ARM嵌入式系統(tǒng)試題及答案

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ARM嵌入式系統(tǒng)基礎教程期中開卷

專業(yè)：軟件1002班姓名：王世偉學號：04103060（24）

一、嵌入式系統(tǒng)基本概念

1、什么是嵌入式系統(tǒng)？有何特點？

答：所謂嵌入式,實際上是“嵌入式計算機系統(tǒng)〞，的簡稱，它是相對于通用計算機系統(tǒng)而言，重視于發(fā)展獨立的單芯片技術。嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置〞。

特點:(1)嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術，半導體技術以及電子技術與各行業(yè)的具體應用相結合的產物，這一點就決定了他必然是一個技術密集，資金密集，高度分散，不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)內核小(3)專用性強（4）系統(tǒng)精簡（5）系統(tǒng)軟件要求（6）嵌入式軟件開發(fā)要走向標準化，需要使用多任務的操作系統(tǒng)。（7）嵌入式系統(tǒng)本身并不具備在其上進行進一步開發(fā)的能力。

2、舉例在你的身邊常見到的嵌入式系統(tǒng)產品，談一談你對“嵌入式系統(tǒng)〞的初步理解。

答：產品有：洗衣機，空調，手機。

嵌入式系統(tǒng)就是內置小計算機系，可以對機器進行智能控制的系統(tǒng)。

3、嵌入式系統(tǒng)的3個基本特點？

答：（1）專用性（2）嵌入型（3）計算機系統(tǒng)

4、什么是嵌入式處理器，嵌入式處理器可以分為幾大類？

答：嵌入式處理機是嵌入式的核心，是控制，輔助系統(tǒng)運行的硬件單元。

分類：四大類（1）嵌入式微處理器（2）嵌入式微控制器（3）嵌入式DSP處理器（4）SoC片上系統(tǒng)

5、廣泛使用的三種類型的操作系統(tǒng)？

答：多道批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)以及實時操作系統(tǒng)。

6、列舉常見的4種嵌入式操作系統(tǒng)？說明你對嵌入式操作系統(tǒng)的基本認識，嵌入式

操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的必要性。

答：嵌入式Linux、WinCE、VxWorks、μC/OS-II

沒有操作系統(tǒng)的計算機效率十分底下，把操作系統(tǒng)嵌入到計算機中，可以提高

系統(tǒng)的可靠性，開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。

二、ARM7體系結構

1、ARM是什么樣的公司？

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答：它是一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設計了大量高性能、廉價、耗能低的

RISC處理器。特點是只設計芯片，而不生產。它將技術授權給世界上大量著名的半導體、軟件和OEM廠商，并提供服務。

2、什么是RISC？什么是CISC？

答：RISC是精簡指令集計算機的縮寫。CISC是繁雜指令集計算機的縮寫。

3、舉出2個ARM公司當前應用比較多的ARM處理器核？

答：ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、ARM11系列、intel的Xscale系列和MPCore系列。

4、ARM7TDMI中的T、D、S、I分別表示什么含義？

答：T：支持高密度16位的Thumb指令集

D：支持片上調試

S：ARM7TDMI的可綜合（synthesizable）版本（軟核）I：支持EmbededICE觀測硬件M：支持64位乘法

5、ARM7TDMI處理器采用什么樣的體系結構，其可尋址地址空間多大？

答：ARM處理器使用馮.諾依曼結構

使用單個平面的232個8位字節(jié)地址空間。地址空間可以看作是包含230個32位字，或231個16位半字。

6、ARM7TDMI處理器采用幾級流水線處理，使用何種存儲器編址方式？

答：ARM7TDMI處理器采用三級流水線。

ARM處理器將存儲器看做是一個從0開始的線性遞增的字節(jié)集合。

7、ARM處理器哪幾種狀態(tài)和模式？

答：共7種。

（1）用戶模式（2）快速中斷模式（3）外部中斷模式（4）管理模式（5）數(shù)據(jù)訪問中斷模式（6）系統(tǒng)模式（7）未定義指令模式

8、簡述ARM處理器兩種狀態(tài)的應用特點。

答：ARM狀態(tài)：處理器執(zhí)行32位字對齊方式的ARM指令，每條ARM指令長度為32位，指令的功能強大，處理器默認為此狀態(tài)。

Thumb狀態(tài)：處理機執(zhí)行16位半字對齊方式的Thumb。每條Thumb指令長度為16位，是ARM指令功能的子集。

9、簡述ARM處理器7種模式的應用特點。

答：（1）用戶模式：ARM處理器正常的程序執(zhí)行模式。

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（2）快速中斷模式：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理。（3）外部中斷模式：用于通用的中斷處理。（4）管理模式：操作系統(tǒng)使用的保護模式。

