ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程習(xí)題答案全.doc

ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程習(xí)題答案第一章 緒論1. 國(guó)內(nèi)嵌入式系統(tǒng)行業(yè)對(duì)“嵌入式系統(tǒng)”的定義是什么？如何理解？答：國(guó)內(nèi)嵌入式行業(yè)一個(gè)普遍認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能，可靠性，成本，體積，功耗嚴(yán)格要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從這個(gè)定義可以看出嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的剪裁利用。因此有人把嵌入式系統(tǒng)比作是一個(gè)針對(duì)特定的應(yīng)用而“量身定做”的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2嵌入式系統(tǒng)是從何時(shí)產(chǎn)生的，簡(jiǎn)述其發(fā)展歷程。答：從20世紀(jì)70年代單片機(jī)的出現(xiàn)到目前各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了30多年的發(fā)展歷史。嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機(jī)的。Intel公司1971年開發(fā)出第一片具有4位總線結(jié)構(gòu)的微處理器4004，可以說(shuō)是嵌入式系統(tǒng)的萌芽階段。80年代初的8051是單片機(jī)歷史上值得紀(jì)念的一頁(yè)。20世紀(jì)80年代早期，出現(xiàn)了商業(yè)級(jí)的“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核”，在實(shí)時(shí)內(nèi)核下編寫應(yīng)用軟件可以使新產(chǎn)品的沿著更快，更節(jié)省資金。20世紀(jì)90年代實(shí)時(shí)內(nèi)核發(fā)展為實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。步入21世紀(jì)以來(lái)，嵌入式系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展。在硬件上，MCU的性能得到了極大的提升，特別是ARM技術(shù)的出現(xiàn)與完善，為嵌入式操作系統(tǒng)提供了功能強(qiáng)大的硬件載體，將嵌入式系統(tǒng)推向了一個(gè)嶄新的階段。3當(dāng)前最常用的源碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)有哪些，請(qǐng)舉出兩例，并分析其特點(diǎn)。答：主要有嵌入式Linux和嵌入式實(shí)時(shí)操作內(nèi)核uC/OS-II嵌入式Linux操作系統(tǒng)是針對(duì)嵌入式微控制器的特點(diǎn)而量身定做的一種Linux操作系統(tǒng)，包括常用的嵌入式通信協(xié)議和常用驅(qū)動(dòng)，支持多種文件系統(tǒng)。主要有以下特點(diǎn)：源碼開放，易于移植，內(nèi)核小，功能強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定，效率高等。uC/OS是源碼工卡的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，主要有以下特點(diǎn)：源碼公開，可移植性強(qiáng)，可固化，可剪裁，占先式，多任務(wù)，可確定性，提供系統(tǒng)服務(wù)等。4舉例說(shuō)明嵌入式設(shè)備在工控設(shè)備中的應(yīng)用。答：由于工業(yè)控制系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)可靠性和實(shí)時(shí)性，“量身定做”的嵌入式控制系統(tǒng)恰能滿足工業(yè)控制的需求。例如：工業(yè)過(guò)程控制，數(shù)字控制機(jī)床，電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)，電力自動(dòng)控制系統(tǒng)，石油化工監(jiān)控等。5嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有哪些？答：未來(lái)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)有：1.隨著信息化與數(shù)字化的發(fā)展，嵌入式設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。2.優(yōu)化嵌入式系統(tǒng)軟硬件內(nèi)核，提高系統(tǒng)運(yùn)行速度，降低功耗和硬件成本。3.指令集的并行計(jì)算技術(shù)將引入嵌入式微處理器。4.嵌入式微處理器將會(huì)向多核技術(shù)發(fā)展。5.嵌入式技術(shù)將引領(lǐng)信息時(shí)代。第2章 ARM技術(shù)與ARM體系結(jié)構(gòu)1.簡(jiǎn)述ARM處理器內(nèi)核調(diào)試結(jié)構(gòu)原理答：ARM處理器一般都帶有嵌入式追蹤宏單元ETM（Embedded Trace Macro），它是ARM公司自己推出的調(diào)試工具。ARM處理器都支持基于JTAG（Joint Test Action Group 聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組）的調(diào)試方法。它利用芯片內(nèi)部的Embedded ICE來(lái)控制ARM內(nèi)核操作，可完成單步調(diào)試和斷點(diǎn)調(diào)試等操作。