ARM復(fù)習(xí)課后題問題詳解(完整版)

國嵌入式系統(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(jī)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(yán)格要求的專用計算機(jī)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(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)要求進(jìn)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(jī)系統(tǒng)。當(dāng)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，并分析其特點(diǎn)答：嵌入式linux和嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)uc/os-IILinux：（1） linux是源碼開放的，每一個技術(shù)細(xì)節(jié)都是透明的，易于裁剪定制。（2） 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。3）Linux核小、功能強(qiáng)大、運(yùn)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)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 處理器共有7種工作模式：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(dāng)一個高優(yōu)先級(fast)中斷產(chǎn)生時將會進(jìn)入這種模式。IRQ

模式：也稱為普通中斷模式，

:當(dāng)一個低優(yōu)先級中斷產(chǎn)生時將會進(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。SVC

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)行時處理器將進(jìn)入這種模式。中止模式：當(dāng)存取異常時將會進(jìn)入這種模式，用來處理存儲器故障、實(shí)現(xiàn)虛擬存儲或存儲保護(hù)。未定義指令異常模式： 當(dāng)執(zhí)行未定義指令時會進(jìn)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?yàn)槲炊x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(yùn)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(jìn)行處理器模式的切換。在這 6種特權(quán)模式中，除了系統(tǒng)模式外的其他 5種特權(quán)模式又稱為異常模式4．分析程序狀態(tài)寄存器（ PSR）各位的功能描述，并說明 C、Z、N、V在什么情況下進(jìn)行置位和清零。答：PSR的具體格式為—溢出標(biāo)志位對于加/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)碼表示的帶符號數(shù)時，V＝1

表示符號位溢出，其他的指令通常不影響

V位。C—進(jìn)位或借位標(biāo)志位對于加法指令（包括比較指令 CMN），結(jié)果產(chǎn)生進(jìn)位，則

C＝1，表示無符號數(shù)運(yùn)算發(fā)生上溢出，其他情況下 C＝0；在減法指令中（包括比較指令 CMP），結(jié)果產(chǎn)生借位，則

C＝0，表示無符號數(shù)運(yùn)算發(fā)生下溢出，其他情況下 C＝1；對于包含移位操作的非加/減法運(yùn)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(yùn)算指令，C位的值通常不受影響。Z—結(jié)果為0標(biāo)志位Z＝1表示運(yùn)算結(jié)果是 0，Z＝0表示運(yùn)算結(jié)果不是零；對于 CMP指令，Z＝1表示進(jìn)行比較的兩個數(shù)大小相等。N—符號標(biāo)志位本位設(shè)置成當(dāng)前指令運(yùn)算結(jié)果的 bit[31]的值。當(dāng)兩個補(bǔ)碼表示有符號整數(shù)運(yùn)算時，N＝1表示運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)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(jìn)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LR中，使異常處理程序執(zhí)行完后能根據(jù)LR中的值正確返回；2）將CPSR的容復(fù)制到新的異常模式下的SPSR中；3）根據(jù)異常類型將CPSR模式控制位強(qiáng)制設(shè)定為發(fā)生異常所對應(yīng)的模式值；4）強(qiáng)制PC指向相應(yīng)的異常向量地址。1）從SPSR_<mode>恢復(fù)CPSR；2）從LR_<mode>恢復(fù)PC。6．ARM 處理器字?jǐn)?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?yàn)锳,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?yàn)锳,A+1；2）大端存儲格式（Big-Endian）在大端存儲格式中，對于地址為A的字單元，其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)地址順序?yàn)锳,A+1,A+2，A+3；對于地址為A的半字單元，其中字節(jié)單元由高位到低位字節(jié)地址順序?yàn)锳,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)）。0x54300x1080x3040x5010xFB100000x3340000x3FC0000x1FE00000x55800000x7F8000x39C0000x1FE80000答：計算步驟：1）十六進(jìn)制立即數(shù)兩端0去掉2）展成二進(jìn)制3）連續(xù)偶數(shù)個0去掉，數(shù)字中間0不去掉4）剩下數(shù)字位數(shù)小于等于8可以，反之，不可以。5．ARM 數(shù)據(jù)處理指令具體的尋址方式有哪些，如果程序計數(shù)器 PC作為目標(biāo)寄存器，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）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)為寄存器進(jìn)行 RRX移位得到如果程序計數(shù)器 PC作為目標(biāo)寄存器，會發(fā)生程序跳轉(zhuǎn)。