（5）數(shù)據(jù)訪問中斷模式：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。

（6）系統(tǒng)模式：運行具有特權的操作系統(tǒng)任務。

（7）未定義指令模式：當未定義的指令執(zhí)行時進入該模式，可用于支持硬件處理器的軟件仿真。

答：M[4:0]是模式控制位，這些位決定處理器的工作模式。

T位：T位標志控制處理器依照ARM指令集運行，還是依照Thumb指令集運行。

31N30Z29C28V2787I6F5T4M43M32M21M10M010、結合CPSR的結構，說明其中的M[4:0]的作用和T位的作用。

11、結合CPSR的結構，說明其中的I位和F位的作用。

答：I位和F位都是中斷阻止標志位，用來時能或阻止ARM的兩種外部中斷。

31N30Z29C28V2787I6F5T4M43M32M21M10M0

12、簡述ARM7TDMI內部有哪些寄放器及特點。

答：分別為31個通用32位寄放器和6個狀態(tài)寄存器。它們不能在同一用力同時被訪

問，對其的訪問取決于處理器狀態(tài)和處理器模式。

13、結合下表簡述FIQ模式下有哪幾個私有寄放器，這些私有寄放器有何使用特點？

寄放器類別寄放器在匯編中的名稱R0(a1)R1(a2)R2(a3)R3(a4)通用寄放器和程序計數(shù)器R4(v1)R5(v2)R6(v3)R7(v4)R8(v5)R9(SB,v6)R10(SL,v7)R11(FP,v8)R12(IP)R13(SP)R14(LR)R15(PC)狀態(tài)寄放器CPSRSPSR－SPSR_svcR13R14R13_scvR14_svcR8R9R10R11R12R13_abtR14_abtR15CPSRSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqR13_undR14_undR13_irqR13_irq各模式下實際訪問的寄放器用戶系統(tǒng)管理中止R0R1R2R3R4R5R6R7R8_fiqR9_fiqR10_fiqR11_fiqR12_fiqR13_fiqR14_fiq未定義中斷快中斷

答：FIQ模式下私有寄放器有R8-fiq，R9-fiq，R10-fiq，R11-fiq，R12-fiq，R13-fiq，R14-fiq，和SPSR-fiq。

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這些寄放器使得在發(fā)生FIQ中斷，處理器不必為保護寄放器而浪費時間，從而加速了FIQ的處理速度。

14、ARM7TDMI中的PC指向的是下一條將要執(zhí)行的指令，這句話對嗎？為什么？

答：不對，PC中的內容總是指向正在“取指〞指令的地址。

15、簡述ARM處理器的CPSR和SPSR的功能、作用和工作方式。

答：CPSR是當前狀態(tài)寄放器，他可以在任何運行模式下被訪問，它包括條件標志位，中斷標志位，當前處理器模式標志位，以及其他的一些相關的控制盒狀態(tài)位。ARM內核就是通過使用CPSR來監(jiān)視和控制內部操作的。