當(dāng)CPU處理單步執(zhí)行完畢或到達(dá)斷點(diǎn)處時(shí)，就可以在宿主機(jī)端查看處理器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，但是它不能在CPU運(yùn)行過(guò)程中對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真。ETM解決了上述問(wèn)題，能夠在CPU運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)掃描處理器的現(xiàn)場(chǎng)信息，并數(shù)據(jù)送往TAP（Test Access Port）控制器。上圖中分為三條掃描鏈（圖中的粗實(shí)線），分別用來(lái)監(jiān)視ARM核，ETM，嵌入式ICE的狀態(tài)。2. 分析ARM7TDMI-S各字母所代表的含義。答：ARM7 T D M I S 中 ARM是Advanced RISC Machines的縮寫7是系列號(hào)；T：支持高密度16位的Thumb指令集；D：支持JTAG片上調(diào)試；M：支持用于長(zhǎng)乘法操作（64位結(jié)果）ARM指令，包含快速乘法器；I：帶有嵌入式追蹤宏單元ETM，用來(lái)設(shè)置斷點(diǎn)和觀察點(diǎn)的調(diào)試硬件；S：可綜合版本，意味著處理器內(nèi)核是以源代碼形式提供的。這種源代碼形式又可以編譯成一種易于EDA工具使用的形式。3. ARM處理器的工作模式有哪幾種，其中哪些為特權(quán)模式，哪些為異常模式，并指出處理器在什么情況下進(jìn)入相應(yīng)的模式。答：ARM技術(shù)的設(shè)計(jì)者將ARM處理器在應(yīng)用中可能產(chǎn)生的狀態(tài)進(jìn)行了分類，并針對(duì)同一類型的異常狀態(tài)設(shè)定了一個(gè)固定的入口點(diǎn)，當(dāng)異常產(chǎn)生時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)異常入口處進(jìn)行異常服務(wù)。 n 1用戶模式：非特權(quán)模式，也就是正常程序執(zhí)行的模式，大部分任務(wù)在這種模式下執(zhí)行。在用戶模式下，如果沒異常發(fā)生，不允許應(yīng)用程序自行改變處理器的工作模式，如果有異常發(fā)生，處理器會(huì)自動(dòng)切換工作模式n 2FIQ模式：也稱為快速中斷模式，支持高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理，當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)(fast)中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式。n 3IRQ模式：也稱為普通中斷模式，:當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)(normal)中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式。在這模式下按中斷的處理器方式又分為向量中斷和非向量中斷兩種。通常的中斷處理都在IRQ模式下進(jìn)行。n 4SVC模式：稱之為管理模式，它是一種操作系統(tǒng)保護(hù)模式。當(dāng)復(fù)位或軟中斷指令執(zhí)行時(shí)處理器將進(jìn)入這種模式。n 5中止模式：當(dāng)存取異常時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式，用來(lái)處理存儲(chǔ)器故障、實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)或存儲(chǔ)保護(hù)。n 6未定義指令異常模式：當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)會(huì)進(jìn)入這種模式，主要是用來(lái)處理未定義的指令陷阱，支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真，因?yàn)槲炊x指令多發(fā)生在對(duì)協(xié)處理器的操作上。n 7系統(tǒng)模式：使用和User模式相同寄存器組的特權(quán)模式，用來(lái)運(yùn)行特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)任務(wù)。n 在這7種工作模式中，除了用戶模式以外，其他6種處理器模式可以稱為特權(quán)模式，在這些模式下，程序可以訪問(wèn)所有的系統(tǒng)資源，也可以任意地進(jìn)行處理器模式的切換。n 在這6種特權(quán)模式中，除了系統(tǒng)模式外的其他5種特權(quán)模式又稱為異常模式，每種異常都對(duì)應(yīng)有自己的異常處理入口點(diǎn)。 4. 分析程序狀態(tài)寄存器（PSR）各位的功能描述，并說(shuō)明C,Z,N,V在什么情況下進(jìn)行置位和清零。答：n 條件位：n N = 1-結(jié)果為負(fù), 0-結(jié)果為正或0n Z = 1-結(jié)果為0, 0-結(jié)果不為0n C =1-進(jìn)位， 0-借位n V =1-結(jié)果溢出， 0結(jié)果沒溢出n Q 位：n 僅ARM 5TE/J架構(gòu)支持n 指示增強(qiáng)型DSP指令是否溢出n 中斷禁止位：n I = 1: 禁止 IRQ.n F = 1: 禁止 FIQ.n T Bitn 僅ARM xT架構(gòu)支持n T = 0: 處理器處于 ARM 狀態(tài)n T = 1: 處理器處于 Thumb 狀態(tài)n Mode位(處理器模式位):n 0b10000Usern 0b10001FIQn 0b10010IRQn 0b10011Supervisorn 0b10111Abortn 0b11011Undefinedn 0b11111System5. 簡(jiǎn)述ARM處理器異常處理和程序返回的過(guò)程。答：只要正常的程序流被暫時(shí)中止，處理器就進(jìn)入異常模式。