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ARM階段測試題答案 ARM體系結構 1、 請簡述ARM處理器的特點，至少說出5個以上的特點。（5分） ：低功耗；低成本，高性能，RISC結構；指令定長；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集；體積��； 2、 請寫出ARM內核和ARM SoC處理器的異同，并舉例進行說明。（5分） ：ARM內核是ARM SoC處理器中的核心部分，所有ARM SoC都采用ARM的體系結構和指令集，ARM SoC主要是在ARM 內核基礎上繼承了Memory Controller，Interrupt Controller，Timer，DMA Controller 以及像 GPIO，USB，IIC，LCD 等外設控制器。 ARM內核有多少種工作模式？請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（系統模式）、svc、irq，abt，und、fiq。 ARM內核有多少個寄存器，請列舉出這些寄存器的名字和數量。（5分） ：ARM有37個寄存器，（1）未分組寄存器：R0-R7，共8個；（2）分組寄存器R8-R14，其中FIQ模式下有單獨的一組R8-R12共5個，另外6種模式共用一組R8-R12，共5個，USR和SYS模式共用一組R13-R14，共2個，另外5種模式下各有獨自的一組R13-R14，共10個；（3）程序計數器PC即R15寄存器，共1個；（4）狀態寄存器CPSR，和5個備份狀態寄存器SPSR，共6個；ARM總計37個寄存器。 ARM通用寄存器中，有3個寄存器有特殊功能和作用，請寫出它們的名字和作用。（6分） ：R13：SP棧指針寄存器，用來保存程序執行時的棧指針位置；R14：LR返回鏈接寄存器，用來保存程序執行BL指令或模式切換時的返回原程序繼續執行的地址；R15：PC程序計數器，保存程序執行的當前地址。 6、 請描述一下CPSR寄存器中相關Bit的情況和作用。（5分） ：條件位（指令進行算術運算后的結果是否有進位，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），模式位（處理器工作模式） 7、 請寫出以下相關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PC地址為當前指令位置＋8 ADD R0, R1, #1 把R1加上1的結果給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。 LDR PC, [PC, #4] 把當前PC值加4位置的內容賦值給PC，實現絕對跳轉 MRS R0, CPSR 把CPSR的值傳送給R0 BL LOOP 帶返回地址的跳轉指令，把下一條指令給LR后，跳轉到Loop 地址 STMFD R13!,{R0-R12} 壓棧指令，把R0到R12寄存器的值通過R13棧指針進行壓棧保存，同時這個棧是滿遞減方式的棧。 8、 什么是立即數？請簡要描述立即數在使用時有什么注意要點。（2分） 立即數，主要是指尋址時直接在指令中出現的數，在使用時注意（1）立即數前需要加#（2）ARM指令只有32位長，立即數在指令中占12位存儲空間，ARM用這12位空間8位表示有效數字－基數B，4位表示譯為的數M，按照把B循環右移M*2位，構造成一個新的32位的數，其它位補0，所以在使用立即數時，要注意其是否合法。 9、 請問BL指令跳轉時LR寄存器保存的是什么內容？并請簡述原因。（3分） BL跳轉時,LR中保存的是執行BL跳轉指令的下一條指令的地址，考慮流水線的情況，即當前的PC-4。LR用來在需要返回程序時從LR中還原程序執行的位置繼續執行。 10、 請描述一下什么是處理器現場，如何進行保存現場？（5分） 每種工作模式下都包含R0-R15，CPSR這17個寄存器，程序的執行當前狀態就保存在這些寄存器中，稱為處理器現場。當發生模式切換時，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場，利用STM批量存儲指令，把處理器現場對應的寄存器保存到棧上，待還原時再出棧恢復（模式和返回地址）。其中保存現場的工作，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因為可能被異常處理程序中的BL跳轉指令修改，所以一般都需要軟件壓棧再保存。 11、 請描述一下什么是小尾端Littler-Endian存儲格式，如何編程確定處理器的存儲格式？（2分） 小尾端：低地址存低字節，高地址存高字節。測試：按字節打印int型的0x12345678，如是小尾端，則先打78.（通過 union 的方式也可以實現測試是否是小尾端） 12、 請寫出一條完整的ARM軟件中斷指令，并簡要描述其作用。