐng)問BL指令跳轉(zhuǎn)時(shí)LR寄存器保存的是什么內(nèi)容？并請(qǐng)簡(jiǎn)述原因。（3分） BL跳轉(zhuǎn)時(shí),LR中保存的是執(zhí)行BL跳轉(zhuǎn)指令的下一條指令的地址，考慮流水線的情況，即當(dāng)前的PC-4。LR用來在需要返回程序時(shí)從LR中還原程序執(zhí)行的位置繼續(xù)執(zhí)行。 10、 請(qǐng)描述一下什么是處理器現(xiàn)場(chǎng)，如何進(jìn)行保存現(xiàn)場(chǎng)？（5分） 每種工作模式下都包含R0-R15，CPSR這17個(gè)寄存器，程序的執(zhí)行當(dāng)前狀態(tài)就保存在這些寄存器中，稱為處理器現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)發(fā)生模式切換時(shí)，由于其中的一些寄存器是多種模式下共用的寄存器，為了防止共用處理器寄存器中的值被破壞，所以需要保存原模式下的處理器現(xiàn)場(chǎng)，利用STM批量存儲(chǔ)指令，把處理器現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的寄存器保存到棧上，待還原時(shí)再出棧恢復(fù)（模式和返回地址）。其中保存現(xiàn)場(chǎng)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軟件壓棧完成，其中LR因?yàn)榭赡鼙划惓Ｌ幚沓绦蛑械?font face="Times New Roman">BL跳轉(zhuǎn)指令修改，所以一般都需要軟件壓棧再保存。 11、 請(qǐng)描述一下什么是小尾端Littler-Endian存儲(chǔ)格式，如何編程確定處理器的存儲(chǔ)格式？（2分） 小尾端：低地址存低字節(jié)，高地址存高字節(jié)。測(cè)試：按字節(jié)打印int型的0x12345678，如是小尾端，則先打78.（通過 union 的方式也可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試是否是小尾端） 12、 請(qǐng)寫出一條完整的ARM軟件中斷指令，并簡(jiǎn)要描述其作用。（2分） SWI 0x1。SWI指令觸發(fā)軟中斷異常，使程序的執(zhí)行流跳轉(zhuǎn)到異常向量表地址0x8，0x1是軟中斷的中斷號(hào)，軟中斷處理程序可根據(jù)不同的中斷號(hào)調(diào)用對(duì)應(yīng)的處理子程序。一般SWI軟中斷都用于操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用。 13、 請(qǐng)描述一下ARM體系中異常向量表的概念。（7分） 異常向量表是從0x0地址開始，一共32個(gè)字節(jié)，包含8個(gè)表項(xiàng)，其中有1個(gè)保留不用，其他7個(gè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)7種異常發(fā)生后的跳轉(zhuǎn)位置，這7種異常發(fā)生后分別對(duì)應(yīng)到5種異常模式。每個(gè)表項(xiàng)里面放的一般都是一條跳轉(zhuǎn)指令，用來跳轉(zhuǎn)到真正的異常處理程序入口，通過B指令，或者LDR PC，[PC, #?] 的方式都可以實(shí)現(xiàn)此類跳轉(zhuǎn)。 14、 產(chǎn)生軟中斷和硬中斷異常時(shí)，程序計(jì)數(shù)器跳轉(zhuǎn)到的地址是哪里？（2分） 軟中斷：0x8，硬中斷：0x18。 15、 請(qǐng)寫出發(fā)生異常后，在進(jìn)行異常響應(yīng)時(shí)，硬件完成了哪些工作？（5分） 異常響應(yīng)時(shí)：（1）硬件自動(dòng)保存程序的返回地址到要切換的工作模式下的LR中；（2）硬件自動(dòng)保存CPSR到要切換的工作模式下的SPSR中；（3）修改CPSR的模式位；（4）映射相應(yīng)模式下的寄存器；（5）設(shè)置PC跳轉(zhuǎn)到要進(jìn)入的異常向量表的入口地址。 ARM SOC編程開發(fā) 16、 請(qǐng)寫出一個(gè)ARM程序生成的bin文件映像中包含哪些內(nèi)容？（3分） ARM生成的bin文件包含：RO,RW 兩個(gè)段，注意 ZI 段一般都不在 bin 文件中占用存儲(chǔ)空間。 17、 請(qǐng)寫出完整編譯生成bin文件的命令行：使用文件為 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、 請(qǐng)寫出armlink時(shí)經(jīng)常使用的參數(shù)選項(xiàng)及其作用，不少于3個(gè)。