SPSR用于保存CPSR的當前值，從異常退出時則可由SPSR來恢復CPSR。

16、簡述ARM7的內部寄放器R13、R14、R15的主要功能、作用和工作方式。

答：R13作為堆棧指針SP，用于指定堆棧操作出入口的地址。其他6個R13寄放器為堆棧寄放器。為用戶模式和系統(tǒng)模式共用一個。

R14可以用作通用寄放器，也可以用作鏈接寄放器。鏈接寄放器用于保存子程序地址或者返回地址。

R15：程序寄放器，總是指向正在“取指〞的指令

17、什么是計算機的尋址方式？ARM7TDMI有幾種尋址方式？

答：寄放器尋址、馬上尋址、寄放器移位尋址、寄放器間接尋址、基址尋址、多寄放器尋址、堆棧尋址、相對尋址。

18、什么是堆棧？ARM中的堆棧是如何定義和使用的？

答：堆棧都是一種數(shù)據(jù)項按序排列的數(shù)據(jù)結構，只能在一端(稱為棧頂(top))對數(shù)據(jù)項進行插入和刪除。

ARM處理器將RB作為堆棧指針SP，用于保存堆棧的出入口處地址。

19、何謂存儲的“大端模式〞、“小端模式〞？寫出數(shù)據(jù)0x12345678在0x20000000字單元中

“小端模式〞下的存儲細節(jié)。

答：大端模式：依照數(shù)據(jù)的低字節(jié)存放在高地址中的順序進行存儲。小端模式：依照數(shù)據(jù)的高字節(jié)存放在高地址中的順序進行存儲。0x20000000存放0x78，0x20000001存放0x56，0x20000002存放0x340x20000003存放0x12。

20、什么是“字對齊〞和“半字對齊〞？ARM指令必需字對齊存放，Thumb指令必需半字對

齊存放，這句話正確嗎？

答：假使一個字數(shù)據(jù)的訪問存儲地址A能被4整除，即地址的低兩位為零，則為字對齊的存儲器訪問。

假使一個半數(shù)據(jù)的訪問的存儲地址A能被2整除，即地址的最低位為零，則為半字對齊的存儲器訪問，

假使Thumb狀態(tài)下將一個非字對齊的地址寫入PC，則數(shù)據(jù)在寫入PC時第0位被忽略，最終PC的bit0為0，將會產生不可預料的結果。

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21、ARM指令長度和Thumb指令長度固定位長嗎？位長分別是多少？

答：固定，ARM為一個字（32bit），Thumb為一個半字（16bit）

22、ARM7TDMI中的中斷分為那兩類？在CPU級別如何分別屏蔽？

答：分別為IRQ，F(xiàn)IQ，在cpu級別通過狀態(tài)寄放器CPSR中的I和F位置位來屏蔽。

23、什么是ARM7TDMI中的異常？簡述ARM7TDMI中的復位、IRQ、FIQ和軟中斷等幾種

主要異常的控制原理。

答：異常是指正常的程序被暫時中止的狀態(tài)模式。

復位異常時處理器進行管理模式執(zhí)行相應操作，I和F均為阻止；軟中斷異常也進入管理模式，I位阻止；IRQ異常時進入中斷模式，I位阻止；FIQ異常進入快速中斷模式，I和F位均為阻止，都是通過異常向量表。

24、簡述ARM7TDMI中產生復位、IRQ、FIQ和軟中斷等幾種主要異常的條件，這幾種

異常會使ARM分別進入到哪種模式？ARM核響應異常的過程，以及這幾種異常地返回指令是什么？答：復位異常：當nRESET信號被拉低時，ARM處理器放棄正在執(zhí)行時的指令，等到nRESET下信號再次變高時，ARM執(zhí)行以下操作：（1）強制M[4:0]復為10011，進入管理模式；（2）將CPSR中的I和F置位；（3）將CPSR中的T位清零（4）強制pc從地址0x00開始對下一條指令進行取值；（5）返回ARM狀態(tài)并回復執(zhí)行，無返回指令。IRQ：只有CPSR中相應的I位被清除時，才可能發(fā)生IRQ異常，進入中斷模式，內核自動作如下處理：（1）將異常處理的返回地址保存到R14-irq中（2）用戶模式的CPSR被保存到SPSR-irq中；（3）修改CPSR，阻止新的IRQ中斷產生，進入ARM狀態(tài)，IRQ模式（4）置IRQ模式下的IRQ異常處理程序的中斷入口地址向量。地址0x00000018。返回指令：subspc，R14-irq，#4

FIQ：只有CPSR中的想用下位被清零時，才發(fā)生下IQ異常進入FIQ模式，F(xiàn)IQ中的8個專用寄放器用來保護中斷地址。其返回指令：subspc，R14-fiq,#4

