ARM復習課后題答案

1、1.2.3.Linux ：1)2)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， 器在什么情況下進入相應(yīng)的模式。ARM 處理器共有 7 種工作模式：并指出處理國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)行業(yè)對嵌入式系統(tǒng)的定義是什么？如何理解答： 以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、 可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。從這個定義看以看出嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強的專用性，必 須結(jié)合實際系統(tǒng)要求進行合理的裁剪利用。因此有人把嵌入式系統(tǒng)比作是一個針對 特定的應(yīng)用而量身定做的專用計算機系統(tǒng)。當前最常見的源碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)有哪些，請舉出兩例

2、，并分析其特點 答：嵌入式 linux 和嵌入式實時操作系統(tǒng) uc/os-II linux 是源碼開放的，每一個技術(shù)細節(jié)都是透明的，易于裁剪定制。目前嵌入式 linux 已經(jīng)在多種嵌入式處理器芯片移植成功， 有大量且不斷增加的 開發(fā)工具，這些工具為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了良好的開發(fā)環(huán)境。Linux 內(nèi)核小、功能強大、運作穩(wěn)定、效率高。Ucos：1)源代碼公開2)可移植性。3)可固化4)可裁剪5)占先式6)多任務(wù)7)可確定性。8)系統(tǒng)服務(wù)第 2 章 ARM 技術(shù)與 ARM 體系結(jié)構(gòu)答：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

3、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，處理器會自動切換工作模式FIQ 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，當一個高優(yōu)先級(fast)中斷產(chǎn)生時將會進入這種模式。IRQ 模式： 也稱為普通中斷模式， :當一個低優(yōu)先級中斷產(chǎn)生時將會進入這種模 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 模式下進行。SVC 模式 ：稱之為管理模式，它是一種操作系統(tǒng)保護模式。當復位或軟中斷指 令執(zhí)行時處理器將進入這種模式。中止模式： 當存取異常時將會進入這種模式，用來處理存儲器故障、實現(xiàn)虛擬 存儲或存儲保護。未定義指令異常模式： 當執(zhí)

4、行未定義指令時會進入這種模式，主要是用來處理 未定義的指令陷阱，支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真，因為未定義指令多發(fā)生在對協(xié) 處理器的操作上。系統(tǒng)模式： 使用和 User 模式相同寄存器組的特權(quán)模式，用來運行特權(quán)級的操作系統(tǒng)任務(wù)。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，程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源，也可以任意地進行處理5種特權(quán)模式又器模式的切換。在這 6種特權(quán)模式中，除了系統(tǒng)模式外的其他稱為異常模式N、V在什4.分析程序狀態(tài)寄存器(PSR)各位的功能描述，并說明 么情況下進行置位和清零。答：PSR的具體格式為M Z 1 C 1 V f Q 1 J1 un

5、iNcxi(F T 1 rncxJc1展域1| (*70節(jié) M M 2a 2726324 23召 *4V 溢出標志位 對于加/減法運算指令，當操作數(shù)和運算結(jié)果為二進制補碼表示的帶符號數(shù)時， V= 1表示符號位溢出，其他的指令通常不影響V位。CMN),結(jié)果產(chǎn)生進位，則 C= 1，表示無符號C= 0 ；CMP),結(jié)果產(chǎn)生借位，則 C= 0,表示無符號數(shù)C= 1 ；C進位或借位標志位 對于加法指令(包括比較指令 數(shù)運算發(fā)生上溢出，其他情況下 在減法指令中(包括比較指令 運算發(fā)生下溢出，其他情況下對于包含移位操作的非加/減法運算指令，C中包含最后一次溢出位的數(shù)值； 對于其他非加/減法運算指令，C位的值

6、通常不受影響。Z 結(jié)果為0標志位Z= 1表示運算結(jié)果是0, Z= 0表示運算結(jié)果不是零； 對于CMP指令，Z = 1表示進行比較的兩個數(shù)大小相等。N符號標志位本位設(shè)置成當前指令運算結(jié)果的bit31的值。當兩個補碼表示有符號整數(shù)運算時，N= 1表示運算的結(jié)果為負數(shù)，N = 0表示結(jié)果為正數(shù)或零。5.簡述ARM處理器異常處理和程序返回的過程。 答：ARM在異常產(chǎn)生時會進行以下操作：(1)將引起異常指令的下一條指令地址保存到新的異常模式的 常處理程序執(zhí)行完后能根據(jù) LR中的值正確返回； 將CP SR的內(nèi)容復制到新的異常模式下的 SP SR中； 根據(jù)異常類型將CPSR模式控制位強制設(shè)定為發(fā)生異常所對應(yīng)