例如響應(yīng)一個(gè)來(lái)自外設(shè)的中斷。在處理異常之前，ARM7TDMI內(nèi)核保存當(dāng)前的處理器狀態(tài)，這樣當(dāng)處理程序結(jié)束時(shí)可以恢復(fù)執(zhí)行原來(lái)的程序。如果同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或更多異常，那么將按照固定的順序來(lái)處理異常。異?；蛉肟诜祷刂噶钕蛄勘砥铺幚砥髂Ｊ絻?yōu)先級(jí)BLMOV PC,R14 SWIMOVS PC,R14_svcSVC60x00000008未定義的指令MOVS PC,R14_undUND60x00000004預(yù)取指中止SUBS PC,R14_abt,#4ABT50x0000000C快中斷SUBS PC,R14_fiq,#4FIQ30x0000001C中斷SUBS PC,R14_irq,#4IRQ40x00000018數(shù)據(jù)中止SUBS PC,R14_abt,#8ABT20x00000010復(fù)位無(wú)SVC10x00000000在異常發(fā)生后，ARM7TDMI內(nèi)核會(huì)作以下工作：1.在適當(dāng)?shù)腖R中保存下一條指令的地址2.將CPSR復(fù)制到適當(dāng)?shù)腟PSR中；3. 將CPSR模式位強(qiáng)制設(shè)置為與異常類型相對(duì)應(yīng)的值；4.強(qiáng)制PC從相關(guān)的異常向量處取指。ARM7TDMI內(nèi)核在中斷異常時(shí)置位中斷禁止標(biāo)志，這樣可以防止不受控制的異常嵌套。注：異?？偸窃贏RM狀態(tài)中進(jìn)行處理。當(dāng)處理器處于Thumb狀態(tài)時(shí)發(fā)生了異常，在異常向量地址裝入PC時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到ARM狀態(tài)。當(dāng)異常結(jié)束時(shí)，異常處理程序必須：1.將LR中的值減去偏移量后存入PC，偏移量根據(jù)異常的類型而有所不同；2.將SPSR的值復(fù)制回CPSR；3.清零在入口置位的中斷禁止標(biāo)志。注：恢復(fù)CPSR的動(dòng)作會(huì)將T、F和I位自動(dòng)恢復(fù)為異常發(fā)生前的值。6. ARM處理器字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式有哪兩種？并指出這兩種格式的區(qū)別。答：ARM7TDMI處理器可以將存儲(chǔ)器中的字以下列格式存儲(chǔ) 大端格式（Big-endian） 小端格式（Little-endian） 小端存儲(chǔ)器系統(tǒng)： 在小端格式中，高位數(shù)字存放在高位字節(jié)中。因此存儲(chǔ)器系統(tǒng)字節(jié)0連接到數(shù)據(jù)線70。 大端存儲(chǔ)器系統(tǒng)： 在大端格式中，高位數(shù)字存放在低位字節(jié)中。因此存儲(chǔ)器系統(tǒng)字節(jié)0連接到數(shù)據(jù)線3124。 7. 分析帶有存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令（LDR）的流水線運(yùn)行情況，并用圖示說(shuō)明流水線的運(yùn)行機(jī)制。答：存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令LDR 流水線舉例取指的存儲(chǔ)器訪問(wèn)和執(zhí)行的數(shù)據(jù)路徑占用都是不可同時(shí)共享的資源，對(duì)于多周期指令來(lái)說(shuō)，如果指令復(fù)雜以至于不能在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成執(zhí)行階段，就會(huì)產(chǎn)生流水線阻塞。 對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)指令LDR是非單周期指令LDR指令的執(zhí)行，訪問(wèn)存儲(chǔ)器，回寫寄存器（占用了3個(gè)周期）。造成了MOV指令的執(zhí)行被阻斷。8. 簡(jiǎn)述ARM9的5級(jí)流水線每一級(jí)所完成的功能和實(shí)現(xiàn)的操作。答：ARM920在指令操作上采用5級(jí)流水線 .取指：從指令Cache中讀取指令。譯碼：對(duì)指令進(jìn)行譯碼，識(shí)別出是對(duì)哪個(gè)寄存器進(jìn)行操作并從通用寄存器中讀取操作數(shù)。執(zhí)行：進(jìn)行ALU運(yùn)算和移位操作，如果是對(duì)存儲(chǔ)器操作的指令，則在ALU中計(jì)算出要訪問(wèn)的存儲(chǔ)器地址。存儲(chǔ)器訪問(wèn)：如果是對(duì)存儲(chǔ)器訪問(wèn)的指令，用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖功能（通過(guò)數(shù)據(jù)Cache）。寄存器回寫：將指令運(yùn)算或操作結(jié)果寫回到目標(biāo)寄存器中。9. 什么叫流水線互鎖？應(yīng)如何來(lái)解決，舉例說(shuō)明。答：互鎖：當(dāng)前指令的執(zhí)行需要前面指令的執(zhí)行結(jié)果，但前面的指令沒有執(zhí)行完畢，引起流水線的等待?；ユi發(fā)生時(shí)，硬件會(huì)停止指令的執(zhí)行，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。上邊程序中ORR指令執(zhí)行時(shí)需要使用LDR指令加載后的R4寄存器，因此造成了ORR指令的等待。編譯器以及匯編程序員可以通過(guò)重新設(shè)計(jì)代碼的順序或者其他辦法來(lái)減少互鎖的數(shù)量。第3章 ARM指令集尋址方式1.在指令編碼中，條件碼占幾位，最多有多少個(gè)條件，各個(gè)條件是如何形成的？