軟中斷swi：用于進入“管理模式〞，尋常用于請求一個特定的管理函數(shù)。返回指令：movspc，R14-svc

三、ARM7TDMI指令系統(tǒng)

1、ARM7TDMI支持哪幾種指令集，各有什么特點？

答：支持ARM指令集和Thumb指令集兩種。

ARM指令集：指令32位，效率高，代碼密度低，所有ARM指令都是可以有條件執(zhí)行的。

Thumb指令集：指令16位，代碼密度較高，Thumb指令僅有一條指令具備條件執(zhí)行功

2、ARM匯編指令的基本格式？

答：基本指令：

在ARM指令集中，每條指令占有4個字節(jié)，即指令長度為32位。

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3、何謂ARM指令的條件碼？默認的條件碼是什么？舉例說明ARM指令的條件碼對指

令執(zhí)行的影響。

答：條件碼是依照指定條件執(zhí)行的操作條件：默認條件碼是AL（無條件執(zhí)行）例子：比較兩值大小，并進行相應加1處理：

cmpR0，R1；ADDHIR0，R0，#1；ADDLSR1，R1，#1

4、解釋何為“滿堆棧〞、“空堆棧〞、“遞增堆棧〞和“遞減堆棧〞?ARM指令系統(tǒng)中是如何支

持的？

答：滿堆棧：堆棧指針指向最終壓入棧的有效數(shù)據(jù)項?？斩褩＃憾褩Ｖ羔樦赶蛳乱粋€待壓入數(shù)據(jù)的空位置。

遞增堆棧：在向堆棧寫入數(shù)據(jù)后，堆棧指針的值變大，即向高地址方向生長。遞減堆棧：在想堆棧寫入數(shù)據(jù)后，堆棧指針的值變小，即向低地址方向生長。ARM指令支持四種對戰(zhàn)類型：滿遞增，空遞增，滿遞減，空遞減。

5、請說明MOV指令與LDR加載指令的區(qū)別和用途。

答：LDR的操作數(shù)既可以來源于寄放器也可以來源于存儲器，MOV的操作數(shù)能來源于寄放器。

LDR指令從內存中讀取數(shù)據(jù)放入寄放器，用于對內存變量和數(shù)據(jù)的訪問、查表、

程序的跳轉、外圍部件的控制操作等；MOV指令將8位馬上數(shù)或寄放器傳送到目標寄放器（Rd），可用于移位運算等操作。

6、解釋B指令、BL指令與BX指令的功能區(qū)別？簡述他們的應用場合。

答：B指令：是分支指令，跳轉到標號指定的地址程序。Bl指令：帶連接的分支指令，跳轉到指定的地址程序，同時還將程序計數(shù)器PC的值保存到LR寄放器中。BX指令：帶狀態(tài)切換的分支指令，跳轉到Rm指定的地址處執(zhí)行程序，根據(jù)跳轉地址的最低位來切換處理器狀態(tài)。B/BL指令跳轉范圍限制在當前指令的+-32MB地址內。

7、解釋SWI（軟中斷）指令的執(zhí)行過程和典型應用。

答：SWI指令用于產生軟中斷，從而實現(xiàn)先從用戶模式到管理模式的變換。在切換時，CPSR寄放器內容將保存到管理模式的SPSR中，同時程序跳轉到SWI異常向量入口處。SWI用于系統(tǒng)功能調用。

8、ARM匯編指令條件碼如下表，分析下兩段程序片斷的功能，寫出其等價的類C語

言功能描述：條件助記符EQNECS/HSCC/LOMI

標志Z=1Z=0C=1C=0N=1相等不相等含義無符號數(shù)大于或等于無符號數(shù)小于負數(shù)6

PLVSVCHILSGELTGTLEALNV

N=0V=1V=0C=1,Z=0C=0,Z=1N=VN!=VZ=0,N=VZ=1,N!=V任何任何正數(shù)或零溢出沒有溢出無符號數(shù)大于無符號數(shù)小于或等于有符號數(shù)大于或等于有符號數(shù)小于有符號數(shù)大于有符號數(shù)小于或等于無條件執(zhí)行(指令默認條件)從不執(zhí)行(不要使用)程序片斷1：