（3分） -first 指定目標(biāo)二進(jìn)制文件哪個(gè)鏈接時(shí)放在存儲(chǔ)的最前面；-entry 指定程序的入口地址，即程序從哪里開始首先執(zhí)行；-ro-base 指定程序鏈接時(shí)RO段采用的內(nèi)部加載基址；-rw-base 指定RW段加載時(shí)的加載地址。 19、 請(qǐng)舉例說明在ARM處理器上進(jìn)行一次中斷處理和中斷異常處理的差異。（3分） 中斷處理相比異常處理，主要是中斷需要初始化中斷源和中斷控制器，中斷發(fā)生后在ＩＳＲ中要清除相應(yīng)Pending位，而且要在進(jìn)入中斷處理程序一開始就清除。 20、 請(qǐng)寫出從中斷異常進(jìn)行返回時(shí)，軟件編程要處理的事項(xiàng)和注意要點(diǎn)。（2分） （1）返回地址LR的調(diào)整。（2）在恢復(fù)PC的同時(shí)，恢復(fù)CPSR（恢復(fù)原來的模式，返回被打斷的地址。） 21、 請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述我們?cè)?/strong>S3C2440開發(fā)板實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行串口初始化的流程和要點(diǎn)。（5分） 時(shí)鐘頻率設(shè)置（MPLL，PCLK的設(shè)置），串口數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，奇偶校驗(yàn)無，波特率設(shè)置需要根據(jù)PCLK代入公式進(jìn)行計(jì)算等 22、 請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述我們?cè)?/strong>S3C2440開發(fā)板實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行按鍵中斷觸發(fā)的流程和要點(diǎn)。（8分） SVC和IRQ模式下的SP棧指針設(shè)置，IO管腳復(fù)用設(shè)置，設(shè)置按鈕的觸發(fā)模式（下降沿觸發(fā)），管腳的中斷模式使能，中斷掩碼寄存器屏蔽位打開，清除PND寄存器中的pending位，打開CPSR-I位； 23、 請(qǐng)說明S3C2440處理器，關(guān)于 memory map 的情況。（5分） 2440的memory分為8個(gè)bank，每個(gè)bank的固定大小為128M，每個(gè)bank均可以產(chǎn)生一個(gè)片選信號(hào)，共1G的地址空間，8個(gè)片選信號(hào)，bank0-bank5用來存放SROM器件，bank6和bank7用來存放SDRAM器件。 24、 請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述 bootloader 啟動(dòng)代碼的設(shè)計(jì)流程，并說明你目前所實(shí)現(xiàn)的bootloader已經(jīng)完成的功能有哪些，實(shí)現(xiàn)中遇到了哪些困難和bug問題？ （5分） bootloader的設(shè)計(jì)流程：硬件的初始化（1）初始化看門狗（2）關(guān)中斷（3）設(shè)置處理器時(shí)鐘（4）初始化SDRAM器件（5）初始化串口（6）實(shí)現(xiàn)shell命令解釋器功能，(7) 提供通過串口的下載功能download和執(zhí)行功能go。要求能夠講的出你自己實(shí)現(xiàn)bootloader過程中遇到的實(shí)際問題和解決辦法，這個(gè)很重要。 25、 請(qǐng)說明以下代碼中可能存在的3個(gè)bug，并給出解決辦法。（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應(yīng)該加上括號(hào)（2）& 的優(yōu)先級(jí)比 == 要低，所以要加括號(hào)。(3) if應(yīng)該改為while( !(UTRSTAT0 & 0x4) ) 附加題： 請(qǐng)說明SRAM, SDRAM, Nor Flash 和Nand Flash的異同，并詳細(xì)描述各自編程上的注意要點(diǎn)。 異同見教材，編程上要注意說明 SRAM和NorFlash無須初始化就可以使用，SDRAM和NandFlash都需要初始化驅(qū)動(dòng)代碼才可以工作，NorFlash的寫需要靠芯片手冊(cè)規(guī)定的時(shí)序來做，STR指令不能夠直接寫入NorFlash和NandFlash，但可以直接寫入SRAM和SDRAM。 NandFlash器件是屬于IO方式進(jìn)行讀，和其他3種器件的總線讀方式不一樣，因此讀寫NandFlash需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。
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