答：條件碼占4位，最多有15個(gè)條件操作碼條件助記符標(biāo)志含義0000EQZ=1相等0001NEZ=0不相等0010CS/HSC=1無(wú)符號(hào)數(shù)大于或等于0011CC/LOC=0無(wú)符號(hào)數(shù)小于0100MIN=1負(fù)數(shù)0101PLN=0正數(shù)或零0110VSV=1溢出0111VCV=0沒有溢出1000HIC=1,Z=0無(wú)符號(hào)數(shù)大于1001LSC=0,Z=1無(wú)符號(hào)數(shù)小于或等于1010GEN=V有符號(hào)數(shù)大于或等于 1011LTN!=V有符號(hào)數(shù)小于 1100GTZ=0,N=V有符號(hào)數(shù)大于 1101LEZ=1,N!=V有符號(hào)數(shù)小于或等于 1110AL任何無(wú)條件執(zhí)行 (指令默認(rèn)條件) 1111NV任何從不執(zhí)行(不要使用) 2. 指令條件碼中，V標(biāo)志位在什么情況下才能等于1？答：V溢出標(biāo)志位對(duì)于加減法運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)時(shí)，V=1表示符號(hào)位溢出，其他指令通常不影響V位。3. 在ARM指令中，什么是合法的立即數(shù)？判斷下面各立即數(shù)是否合法，如果合法則寫出在指令中的編碼格式（也就是8位常數(shù)和4位移位數(shù)）0x54300x1080x3040x5010xfb100000x3340000x3FC0000x1FE00000x55800000x7F8000x39C0000x1FE80000答：立即數(shù)必須由1個(gè)8位的常數(shù)通過(guò)進(jìn)行32位循環(huán)右移偶數(shù)位得到，其中循環(huán)右移的位數(shù)由一個(gè)4位二進(jìn)制的兩倍表示。即一個(gè)8位的常數(shù)通過(guò)循環(huán)右移2*rotate_4位（即0,2,4，。30）得到0X54300000,0000,0000,0000,0101,0100,0011,0000 非法立即數(shù)0X1080000,0000,0000,0000,0000,0001,0000,1000 0x42循環(huán)右移30位 （rotate_4=0xF）0X3040000,0000,0000,0000,0000,0011,0000,0100 0xC1循環(huán)右移30位 （rotate_4=0xF）0x5010000,0000,0000,0000,0000,0101,0000,0001 非法立即數(shù)0xfb100000000,1111,1011,0001,0000,0000,0000,0000 非法立即數(shù)0x3340000000,0000,0011,0011,0100,0000,0000,0000 0Xcd 循環(huán)右移18位（rotate_4=0x9）0x3FC0000000,0000,0011,1111,1100,0000,0000,0000 0XFF 循環(huán)右移18位（rotate_4=0x9）0x1FE00000000,0001,1111,1110,0000,0000,0000,0000 非法立即數(shù)0x55800000000,0101,0101,1000,0000,0000,0000,0000 非法立即數(shù)0x7F8000000,0000,0000,0111,1111,1000,0000,0000 非法立即數(shù)0x39C0000000,0000,0011,1001,1100,0000,0000,0000 0XE7循環(huán)右移18位（rotate_4=0x9）0x1FE800000001,1111,1110,1000,0000,0000,0000,0000 非法立即數(shù)4.分析邏輯右移，算術(shù)右移，循環(huán)右移，帶擴(kuò)展的循環(huán)右移它們間的差別。答：LSL邏輯左移 ： LSR邏輯右移 ： ASR算術(shù)右移 ：ROR循環(huán)右移 ： RRX帶擴(kuò)展的循環(huán)右移： 5.ARM數(shù)據(jù)處理指令具體的尋址方式有哪些，如果程序計(jì)數(shù)器PC作為目標(biāo)寄存器，會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果？答：數(shù)據(jù)處理指令尋址方式具體可分為5種類型：1）第二操作數(shù)為立即數(shù)2）第二操作數(shù)為寄存器3）第二操作數(shù)為寄存器移位方式且移位的位數(shù)為一個(gè)5位立即數(shù)4）第二操作數(shù)為寄存器移位方式且移位數(shù)值放在寄存器中5）第二操作數(shù)位寄存器進(jìn)行RRX移位得到。如果PC （R15）用作目標(biāo)寄存器，指令會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。6.在Load/Store指令尋址中，字，無(wú)符號(hào)字節(jié)的Load/Store指令尋址和半字，有符號(hào)字節(jié)尋址，試分析它們之間的差別。答：在Load/Store指令尋址中，字，無(wú)符號(hào)字節(jié)的Load/Store指令尋址中共有以下3種內(nèi)存地址構(gòu)成格式：1）Addressing_mode 中的偏移量為立即數(shù) 2）Addressing_mode 中的偏移量為寄存器的值3）Addressing_mode 中的偏移量通過(guò)寄存器移位得到半字，有符號(hào)字節(jié)的Load/Store指令尋址中共有以下2種內(nèi)存地址構(gòu)成格式：1）Addressing_mode 中的偏移量為立即數(shù) 2）Addressing_mode 中的偏移量為寄存器的值7.塊拷貝Load/Store指令在實(shí)現(xiàn)寄存器組合連續(xù)的內(nèi)存單元中數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，地址的變化方式有哪幾種類型，并分析它們的地址變化情況。