7、的模式 值；強制PC指向相應(yīng)的異常向量地址。LR中，使異(4)ARM在異常返回時(1) 從 SPSR_mode恢復 CPSR(2) 從 LR_mode恢復 PC。6 ARM 處理器字數(shù)據(jù)的存儲格式有哪兩種？并指出這兩種格式的區(qū)別。 答：（1）小端存儲格式（ Little-Endian ） 在小端存儲格式中，對于地址為 A 的字單元，其中字節(jié)單元由低位到高位字節(jié)地 址順序為A,A+1,A+2 , A+3 ;對于地址為A的半字單元，其中字節(jié)單元由低位到高 位字節(jié)地址順序為 A,A+1 ；A 的字單元，其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)地對于地址為 A 的半字單元，其中字節(jié)單元由高位到低（2）大端存儲格式

8、（ Big-Endian ）在大端存儲格式中，對于地址為 址順序為 A,A+1,A+2 ， A+3;位字節(jié)地址順序為 A,A+1 。第3章ARM指令集尋址方式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 位的移位數(shù)）。 0x5430 0x108 0x304 0x5010xFB10000 0x334000 0x3FC000 0x1FE0000十六進制立即數(shù)兩端 0 去掉展成二進制連續(xù)偶數(shù)個 0 去掉，數(shù)字中間 0不去掉 剩下數(shù)字位數(shù)小于等于 8 可以，反之，不可以。0x5580000 0x7F800 0x39C

9、000 0x1FE80000 答：計算步驟：（1）（2）（3）5 ARM 會產(chǎn)生什么結(jié)果？ 答：ARM數(shù)據(jù)處理指令尋址方式有5種1）2）3）4）5）數(shù)據(jù)處理指令具體的尋址方式有哪些，如果程序計數(shù)器PC 作為目標寄存器，（4）第二操作數(shù)為立即數(shù)第二操作數(shù)為寄存器第二操作數(shù)為寄存器移位方式，且移位的位數(shù)為一個 5位的立即數(shù) 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 第二操作數(shù)為寄存器進行 RRX 移位得到如果程序計數(shù)器 PC 作為目標寄存器，會發(fā)生程序跳轉(zhuǎn)。6 在 Load/Store 指令尋址中，字、無符號字節(jié)的 Load/Store 指令尋址和半字、有 符號字節(jié)尋址，試分析它們之間的

10、差別。無符號字節(jié)尋址：Addressing_modeAddressing_modeAddressing_mode中的偏移量為立即數(shù) 中的偏移量為寄存器的值 中的偏移量通過寄存器移位得到答：字、1）2）3）半字、有符號字節(jié)尋址：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答：從以上分析看出：差別就在于后者沒有第三項尋址方式。塊拷貝 Load/Store 指令在實現(xiàn)寄存器組和連續(xù)的內(nèi)存單元中數(shù)據(jù)傳遞時，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。批量 Load/Store 指令在實現(xiàn)寄存器組和連續(xù)的內(nèi)存單元中數(shù)

11、據(jù)傳遞時，地址的 變化方式( addr_mode )有以下 4 種類型：后增 IA (Increment After) ：每次數(shù)據(jù)傳送后地址加 4； 先增 IB (Increment Before) ：每次數(shù)據(jù)傳送前地址加 4 ； 后減 DA (Decrement After) ：每次數(shù)據(jù)傳送后地址減 4 ； 先減 DB (Decrement Before) ：每次數(shù)據(jù)傳送前地址減 4 。 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 Load/Store 指令之間的對應(yīng)關(guān)系。8 得出棧操作指令尋址和塊拷貝 答：(1) 四種類型的堆棧工作方式，即：FA(Empty As

12、cending) ：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。FD( Full Descending )：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。EA(Full Ascending) ：堆棧指針指向下一個將要放入數(shù)據(jù)的空位置， 且由低地址向高地址生成。ED(Empty Descending) ：堆棧指針指向下一個將要放入數(shù)據(jù)的空位 置，且由高地址向低地址生成。滿遞增堆棧滿遞減堆棧空遞增堆?？者f減堆棧(2) 棧操作指令尋址和塊拷貝 Load/Store 指令之間的對應(yīng)關(guān)系見表3-10。第4章ARM指令集系統(tǒng)#0#1時， MOVEQ 執(zhí)行，則 R1 等于0；4. 分析下列每