CMPR0,R1ADDHIR0,R0,#1ADDLSR1,R1,#1

程序片斷2：

CMPR0,#10CMPNER1,#20ADDNER0,R0,R1

答：if（R0>R1）R0++;elseR1++;

if(R0!=10)if(R1!=20)R0+=R1;

9、結合ARM7TDMI結構中的流水線結構，解釋IRQ中斷返回指令：

SUBSPC,R14_irq,#4的原理

答：ARMTTDMI采用三級流水線結構，PC指向正在取值的指令，產生IRQ時，保存在R14-IRQ中的是PC的值，在返回時為保證正確性應返回到PC-4即中斷前“正在譯碼〞的指令地址。所以返回指令為：subspc，R14-irq，#4；

四、LPC2000系列ARM硬件資源原理與使用

1、LPC2000系列器件有幾種常見的封裝形式和其封裝特點？

答：常見的封裝有64腳封裝，144腳封裝

特點：功耗低，有多個32位定時器，多達9個外部中斷，16K字節(jié)靜態(tài)RAM，

1/128/256k字節(jié)片F(xiàn)lash存儲器，128為寬度接口加速器，4路10位ADC或8路10位ADC（64腳和144腳封裝），46或76~112個GPIO（64腳和144腳封裝）。

2、簡要說明一下LPC2000系列器件片內存儲器的特點？

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答：片內存儲器分為片內Flash和片內靜態(tài)RAM。片內Flash通過128位寬度的總線與ARM內核相連，具有很高的速度，特有的存儲器加速功能，可以將程序直接放在Flash上運行。SRAM支持8位、16位和32位的讀寫訪問。

3、在LPC2000系列ARM芯片中，內Flash有哪幾種寫入方式？

答：（1）使用JTAG仿真/調試器，通過芯片的JTAG借口下載程序。（2）使用在系統(tǒng)編程技術，通過UART0接口下載程序。

（3）使用在應用編程技術，在用戶程序運行時對Flash進行擦出和/或編程操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和固件的現(xiàn)場升級。

4、ARM寄放器PC、CPSR、SPSR分別有什么用？

答：PC是CUP中的程序計數(shù)器，內容總是指向正在“取指〞指令的地址。CPSR是當前程序狀態(tài)寄放器，用來監(jiān)視和控制內部操作的。

SPSR是物理狀態(tài)寄放，用于保存CPSR的當前值，從異常退出時則由它來恢復CPSR。

5、什么是ARM處理器的異常？ARM處理器是如何處理異常的？

答：異常：在執(zhí)行正常程序過程中，當發(fā)生某種異常事件或某種外部請求時，處理器就暫停執(zhí)行當前的程序，進入異常模式。如何處理異常：

1）保存執(zhí)行狀態(tài)：將CPSR復制到發(fā)生的異常模式下的SPSR中。

2）模式切換：將CPSR模式位強制設置為與異常類型相對應的值，同時處理器進入到ARM執(zhí)行模式，阻止所有IRQ中斷，當進入FIQ快速中斷模式時阻止FIQ中斷。

3）保存返回地址：將下一條指令的地址（被打斷程序）保存在LR（異常模式下LR_excep）中。

4）跳入異常向量表：強制設置PC的值為相應異常向量地址，跳轉到異常處理程序中。

6、什么是ARM體系結構中的異常向量表？在應用中有何作用？

答：處理器規(guī)定了異常處理程序入口的地址區(qū)間，并規(guī)定了地址的存放順序，一般稱為異常向量表。

在異常處理過程中，可以加快異常服務的響應速度。

7、在ARM體系結構中，異常向量表中存放的是什么內容？

答：異常處理程序的程序入口地址。

8、在ARM體系結構中，異常向量表中0x0014（保存字）單元存放的是什么內容？有何

用途？

答：保存的異常入口，早期的ARM結構中會被用到，而在ARM7中是保存的，以確保軟件能與不同的ARM結構兼容。而在有些處理器芯片