答：批量Load/Store指令在實(shí)現(xiàn)寄存器組合連續(xù)的內(nèi)存單元中數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，地址的變化方式有以下4種類型：n 后增IA (Increment After) ：每次數(shù)據(jù)傳送后地址加4； n 先增IB (Increment Before) ：每次數(shù)據(jù)傳送前地址加4 ； n 后減DA (Decrement After) ：每次數(shù)據(jù)傳送后地址減4 ； n 先減DB (Decrement Before) ：每次數(shù)據(jù)傳送前地址減4 ； 8.棧操作指令地址的變化方式有哪幾種類型，并分析它們的地址變化情況，從而得出棧操作指令尋址和塊拷貝Load/Store指令之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。答：根據(jù)堆棧指針的指向位置不同和堆棧的生長(zhǎng)方向不同，共有4種類型的堆棧工作方式：滿遞增堆棧FA：堆棧指針指向最后壓入的數(shù)據(jù)，且由低地址向高地址生成。滿遞減堆棧FD：堆棧指針指向最后壓入的數(shù)據(jù)，且由高地址向低地址生成?？者f增堆棧EA：堆棧指針指向下一個(gè)要放入數(shù)據(jù)的空位置，且由低地址向高地址生成。空遞減堆棧ED：堆棧指針指向下一個(gè)要放入數(shù)據(jù)的空位置，且由高地址向低地址生成。9.分析協(xié)處理器加載/存儲(chǔ)指令的尋址方式種的內(nèi)存地址索引格式中不同的匯編語(yǔ)法格式下內(nèi)存地址的計(jì)算方法。答：協(xié)處理器加載/存儲(chǔ)指令的尋址方式種的內(nèi)存地址索引格式中，索引格式類似于LDR/STR指令尋址中的立即數(shù)作為地址偏移量的形式。Addressing_mode中的偏移量為8位立即數(shù)的匯編語(yǔ)法格式有以下3種： 前變址不回寫形式：，#+/-*4 第一個(gè)內(nèi)存地址編號(hào)為基地址寄存器Rn值加上/減去imm_offset8的4倍，后續(xù)的每一個(gè)地址是前一個(gè)內(nèi)存地址加4，直到協(xié)處理器發(fā)出信號(hào)，結(jié)束本次數(shù)據(jù)傳輸為止。 前變址回寫形式： ，#+/-*4！第一個(gè)內(nèi)存地址編號(hào)為基地址寄存器Rn值加上/減去imm_offset8的4倍，后續(xù)的每一個(gè)地址是前一個(gè)內(nèi)存地址加4，直到協(xié)處理器發(fā)出信號(hào)，結(jié)束本次數(shù)據(jù)傳輸為止。當(dāng)指令執(zhí)行時(shí)，生成的地址值將寫入基址寄存器。 后變址回寫形式： ，#+/-*4內(nèi)存地址為基址寄存器Rn的值，當(dāng)存儲(chǔ)器操作完成后，將基地址寄存器Rn值加上/減去imm_offset8的4倍，后續(xù)的每一個(gè)地址是前一個(gè)內(nèi)存地址加4，直到協(xié)處理器發(fā)出信號(hào)，結(jié)束本次數(shù)據(jù)傳輸為止。最后將Rn值加上/減去imm_offset8的4倍寫回到基址寄存器Rn（更新基地址寄存器）。10. 寫出下列指令的機(jī)器碼，并分析指令操作功能。MOV R0，R1MOVR1，,0X198ADDEQS R1，R2，,0xABCMPR2,#0XabLDRR0,R1,#4STRR0,R1,R1,LSL #2!LDRHR0,R1,#4LDRSBR0,R2,#-2!STRBR1,R2,#0Xa0LDMIAR0,R1,R2,R8STMDBR0!,R1-R5,R10,R11STMEDSP!R0-R3,LR答：機(jī)器碼部分略。MOV R0，R1 ；R0-R1MOVR1，,0X198 ；R0-0X198ADDEQS R1，R2，,0xAB ；當(dāng)Z=1時(shí)，R1-R2+0xAB 并影響標(biāo)志位CMPR2,#0Xab ；R2-0xAB，并影響標(biāo)志位LDRR0,R1,#4 ；R0-【R1+4】STRR0,R1,R1,LSL #2! ；【R1+R1*4】-R0，R1=R1+R1*4LDRHR0,R1,#4 ；R0-【R1+4】半字，R0的高16位清零LDRSBR0,R2,#-2! ；R0-【R2-2】字節(jié)，R0有符號(hào)擴(kuò)展為32位，R2=R2-2STRBR1,R2,#0Xa0 ；【R2+0Xa0】-R1低8位，LDMIAR0,R1,R2,R8 ；將內(nèi)存單元【R0】【R+11】以字為單位讀取到R1，R2，R8中STMDBR0!,R1-R5,R10,R11將寄存器R1R5，R10，R11的值以字為單位依次寫入【R0】中，每寫一個(gè)字之前R0=R0-4STMEDSP!R0-R3,LR將寄存器R0R3，LR的的值以字為單位依次寫入【SP】中，每寫一個(gè)字之后SP=SP-4第4章 ARM指令集系統(tǒng)1.ARM指令可分為哪幾類？說(shuō)出哪幾條指令是無(wú)條件執(zhí)行的。答：ARM微處理器的指令集可以分為：數(shù)據(jù)處理指令，分支指令，加載/存儲(chǔ)指令，批量加載/存儲(chǔ)指令，交換指令，程序狀態(tài)寄存器（PSR）處理指令，協(xié)處理器操作指令和異常產(chǎn)生指令八大類。幾乎所有的ARM指令都是可以有條件執(zhí)行的。帶鏈接和狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令BLX，當(dāng)目標(biāo)地址由程序標(biāo)號(hào)給出時(shí)，即：BLX 由于指令碼中是沒有條件編碼位的，所以指令是無(wú)條件執(zhí)行的。2.如何實(shí)現(xiàn)兩個(gè)64位數(shù)的加法操作，如何實(shí)現(xiàn)兩個(gè)64位數(shù)的減法操作，如何求一個(gè)64位數(shù)的負(fù)數(shù)？答：1）使用ADC實(shí)現(xiàn)64位加法，結(jié)果存于R1、R0中： ADDS R0,R0,R2 ;R0等于低32位相加，并影響標(biāo)志位 ADC R1,R1,R3;R1等于高32位相加，并加上低位進(jìn)位2）使用SBC實(shí)現(xiàn)64位減法，結(jié)果存于R1、R0中： SUBS R0,R0,R2 ; 低32位相減，并影響標(biāo)志位 SBC R1,R1,R3;高32位相減，并減去低位借位3）使用RSC指令實(shí)現(xiàn)求64位數(shù)值的負(fù)數(shù) ： RSBS R2,R0,#0 RSC R3,R1,#03.