13、條語句的功能，并確定程序段所實現(xiàn)的操作。 CMP R0 ，#0 MOVEQ R1 ， MOVGT R1 ， 答：分析： 當 R0 等于 0 當 R0 等于正數(shù)時， MOVGT 執(zhí)行，則 R1 等于 1； 此功能碼段可以判別 R0 中的值為正數(shù)還是 0。5. 請使用多種方法實現(xiàn)將字數(shù)據(jù) 0xFFFFFFFF 送入寄存器 R0 。 答： 例如， MVN R0 ，#0 或者：MOV R0 ，#0SUB R0，R0，#1還可以用其它運算指令來實現(xiàn)，讀者自行寫出。R3， -4 ！R0 ，R2R3，R2，LSL 2??；9. 寫出下列 ARM 指令所實現(xiàn)操作： LDR R2 ，LDR R0 ，LDR R1

14、，LDRSB R0 ，R2 ， #-2 ！STRB R1 ，R2， #0xA0LDMIA R0 ，R1，R2， R8STMDB R0 ！， R1-R5 ，R10，R11 解答：LDR R2,R3,#-4!將存儲器地址為R3-4的字數(shù)據(jù)讀入R2，并將地址R3-4LDR RO,RO,R2將存儲器地址為R0的字數(shù)據(jù)讀入R0 ,并將地址R0+R2LDR R1,R3,R2,LSL#2!將存儲器地址為 R3+R2*4 的字數(shù)據(jù)讀入 R1 ，并將地址寫入 R3寫入 R0R3+R2*4 寫入 R3LDRSB R0,R2,#-2!將存儲器地址為 R2-2 的字節(jié)數(shù)據(jù)讀入 R0 的低8 位，將 R0 的高24 位

15、用符號 位擴展，并將地址 R2-2 寫入 R2STRB R1,R2,#0xA0將RO的低8位存入存儲器地址為R2+0XA0 字節(jié)中LDMIA RO,R1,R2,R8將內(nèi)存單元 RO 所指向的地址單元以字為單位遞減方式讀取到 R1， R2， R8 中， 低地址編號的字數(shù)據(jù)內(nèi)存單元對應(yīng)低編號寄存器STMDB RO! R1-R5,R1O,R11將 R1-R5,R1O,R11 存儲到以 RO 為起始地址的遞減內(nèi)存中，最終 RO 指向存放 R11 的地址單元10. SWP 指令的優(yōu)勢是什么 ?答：ARM 指令支持原子操作，主要是用來對信號量的操作，因為信號量操作的要求 是作原子操作，即在一條指令中完成信

16、號量的讀取和修改操作。SWP 數(shù)據(jù)交換指令如何用帶 PSR 操作的批量字數(shù)據(jù)加載指令實現(xiàn) IRQ 中斷的返回？ 在進入IRQ中斷處理子程序時，首先計算返回的地址，并保存相關(guān)的寄存器SUB R14,R14,#4STMFD R13!,RO-R3,R12,LR如果IRQ中斷處理程序返回到被中斷的進程則執(zhí)行下面的指令。該指令從數(shù)據(jù)棧中恢復R0-R3及R12的值，將返回地址傳送到PC中，并將SPSR_irq值復制到CPSF中LDMFD R13!,R0-R3,R12, PC就能完成此功能，能在一條指令中實現(xiàn)存儲器和寄存器之間交換數(shù)據(jù)。11. 答：用 ARM 匯編語言編寫代碼，實現(xiàn)將 ARM 處理器切換到用

17、戶模式，并關(guān)閉中斷。12.equ User_Mode, OX1O .equ Mode_Mask OX1F .equ NOINT, OXCO讀 CPSRMRS RO, CPSRBIC R0, R0, #Mode_MaskORR R1, R0, #User_Mode | NOINT修改進入用戶模式第6章ARM 匯編偽指令與偽操作MSR CPSR_cxsf, R11.在ARM匚編語言程序設(shè)計中，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言程序里的特殊助記符，它不在處理器運行期間由機器執(zhí)行，只是在匯編時被合適的機器指令代替成ARM或 Thumb指令，從而實現(xiàn)真正的指令操作。偽操作

18、是ARM匚編語言程序里的一些特殊的指令助記符，其作用主要是為完成匯編程序做各種準備工作， 對源程序進行匯編程序處理， 而不是在計算機運行期間由處理器執(zhí)行。 也就是 說，這些偽操作只是在匯編過程中起作用，一旦匯編結(jié)束，偽操作也就隨之消失。2.分析ARM匯編語言偽指令 LDR ADRL ADR的匯編結(jié)果，說明它們之間的區(qū)別。 答：LDR是大范圍地址讀取偽指令。LDR將一個32位的常數(shù)或者一個地址值讀取到寄存器中，以看作是加載寄存器的內(nèi)容。ADRL是中等范圍地址讀取偽指令。它將基于PC相對偏移的地址值或基于寄存器相對偏移的地址值讀取到寄存器中。PC 相對偏移的地址值或基于寄存器相對偏移的地ADR是小

