嵌入式 簡答、程序題

1、二、簡答題1、簡述Thumb指令集和ARM指令集的主要區(qū)別。（本題10分）考生答出以下一點得2分, 得滿10分為止）（1）ARM指令集支持的是32位指令系統(tǒng)；Thumb指令集支持16為指令系統(tǒng)。（2）Thumb指令集是ARM指令集的一個子集。（3）所有的Thumb指令集都有對應的ARM指令，Thumb編程模型也有對應的ARM模型。（4）大多數(shù)Thumb指令都是無條件執(zhí)行的；而幾乎所有的ARM指令都是條件執(zhí)行的。（5）大多數(shù)Thumb指令目的寄存器和員寄存器相同；而ARM指令則可以不相同。（6）Thumb指令集沒有協(xié)處理器指令、信號量指令以及訪問CPSR或SPSR得指令，沒有乘 加指令及64位乘

2、法指令等。Thumb指令特點1、優(yōu)化代碼密度2、提高窄內(nèi)存的操作性能3、是ARM指令集的一個子集2、ARM微處理器支持7種運行模式，分別為：（1）usr（用戶模式）：ARM處理器正常程序執(zhí)行模式。（2）fiq（快速中斷模式）：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理（特權(quán)模式（異常模式）（3） irq（外部中斷模式）：用于通用的中斷處理（特權(quán)模式（異常模式）（4） svc（管理模式）：操作系統(tǒng)使用的保護模式（特權(quán)模式（異常模式）（5）abt （數(shù)據(jù)訪問終止模式）：當數(shù)據(jù)或指令預取終止時進入該模式，可用于虛擬存儲及 存儲保護（特權(quán)模式（異常模式）（6）sys（系統(tǒng)模式）：運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務（特權(quán)模式）

3、（7）und（未定義指令中止模式）：當未定義的指令執(zhí)行時進入該模式，可用于支持硬件協(xié) 處理器的軟件仿真（特權(quán)模式（異常模式）3、指出快速中斷模式（FIQ）響應速度快的幾個原因。（1）比其他模式有更多的私有寄存器。（2）中斷優(yōu)先級比IRQ高。（3）中斷入口地址在終端向量表的最頂端，中斷子程序可直接跟在后面，無需跳轉(zhuǎn)。5、簡述精簡指令集（RISC）的特點。（1）RISC指令選取使用頻率最高的、有用但不復雜的指令。（2）RISC指令集指令長度固定，減少指令的格式和尋址方式種類。（3）RISC指令之間各字段劃分比較一致，功能比較規(guī)律。（4）RISC指令采用Load/Store指令訪問存儲器，指令操作在

4、存儲器之間進行。（5）RISC算術邏輯運算指令的操作數(shù)都在通用寄存器中存取。（6）RISC大部分指令控制在1個或小于1個機器周期內(nèi)完成。（7）CISC架構(gòu)主要用于PC機和服務器領域；CISC架構(gòu)主多用于嵌入式系統(tǒng)領域。6、簡述ARM微處理器異常響應過程。當一個異常出現(xiàn)以后，ARM微處理器會執(zhí)行以下幾步操作：（1）將下一條指令的地址存入相應連接寄存器LR，以便程序在處理異常返回時能從正確 的位置重新開始執(zhí)行。若異常是從ARM狀態(tài)進入，LR寄存器中保存的是下一條指令的地址（當前PC+4或PC+8,與異常的類型有關）；若異常是從Thumb狀態(tài)進入，則在LR寄存器 中保存當前PC的偏移量。（2）將CP

5、SR狀態(tài)傳送到相應的SPSR中。（3）根據(jù)異常類型，強制設置CPSR的運行模式位。（4）強制PC從相關的異常向量地址取下一條指令執(zhí)行，跳轉(zhuǎn)到相應的異常處理程序。還可 以設置中斷禁止位，以禁止中斷發(fā)生。如果異常發(fā)生時，處理器處于Thumb狀態(tài)，則當異常向量地址加載入PC時，處理器自 動切換到ARM狀態(tài)。異常處理完畢之后，ARM微處理器會執(zhí)行以下幾步操作從異常返回：（1）將連接寄存器LR的值減去相應的偏移量后送到PC中。（2）將SPSR內(nèi)容送回CPSR中。（3）若在進入異常處理時設置了中斷禁止位，要在此清除。可以認為應用程序總是從復位異常處理程序開始執(zhí)行的，因此復位異常處理程序不需要返 回。7、M

6、MU在CPU和物理內(nèi)存之間進行地址轉(zhuǎn)換，將地址從邏輯空間映射到物理空間，這個轉(zhuǎn) 換過程一般稱為內(nèi)存映射。主要完成以下工作：（1）虛擬存儲空間到物理存儲空間的映射。采用了頁式虛擬存儲管理，它把虛擬地址空間 分成一個個固定大小的塊，每一塊稱為一頁，把物理內(nèi)存的地址空間也分成同樣大小的頁。 MMU實現(xiàn)的就是從虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。（2）存儲器訪問權(quán)限的控制。（3）設置虛擬存儲空間的緩沖的特性。MMU中的域指的是一些段，大頁，或者小頁的集合。每個域的訪問控制特性都是由芯 片內(nèi)部的寄存器中的相應控制位來控制的。MMU中的快速上下文切換技術FCSE通過修改系統(tǒng)中不同進程的虛擬地址，避免在進 程間切換時