寫出LDRB指令與LDRSB指令的二進(jìn)制編碼格式，并指出它們之間的區(qū)別。答：LDRB指令的二進(jìn)制編碼格式：LDRSB指令的二進(jìn)制編碼格式：LDRB指令用于將內(nèi)存中的一個(gè)8位字節(jié)數(shù)據(jù)讀取到指令中的目標(biāo)寄存器的低8位中，寄存器的高24位用零擴(kuò)展。LDRSB指令用于將內(nèi)存中的一個(gè)8位字節(jié)數(shù)據(jù)讀取到指令中的目標(biāo)寄存器的低8位中，寄存器的高24位用符號(hào)位擴(kuò)展。4.分析下列每條語(yǔ)句的功能，并確定程序段所實(shí)現(xiàn)的操作。CMP R0，,0MOVEQR1，,0MOVGTR1，,1答：CMP R0，,0 ；比較R0與0的大小MOVEQR1，,0 ；若R0=0，則R1=0MOVGTR1，,1 ；若R00，則R1=15.請(qǐng)使用多種方法實(shí)現(xiàn)將字?jǐn)?shù)據(jù)0xFFFFFFFF送入寄存器R0答：1）MVN R0，#02）MOV R0，#1 RSB R0，R0，#06.寫一條ARM指令，分別完成下列操作：(1)R0=16(2)R0=R1/16(3)R1=R2*3(4)R0=-R0答：(1)R0=16 MOV R0，#16(2)R0=R1/16MOV R0，R1，LSR #4(3)R1=R2*3MOV R3，#3 MUL R1，R2，R3(4)R0=-R0 RSB R0，R0，#07.編寫一個(gè)ARM匯編程序，累加一個(gè)隊(duì)列中的所有元素，碰到0時(shí)停止。結(jié)果放入R4。答：假設(shè)隊(duì)列為地址從R0開始遞增的字隊(duì)列：LOOPLDR R1, R0,#4!MOVS R2, R1BEQ ENDADD R4,R4,R2B LOOPEND8.寫出實(shí)現(xiàn)下列操作的ARM指令：當(dāng)Z=1時(shí)，將存儲(chǔ)器地址為R1的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0.當(dāng)Z=1時(shí)，將存儲(chǔ)器地址為R1+R2的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0將存儲(chǔ)器地址為R1-4的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0。將存儲(chǔ)器地址為R1+R6的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將新地址R1+R6寫入R1。答：1)LDREQ R0, R12)LDREQ R0, R1,R23)LDR R0, R1,#-44)LDRR0, R1,R6!9.寫出下列ARM指令所實(shí)現(xiàn)的操作：LDRR2，R3，#-4!LDRR0，R0,R2LDRR1，R3，R2，LSL #2!LDRSBR0，R2，#-2!STRBR1，R2，,0xA0LDMIAR0,R1,R2,R8STMDBR0!,R1-R5,R10,R11答：LDRR2，R3，#-4! ;R2-R3-4, R3=R3-4LDRR0，R0,R2 ;R0-R0, R0=R0+R2LDRR1，R3，R2，LSL #2! ;R1-R3+R2*4, R3=R3+R2*4LDRSBR0，R2，#-2! ;R0低8位【R2+0xA0】LDMIAR0,R1,R2,R8從地址R0開始的內(nèi)存中依次讀取字?jǐn)?shù)據(jù)，送入寄存器R1，R2，R8STMDBR0!,R1-R5,R10,R11將寄存器R11，R10，R5-R1的字?jǐn)?shù)據(jù)，依次寫入地址R0中，每次寫入前R0=R0-410.SWP指令的優(yōu)勢(shì)是什么？答：SWP指令支持原子操作，它能在一條指令中完成存儲(chǔ)器和寄存器之間的數(shù)據(jù)交換。11. 如何用帶PSR操作的批量字?jǐn)?shù)據(jù)加載指令實(shí)現(xiàn)IRQ中斷的返回？答：在進(jìn)入IRQ中斷處理程序時(shí)，首先計(jì)算返回地址，并保存相關(guān)的寄存器 SUBR14,R14,#4 ; STMFD R13!, R0-R3, R12, LR 如果IRQ中斷處理程序返回到被中斷的進(jìn)程則執(zhí)行下面的指令。該指令從數(shù)據(jù)棧中恢復(fù)寄存器R0R3及R12的值，將返回地址傳送到PC中，并將SPSR_irq值復(fù)制到CPSR中 LDMFD R13!, R0-R3, R12, PC 12. 用ARM匯編語(yǔ)言編寫代碼，實(shí)現(xiàn)將ARM處理器切換到用戶模式，并關(guān)閉中斷。答：；禁能IRQ中斷 MRS R0 CPSR ORR R0, R0,#0x80MSR CPSR, R0；切換到用戶模式 MRS R0 CPSR BIC R0, #0x0FMSR CPSR, R0第5章 Thumb指令1.與32位的ARM指令集相比較，16位的Thumb指令集具有哪些優(yōu)勢(shì)？答：在ARM體系結(jié)構(gòu)中，ARM指令集是32位的，具有很高的執(zhí)行效率。但是對(duì)于嵌入式 而言，其存儲(chǔ)空間極其有限，由于每條ARM指令都要占用4個(gè)字節(jié)，對(duì)存儲(chǔ)空間的要求較高。為了壓縮代碼的存儲(chǔ)，增加代碼存儲(chǔ)密度，ARM公司設(shè)計(jì)了16位的Thumb指令。Thumb代碼所需的存儲(chǔ)空間約為ARM代碼的60%70%。2.Thumb指令可分為哪幾類？Thumb指令有條件執(zhí)行指令嗎，如果有請(qǐng)說(shuō)明哪些指令是條件執(zhí)行的。答：Thumb指令可分為數(shù)據(jù)處理指令，存儲(chǔ)器操作指令，分支指令，軟中斷指令。Thumb指令集只有一條分支指令是有條件的，其余所有指令都是無(wú)條件的；Bcond label3.