19、范圍地址讀取偽指令，它將基于 址值讀取到寄存器中。從以上分析可以看出：ADRLLDR不依賴于PC值，加載的數(shù)據(jù)是絕對值。和ADR依賴于PC值，加載的數(shù)據(jù)是基于 PC相對偏移值匯編語言程序設(shè)計4.在GNI環(huán)境下用ARM匚編語言編寫程序初始化各ARM處理器各模式下的堆棧指針SP_mode(R13),各模式的堆棧地址如下：.equ_ISR_STARTADDRESS,0xcFFF000.equ .equ .equ .equ .equ .equUserStack, _ISR_STARTADDRESS SVCStack, _ISR_STARTADDRESS+64UndefStack, _ISR_START

20、ADDRESS +64*2 AbortStack, _ISR_STARTADDRESS +64*3IRQStack, _ISR_STARTADDRESS +64*4FIQStack, _ISR_STARTADDRESS +64*5/ 示例程序 代碼為平常自己寫的，上機調(diào)試成功！與題目有點不一樣，變量名和數(shù)值得改一改 /.equ.equ.equ.equ.equ.equ.equISR_STARTADDRESS,0x40008000 svc_stack_top, ISR_STARTADDRESS /*0x40008000*/ user_stack_top, ISR_STARTADDRESS-512

21、undefstack_top, ISR_STARTADDRESS-512*2 /*0x40007C00*/ abortstack_top, ISR_STARTADDRESS-512*3 /*0x40007A00*/ isrstack_top, ISR_STARTADDRESS-512*4 /*0x40007800*/ fiqstack_top, ISR_STARTADDRESS-512*5 /*0x40007600*/*0x40007E00*/.equ.equ.equ .equ .equ.equ.equuser_mode, 0x10 fiq_mode, 0x11 irq_mode, 0x12

22、svc_mode, abt_mode, udf_mode, sys_mode,0x130x170x1c0x1f.global _start.text_start:b reset_handlerb undifned_handlerb svc_handlerb prefetch_handler b abort_handler b .b irq_handler b fiq_handlerreset_handler:ldr sp,=svc_stack_top /*svc_stack */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0x1f orr r0,r0,#udf_mode msr cpsr_

23、c,r0ldr sp,=undefstack_top /*undefstack */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0x1f orr r0,r0,#abt_mode msr cpsr_c,r0ldr sp,=abortstack_top /*abortstack */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0x1forr r0,r0,#irq_modemsr cpsr_c,r0ldr sp,=isrstack_top /*isrstack*/ mrs r0,cpsrbic r0,r0,#0x1forr r0,r0,#fiq_modemsr cpsr_c,r0ldr sp

24、,=fiqstack_top /*fiqstack*/mrs r0,cpsrbic r0,r0,#0x1forr r0,r0,#user_modemsr cpsr_c,r0ldr sp,=user_stack_top /*user_stack*/handler: b .stop: b undifned_ svc_handIer:stmfd sp!,r0-r12,IrIdr r0,Ir,#-4 bic r0,r0,#0xff000000Idmfd sp !,r0-r12 ,pcAprefetch_handler: b . abort_handIer: irq_handIer: fiq_handI

25、er: .end/ 另外有第5 題和第 7 題，沒時間寫，可是老師也劃題了。第 8 章 嵌入式 C 編程規(guī)范限制符在程序中起到什么作用，請舉例說明。限制符起到抑制編譯器優(yōu)化的作用。3.volatile答： volatile 例如：中斷服務(wù)程序中修改的供其他程序檢測的變量的問題。 Static char flg=0;main(void)While(1) if(flg)程序代碼A else程序代碼B/ 中斷服務(wù)程序Void ISR_INT(void)flg=1;flg 的值并沒有變化， 編譯器會優(yōu)化程序，改為 volatile static char flg=0在這個程序中， 由于在程序執(zhí)行的大部

26、分時間內(nèi)， flg=0 。優(yōu)化后的程序為：Static char flg=0;main(void)while(1) 程序代碼 B解決問題的方法：將聲明語句 static char flg=0;3. 請分析下列程序代碼的執(zhí)行結(jié)果 #include main()int value=0xff1;int *p1,*p2,*p3,*p4; p1=&value;p2=&p1;p3=&p2;p4=&p3;printf(“*p4=%xn ”,*p4); 程序執(zhí)行結(jié)果： *p4=oxff1;5.分析宏定義 #define POWER(x) x*x 是否合理，舉例說明。如果不合理，應(yīng)如何更改？ 答：不合理。x=i+j;POWER(x)=i+j*i+j;而不是(