7、造成虛擬地址到物理地址的重映射，從而提高系統(tǒng)的性能。8、簡述NAND Flash和NOR Flash的主要特征和二者的區(qū)別。（1）NOR Flash上的程序可以自啟動；NAND Flash不可以自啟動。（2）NOR Flash容量通常在1 MB8MB之間。而NAND Flash用在8MB以上的產(chǎn)品當中。（3）NOR Flash主要應用在代碼存儲介質(zhì)中，NAND Flash適用于資料存儲。（4）NAND Flash的擦除速度比NOR Flash快。（5）NOR Flash的讀速度比NAND Flash稍快一些，NAND Flash的寫入速度比NOR Flash 快很多。NAND Flash的隨機

8、讀取能力差，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。（6）NOR Flash把整個存儲區(qū)分成若干個扇區(qū)（Sector），而NAND Flash把整個存儲區(qū)分 成若干個塊（Block），可以對以塊或扇區(qū)為單位的內(nèi)存單元進行擦寫和再編程。（7）NOR Flash的傳輸效率很高，在14MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的 寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND Flash結(jié)構(gòu)可以達到高存儲密度，并且寫入和 擦除的速度也很快，應用NAND Flash的困難在于需要特殊的系統(tǒng)接口。9、馮諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)的簡單區(qū)別。馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機由CPU和存儲器構(gòu)成，其程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間，程序指 令存儲地址

9、和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置；采用單一的地址及數(shù)據(jù)總 線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。處理器執(zhí)行指令時，先從儲存器中取出指令解碼，再取操 作數(shù)執(zhí)行運算，即使單條指令也要耗費幾個甚至幾十個周期，在高速運算時，在傳輸通道上 會出現(xiàn)瓶頸效應。哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點是將程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲 器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問。系統(tǒng)中具有程序的數(shù)據(jù)總線 與地址總線，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線與地址總線。這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線可允許在一個機 器周期內(nèi)同時獲取指令字（來自程序存儲器）和操作數(shù)（來自數(shù)據(jù)存儲器），從而提高執(zhí)行 速度，提高數(shù)據(jù)的吞吐率。

10、又由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在兩個分開的物理空間中，因此取指和 執(zhí)行能完全重疊，具有較高的執(zhí)行效率。10、圖解ARM中斷控制器。當來一個中斷，先登記在中斷源掛起寄存器（SRCPND）中，然后到一個中斷屏蔽寄存 器，一個中斷模式寄存器。它決定是FIQ還是IRQ，若中斷模式寄存器為1是FIQ，然后就 可以直接響應了，若中斷模式寄存器為0是IRQ；然后IRQ去中斷屏蔽寄存器，若中斷屏 蔽寄存器為1為屏蔽中斷，則不能繼續(xù)通過；若中斷屏蔽寄存器為0為允許中斷，然后可以 到中斷優(yōu)先級寄存器，中斷優(yōu)先級寄存器會從所有的申請中斷中選一個優(yōu)先級最高的，然后 送到中斷掛起寄存器（INTPND），最后當cpu有時間的時候

11、來響應IRQ。4、ARM存儲器特征。存儲器計算機系統(tǒng)的存儲器被組織成由6個層次的金字塔形的層次結(jié)構(gòu)，位于整個層次結(jié)構(gòu) 的最頂部s0層為CPU內(nèi)部寄存器，si層為芯片內(nèi)部的高速緩存，內(nèi)存s2層為芯片外的高 速緩存（SRAM,DRAM,DDRAM），s3 層為主存儲器（Flash,PROM,EPROM,EEPROM），s4 層 為外部存儲器（磁盤。光盤，CF卡，SD卡），s5層為遠程二級存儲（分布式文件系統(tǒng)，web 服務器）在這種存儲器的分層結(jié)構(gòu)，上一層的存儲器作為下一層存儲器的高速緩存。CPU寄存 器就是cache的高速緩存，用于保存來自cache的字；cache又是內(nèi)存層的高速緩存，從內(nèi) 存中

12、提取數(shù)據(jù)送給CPU進行處理，并將CPU的處理結(jié)果返回到內(nèi)存中；內(nèi)存又是主存儲器 的高速緩存，它將經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)從Flash等主存儲器中提取出來，放到內(nèi)存中，從而加快 了 CPU的運行效率。嵌入式系統(tǒng)的主存儲器容量是有限的，磁盤，光盤，CF卡，SD卡等 外部存儲器用來保存大信息量的數(shù)據(jù)。在某些帶有分布式文件系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡系統(tǒng)中，外 部存儲器就作為其他系統(tǒng)中被存儲數(shù)據(jù)的高速緩存。存儲器中的兩種存放方法；一種是低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存地址處，高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi) 存高地址處，稱為小端字節(jié)順序存儲法；另外一種是高字節(jié)數(shù)據(jù)放在低地址處，低字節(jié)數(shù)據(jù) 放在高地址處，稱為大端字節(jié)順序存儲法。簡述S3C2410A存