分析下面的Thumb指令程序代碼，指出程序所完成的功能。.global _start.text.equ num 20_start:MOVSP,#0x400ADRR0,Thumb_start+1BXR0.thumbThumb_start:ASRR2,R0,#31EORR0,R2SUBR3,R0,R2stop:Bstop.end答：上述代碼首先將處理器狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)，ASRR2,R0,#31 ; 用R0的符號(hào)位填充R2EORR0,R2 ；如果R0為正數(shù)，則R0不變；如果R0為負(fù)數(shù)，則R0取反SUBR3,R0,R2 ；R0-R2-R3 (R2為全零或全1)4.在Thumb狀態(tài)中，用多種方法實(shí)現(xiàn)將寄存器R0中的數(shù)據(jù)乘以10答：1）MOV R1，#10 MUL R0,R12) LSL R1，R0,#3LSL R2，R0,#1ADD R0,R1,R25.帶鏈接的分支指令BL提供了一種在Thumb狀態(tài)下程序間相互調(diào)用的方法，當(dāng)從子程序返回時(shí)，可以采用哪種返回方式？答：通常使用下面的方式之一：MOV PC, LRBX LRPOP PC ;需要在子程序中使用PUSH LR6.指出下列的Thumb程序代碼所完成的功能：ASRR0,R1,#31 EORR1,R0SUBR1,R0答：ASRR0,R1,#31 ；用R1的符號(hào)位填充R0EORR1,R0 ；如果R1為正數(shù)，則R1不變；如果R1為負(fù)數(shù)，則R1取反SUBR1,R0 ；R1-R0-R1 (R0為全零或全1)第6章 ARM匯編偽指令與偽操作1.在ARM匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中，偽操作與偽指令的區(qū)別是什么？答：偽指令是ARM處理器支持的匯編語(yǔ)言程序里的特殊助記符，它不再處理器運(yùn)行期間由機(jī)器執(zhí)行，只是在匯編時(shí)被合適的機(jī)器指令代替成ARM或Thumb指令，從而實(shí)現(xiàn)真正的指令操作。偽操作是ARM匯編語(yǔ)言程序里的一些特殊的指令助記符，其作用主要是為了完成匯編程序做各種準(zhǔn)備工作，對(duì)源程序運(yùn)行匯編程序處理，而不是在計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間由處理器執(zhí)行。也就是說(shuō)，這些偽操作只是在匯編過(guò)程中起作用，一旦匯編結(jié)束，偽操作也就隨之消失。2.分析ARM匯編語(yǔ)言偽指令LDR，ADRL，ADR的匯編結(jié)果，說(shuō)明它們之間的區(qū)別。答： LDR偽指令將一個(gè)32位的常數(shù)或者一個(gè)地址值讀取到寄存器中，可以看作是加載寄存器的內(nèi)容。如果加載的常數(shù)符合MOV或MVN指令立即數(shù)的要求，則用MOV或MVN指令替代LDR偽指令。如果加載的常數(shù)不符合MOV或MVN指令立即數(shù)的要求，匯編器將常量放入內(nèi)存文字池，并使用一條程序相對(duì)偏移的LDR指令從內(nèi)存文字池讀出常量。 ADRL偽指令將基于PC相對(duì)偏移的地址值或基于寄存器相對(duì)偏移的地址值讀取到寄存器中，比ADR偽指令可以讀取更大范圍的地址 。在匯編編譯器編譯源程序時(shí)，ADRL偽指令被編譯器替換成兩條合適的指令。若不能用兩條指令實(shí)現(xiàn)，則產(chǎn)生錯(cuò)誤，編譯失敗。ADR偽指令將基于PC相對(duì)偏移的地址值或基于寄存器相對(duì)偏移的地址值讀取到寄存器中。在匯編編譯器編譯源程序時(shí)，ADR偽指令被編譯器替換成一條合適的指令。通常，編譯器用一條ADD指令或SUB指令來(lái)實(shí)現(xiàn)該ADR偽指令的功能，若不能用一條指令實(shí)現(xiàn)，則產(chǎn)生錯(cuò)誤，編譯失敗。3.在ADS編譯環(huán)境下，寫出下列操作的偽操作：（1）聲明一個(gè)局部的算術(shù)變量La_var 并將其初始化 0；（2）聲明一個(gè)局部的邏輯變量Ll_var 并將其初始化 FALSE；（3）聲明一個(gè)局部的字符串變量Ls_var 并將其初始化 空串；（4）聲明一個(gè)全局的邏輯變量Gl_var 并將其初始化 FALSE；（5）聲明一個(gè)全局的字符串變量Gs_var 并將其初始化 空串；（6）聲明一個(gè)全局的算術(shù)變量Ga_var 并將其初始化 0xAA；（7）聲明一個(gè)全局的邏輯變量Gl_var 并將其初始化 TRUE；（8）聲明一個(gè)全局的字符串變量Gs_var 并將其初始化 “CHINA”；答：（1）聲明一個(gè)局部的算術(shù)變量La_var 并將其初始化 0；LCLA La_var（2）聲明一個(gè)局部的邏輯變量Ll_var 并將其初始化 FALSE； LCLL Ll_var（3）聲明一個(gè)局部的字符串變量Ls_var 并將其初始化 空串； LCLS Ls_var（4）聲明一個(gè)全局的邏輯變量Gl_var 并將其初始化 FALSE； GCLL Gl_var（5）聲明一個(gè)全局的字符串變量Gs_var 并將其初始化 空串； GCLS Gs_var（6）聲明一個(gè)全局的算術(shù)變量Ga_var 并將其初始化 0xAA； GCLA Ga_var Ga_ var SETA 0xAA（7）聲明一個(gè)全局的邏輯變量Gl_var 并將其初始化 TRUE； GCLL Gl_var Gl_ var SETL TRUE（8）聲明一個(gè)全局的字符串變量Gs_var 并將其初始化 “CHINA”； GCLS Gs_var Gs_ var SETS CHINA4.用ARM開發(fā)工具偽操作將寄存器列表R0-R5，R7，R8的名稱定義為Reglist。答：Reglist RLST R0-R5，R7，R85.完成下列數(shù)據(jù)定義偽操作：（1）申請(qǐng)以data_buffer1為起始地址的連續(xù)的內(nèi)存單元，并依次用半字?jǐn)?shù)據(jù)0x11,0x22,0x33,0x44,0x55進(jìn)行初始化；（2）申請(qǐng)以Str_buffer為起始地址的連續(xù)的內(nèi)存單元，并用字符串“ARM7 and ARM9”進(jìn)行初始化；答：(1) data_buffer1 DCW 0x11,0x22,0x33,0x44,0x55 (2) Str_buffer DCB “ARM7 and ARM9”6.