（2分） SWI 0x1。SWI指令觸發軟中斷異常，使程序的執行流跳轉到異常向量表地址0x8，0x1是軟中斷的中斷號，軟中斷處理程序可根據不同的中斷號調用對應的處理子程序。一般SWI軟中斷都用于操作系統的系統調用。 13、 請描述一下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個字節，包含8個表項，其中有1個保留不用，其他7個表項對應7種異常發生后的跳轉位置，這7種異常發生后分別對應到5種異常模式。每個表項里面放的一般都是一條跳轉指令，用來跳轉到真正的異常處理程序入口，通過B指令，或者LDR PC，[PC, #?] 的方式都可以實現此類跳轉。 14、 產生軟中斷和硬中斷異常時，程序計數器跳轉到的地址是哪里？（2分） 軟中斷：0x8，硬中斷：0x18。 15、 請寫出發生異常后，在進行異常響應時，硬件完成了哪些工作？（5分） 異常響應時：（1）硬件自動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）映射相應模式下的寄存器；（5）設置PC跳轉到要進入的異常向量表的入口地址。 ARM SOC編程開發 16、 請寫出一個ARM程序生成的bin文件映像中包含哪些內容？（3分） ARM生成的bin文件包含：RO,RW 兩個段，注意 ZI 段一般都不在 bin 文件中占用存儲空間。 17、 請寫出完整編譯生成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、 請寫出armlink時經常使用的參數選項及其作用，不少于3個。（3分） -first 指定目標二進制文件哪個鏈接時放在存儲的最前面；-entry 指定程序的入口地址，即程序從哪里開始首先執行；-ro-base 指定程序鏈接時RO段采用的內部加載基址；-rw-base 指定RW段加載時的加載地址。 19、 請舉例說明在ARM處理器上進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，中斷發生后在ＩＳＲ中要清除相應Pending位，而且要在進入中斷處理程序一開始就清除。 20、 請寫出從中斷異常進行返回時，軟件編程要處理的事項和注意要點。（2分） （1）返回地址LR的調整。（2）在恢復PC的同時，恢復CPSR（恢復原來的模式，返回被打斷的地址。） 21、 請詳細描述我們在S3C2440開發板實驗過程中進行串口初始化的流程和要點。（5分） 時鐘頻率設置（MPLL，PCLK的設置），串口數據位8位，停止位1位，奇偶校驗無，波特率設置需要根據PCLK代入公式進行計算等 22、 請詳細描述我們在S3C2440開發板實驗過程中進行按鍵中斷觸發的流程和要點。（8分） SVC和IRQ模式下的SP棧指針設置，IO管腳復用設置，設置按鈕的觸發模式（下降沿觸發），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、 請說明S3C2440處理器，關于 memory map 的情況。（5分） 2440的memory分為8個bank，每個bank的固定大小為128M，每個bank均可以產生一個片選信號，共1G的地址空間，8個片選信號，bank0-bank5用來存放SROM器件，bank6和bank7用來存放SDRAM器件。 24、 請詳細描述 bootloader 啟動代碼的設計流程，并說明你目前所實現的bootloader已經完成的功能有哪些，實現中遇到了哪些困難和bug問題？ （5分） bootloader的設計流程：硬件的初始化（1）初始化看門狗（2）關中斷（3）設置處理器時鐘（4）初始化SDRAM器件（5）初始化串口（6）實現shell命令解釋器功能，(7) 提供通過串口的下載功能download和執行功能go。要求能夠講的出你自己實現bootloader過程中遇到的實際問題和解決辦法，這個很重要。 25、 請說明以下代碼中可能存在的3個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應該加上括號（2）& 的優先級比 == 要低，所以要加括號。(3) if應該改為while( !(UTRSTAT0 & 0x4) ) 附加題： 請說明SRAM, SDRAM, Nor Flash 和Nand Flash的異同，并詳細描述各自編程上的注意要點。 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都需要初始化驅動代碼才可以工作，NorFlash的寫需要靠芯片手冊規定的時序來做，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需要相應的驅動。
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