13、儲器控制器特性（1）支持大小端格式（2）地址空間：每個bank有128MB,總共有8個bank，共1G。（3）除bank0智能是16位的數(shù)據(jù)總線寬度之外，其他bank都是具有可編程的訪問位寬（8 位/16位/32位/）（4）總共有8個存儲器bank（bank0bank7）6個用于ROM、SRAM等；2個用于ROM、 SRAM、和 SDRAM 等。（5）最后兩個bank的大小是可編程的。Bank7的地址是可調(diào)整的。（6）所有存儲器bank的訪問周期是可編程的。支持SDRAM的自動刷新和掉電模式。采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點：（1）支持Thumb（16位）/ARM （32位）雙

14、指令集，能很好的兼容8位/16位器件。Thumb 指令集比通常的8位和16位CISC/RISC處理器具有更好的代碼密度；（2指令執(zhí)行采用3級流水線/5級流水線技術；（3）帶有指令Cache和數(shù)據(jù)Cache，大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。大多數(shù)數(shù)據(jù)操 作都在寄存器中完成。尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。指令長度固定（在ARM狀態(tài)下是 32位，在Thumb狀態(tài)下是16位）；（4支持大端格式和小端格式兩種方法存儲字數(shù)據(jù)；（5支持Byte（字節(jié)，8位）、Halfword（半字，16位）和Word （字，32位）三種數(shù)據(jù)類型。 （6）支持用戶、快中斷、中斷、管理、中止、系統(tǒng)和未定義等7種處理器模式，除

15、了用戶模式外，其余的均為特權(quán)模式；（7）處理器芯片上都嵌入了在線仿真ICE-RT邏輯，便于通過JTAG來仿真調(diào)試ARM體系 結(jié)構(gòu)芯片，可以避免使用昂貴的在線仿真器。另外，在處理器核中還可以嵌入跟蹤宏單元 ETM，用于監(jiān)控內(nèi)部總線，實時跟蹤指令和數(shù)據(jù)的執(zhí)行；（8）具有片上總線 AMBA（ Advanced Micro-controller Bus Architecture）。AMBA定義了 3組總線：先進高性能總線AHB（ Advanced High performance Bus）；先進系 統(tǒng)總線 ASB（Advanced System Bus）；先進外圍總線 APB （Advanced Pe

16、ripheral Bus）。通過 AMBA可以方便地擴充各種處理器及I/O，可以把DSP、其他處理器和I/O （如UART、定 時器和接口等）都集成在一塊芯片中；（9）采用存儲器映像I/O的方式，即把I/O端口地址作為特殊的存儲器地址；（10）具有協(xié)處理器接口。ARM允許接16個協(xié)處理器，如CP15用于系統(tǒng)控制，CP14用 于調(diào)試控制器；（11）采用了降低電源電壓，可工作在3.0V以下；減少門的翻轉(zhuǎn)次數(shù)，當某個功能電路不 需要時禁止門翻轉(zhuǎn)；減少門的數(shù)目，即降低芯片的集成度；降低時鐘頻率等一些措施降低功 耗；（12）體積小、低成本、高性能。三、程序設計題1、 注釋下列ARM系統(tǒng)指令實現(xiàn)的操作。（

17、每條語句注釋2分，共10分（8選5）（1）LDMIA R0,R1,R2,R3,R5;R1R0,R2R0+4,R3R0+8R5R0+12（2）MOV R0,R1,LSL #3;將R1的內(nèi)容左移3位放入R0中。（3）STR R1,R0,#-2;R0-2R1，結(jié)果影響CPSR（帶S影響，不帶S不影響）寄存器。（8）CMP R1,#0BEQ Label;當CPSR寄存器中的Z條件碼置位時，程序跳轉(zhuǎn)到標號Label處執(zhí)行。2、下面程序是4個LED熄滅的控制程序，按照程序語句注釋要求，填寫程序中劃線的部分。（設四個LED按順序分別接端口 F的4、5、6、7引腳，且LED為共陽極接法。本題10分， 每空2分

18、。）（2、3選1） #include 2410lib.hvoid led_off（void）/LED 熄滅子程序int i,nOut;nOut = 0 xF0;rGPFDAT= 10 (或 0 x10 或 10H,或 0 x10);熄滅第一個 LED。for(i=0;i150000;i+);rGPFDAT = 30 (或 0 x30 或 30H，或 nOut&0 x30) ;/熄滅前兩個 LED。for(i=0;i150000;i+);rGPFDAT= 70 (或 0 xE0 或 70H，或 0 x70);熄滅前三個 LED。for(i=0;i150000;i+);rGPFDAT= F0 (或 0 xFF 或 FFH，或 nOut&0 xFF); /全部熄滅四個 LED。 for(i=0;i150000;i+);rGPFDAT=nOut ;void led_test(void)/置端口 F的4、5、6、7引腳為輸出。/上拉電阻使能。調(diào)用LE