定義一個(gè)結(jié)構(gòu)化的內(nèi)存表，其首地址固定為0x900，該結(jié)構(gòu)化內(nèi)存表包含2個(gè)域，F(xiàn)datal長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)，F(xiàn)data2長(zhǎng)度為160個(gè)字節(jié)。答：MAP 0x900 Fdata1 FIELD 8 Fdata2 FIELD 1607.在GNU-ARM編譯環(huán)境下，寫出實(shí)現(xiàn)下列操作的偽操作：（1）分配一段字節(jié)內(nèi)存單元，并用57,0x11,031，Z，0x76進(jìn)行初始化；（2）分配一段半字內(nèi)存單元，并用0xFFE0,0xAABB，0x12進(jìn)行初始化；（3）分配一段字內(nèi)存單元， 并用0x12345678,0xAABBCCDD進(jìn)行初始化；（4）分配一段內(nèi)存單元，并用長(zhǎng)為8字節(jié)的數(shù)值0x11填充100次；答：（1）分配一段字節(jié)內(nèi)存單元，并用57,0x11,031，Z，0x76進(jìn)行初始化； .byte 57,0x11,031，Z，0x76（2）分配一段半字內(nèi)存單元，并用0xFFE0,0xAABB，0x12進(jìn)行初始化； .hword 0xFFE0,0xAABB，0x12（3）分配一段字內(nèi)存單元， 并用0x12345678,0xAABBCCDD進(jìn)行初始化； .word 0x12345678,0xAABBCCDD（4）分配一段內(nèi)存單元，并用長(zhǎng)為8字節(jié)的數(shù)值0x11填充100次； .fill 100 , 8, 0x118.寫出與GNU-ARM編譯環(huán)境下偽操作.arm , .thumb 功能相同的ARM標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工具編譯環(huán)境下的偽操作。答：.arm 對(duì)應(yīng) ARM 或 CODE32 .thumb 對(duì)應(yīng) THUMB 或 CODE16第7章 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)1.分別寫出ARM集成開發(fā)環(huán)境下ARM匯編語(yǔ)句格式與GNU ARM環(huán)境下ARM匯編語(yǔ)句通用格式，并分析它們的區(qū)別。答：ADS環(huán)境下ARM匯編語(yǔ)句格式如下： symbol instruction ;comment symbol directive ;comment symbol pseudo-instruction ;comment Symbol ：標(biāo)號(hào)（地址） Instruction ：指令（ARM/Thumb） Directive ：偽操作 pseudo-instruction：偽指令GNU環(huán)境下ARM匯編語(yǔ)言語(yǔ)句格式如下： label : instructioncomment label :directivecomment label : pseudo-instructioncomment2.局部標(biāo)號(hào)提供分支指令在匯編程序的局部范圍內(nèi)跳轉(zhuǎn)，它的主要用途是什么，并舉一實(shí)例加以說(shuō)明。答：局部標(biāo)號(hào) 局部標(biāo)號(hào)的語(yǔ)法格式如下： n routname （099） 被引用的局部標(biāo)號(hào)語(yǔ)法規(guī)則是： % FB AT n routname 其中： n是局部標(biāo)號(hào)的數(shù)字號(hào)。（099） routname是當(dāng)前局部范圍的名稱。 %表示引用操作。 F指示匯編器只向前搜索。 B指示匯編器只向后搜索。 A指示匯編器搜索宏的所有嵌套層次。 T指示匯編器搜索宏的當(dāng)前層次。 局部標(biāo)號(hào)提供分支指令在匯編程序在局部范圍內(nèi)的跳轉(zhuǎn)3.先對(duì)內(nèi)存地址0xB000開始的100個(gè)字內(nèi)存單元填入0x100000010x10000064字?jǐn)?shù)據(jù)，然后將每個(gè)字單元進(jìn)行64位累加，結(jié)果保存于【R9：R8】（R9中存放高32位）。答：解：先對(duì)內(nèi)存地址0xB000開始的100個(gè)字內(nèi)存單元填入0x100000010x10000064字?jǐn)?shù)據(jù)，然后將每個(gè)字單元進(jìn)行64位累加，結(jié)果保存于【R9：R8】（R9中存放高32位）。在ARM集成開發(fā)環(huán)境下編程：/*-*寄存器使用說(shuō)明*R0:存放地址值*R2:遞減計(jì)數(shù)器*R9:64位遞加結(jié)果的高32位*R8:64位遞加結(jié)果的低32位*-*/AREAFctrl,CODE,READONLY ;聲明代碼段FctrlENTRY;標(biāo)識(shí)程序入口CODE32;聲明32位ARM指令STARTMOVR0,#0xB000；初始化寄存器MOVR1,#0x10000001MOVR2,#100loop_1；第一次循環(huán)賦值STRR1,R0,#4ADDR1,R1,#1SUBSR2,R2,#1BNEloop_1MOVR0,#0xB000MOVR2,#100MOVR9,#0MOVR8,#0loop_2；第二次循環(huán)累加LDRR1,R0,#4ADDSR8,R1,R8；R8=R8+R1，進(jìn)位影響標(biāo)志位ADDCR9,R9,#0；R9=R9+C，C為進(jìn)位位SUBSR2,R2,#1BNEloop_2StopBStop；文件結(jié)束END4.在GNU環(huán)境下用ARM匯編語(yǔ)言編寫程序，初始化ARM處理器各模式下的堆棧指針SP_mode (R13)，各模式的堆棧指針地址如下：.equ _ISR_STARTADDRESS, 0xCFFF000 設(shè)置棧的內(nèi)存基地址.equ