5位的立即數(shù)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，試分析它們之間的差別。答：字、無符號字節(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3）Addressing_mode中的偏移量通過寄存器移位得到半字、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從以上分析看出：差別就在于后者沒有第三項(xiàng)尋址方式。7．塊拷貝Load/Store指令在實(shí)現(xiàn)寄存器組和連續(xù)的存單元中數(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。答：批量 Load/Store指令在實(shí)現(xiàn)寄存器組和連續(xù)的存單元中數(shù)據(jù)傳遞時，地址的變化方式（addr_mode）有以下4種類型：后增IA(IncrementAfter)：每次數(shù)據(jù)傳送后地址加4；先增IB(IncrementBefore)：每次數(shù)據(jù)傳送前地址加4；后減DA(DecrementAfter)：每次數(shù)據(jù)傳送后地址減4；先減DB(DecrementBefore)：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 指令之間的對應(yīng)關(guān)系。答：四種類型的堆棧工作方式，即：滿遞增堆棧FA(EmptyAscending)：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（FullDescending）：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(FullAscending)：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?？者f減堆棧 ED(EmptyDescending)：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。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)分析下列每條語句的功能，并確定程序段所實(shí)現(xiàn)的操作。CMPR0，#0MOVEQR1，#0MOVGTR1 ，#1答：分析：當(dāng)R0等于0時，MOVEQ執(zhí)行，則R1等于0；當(dāng)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(shí)現(xiàn)將字?jǐn)?shù)據(jù) 0xFFFFFFFF 送入寄存器R0。答：例如，MVNR0，#0或者：MOVR0，#0SUBR0，R0，#1還可以用其它運(yùn)算指令來實(shí)現(xiàn)，讀者自行寫出。寫出下列ARM指令所實(shí)現(xiàn)操作：LDRR2，[R3，＃-4]！LDRR0，[R0]，R2LDRR1，[R3，R2，LSL＃2]?。籐DRSBR0，[R2，#-2]！STRBR1，[R2，#0xA0]LDMIAR0，{R1，R2，R8}STMDBR0！，{R1-R5，R10，R11}解答：LDRR2,[R3,#-4]!將存儲器地址為R3-4的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入R2，并將地址R3-4寫入R3LDRR0,[R0],R2將存儲器地址為R0的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入R0，并將地址R0+R2寫入R0LDRR1,[R3,R2,LSL#2]!將存儲器地址為R3+R2*4的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入R1，并將地址R3+R2*4寫入R3LDRSBR0,[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位用符號位擴(kuò)展，并將地址R2-2寫入R2STRBR1,[R2,#0xA0]將R0的低8位存入存儲器地址為R2+0xA0字節(jié)中LDMIAR0,{R1,R2,R8}將存單元R0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?jǐn)?shù)據(jù)存單元對應(yīng)低編號寄存器STMDBR0!{R1-R5,R10,R11}將R1-R5,R10,R11存儲到以R0為起始地址的遞減存中，最終R0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?yàn)樾盘柫坎僮鞯囊笫亲髟硬僮?，即在一條指令中完成信號量的讀取和修改操作。SWP數(shù)據(jù)交換指令就能完成此功能，能在一條指令中實(shí)現(xiàn)存儲器和寄存器之間交換數(shù)據(jù)。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中斷處理子程序時，首先計算返回的地址，并保存相關(guān)的寄存器SUBR14,R14,#4STMFDR13!,{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。R0-R3及R12的值，將返回地址傳送到 PC中，并將SPSR_irq

該指令從數(shù)據(jù)棧中恢復(fù)值復(fù)制到CPSR中LDMFDR13!,{R0-R3,R12,PC}^用ARM匯編語言編寫代碼，實(shí)現(xiàn)將ARM處理器切換到用戶模式，并關(guān)閉中斷。.equUser_Mode,0x10.equMode_Mask0x1F.equNOINT,0xC0MRSR0,CPSR 讀CPSRBICR0,R0,#Mode_MaskORRR1,R0,#User_Mode|NOINT 修改MSRCPSR_cxsf,R1 進(jìn)入用戶模式第6章 ARM 匯編偽指令與偽操作在ARM匯編語言程序設(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(yùn)行期間由機(jī)器執(zhí)行，只是在匯編時被合適的機(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(zhǔn)備工作，對源程序進(jìn)行匯編程序處理， 而不是在計算機(jī)運(yùn)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。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， 可以看作是加載寄存器的容。ADRL是中等圍地址讀取偽指令。 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。ADR是小圍地址讀取偽指令，它將基于 PC