ARM嵌入式系统试题及答案解析

1ARM嵌入式系统基础教程----期中开卷专业：软件1002班姓名：王世伟学号：04103060（24）一、嵌入式系统基本概念1、什么是嵌入式系统？有何特点？答：所谓嵌入式,实际上是“嵌入式计算机系统”，的简称，它是相对于通用计算机系统而言，注重于发展独立的单芯片技术。嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。特点:(1)嵌入式系统是将先进的计算机技术，半导体技术以及电子技术与各行业的具体应用相结合的产物，这一点就决定了他必然是一个技术密集，资金密集，高度分散，不断创新的知识集成系统。（2）系统内核小(3)专用性强（4）系统精简（5）系统软件要求（6）嵌入式软件开发要走向标准化，需要使用多任务的操作系统。（7）嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。2、举例在你的身边常见到的嵌入式系统产品，谈一谈你对“嵌入式系统”的初步理解。答：产品有：洗衣机，空调，手机。嵌入式系统就是内置小计算机系，可以对机器进行智能控制的系统。3、嵌入式系统的3个基本特点？答：（1）专用性（2）嵌入型（3）计算机系统4、什么是嵌入式处理器，嵌入式处理器可以分为几大类？答：嵌入式处理机是嵌入式的核心，是控制，辅助系统运行的硬件单元。分类：四大类（1）嵌入式微处理器（2）嵌入式微控制器（3）嵌入式DSP处理器（4）SoC片上系统5、广泛使用的三种类型的操作系统？答：多道批处理操作系统、分时操作系统以及实时操作系统。6、列举常见的4种嵌入式操作系统？说明你对嵌入式操作系统的基本认识，嵌入式操作系统在嵌入式系统开发中的必要性。答：嵌入式Linux、WinCE、VxWorks、μC/OS-II没有操作系统的计算机效率十分底下，把操作系统嵌入到计算机中，可以提高系统的可靠性，开发效率，缩短了开发周期。二、ARM7体系结构1、ARM是什么样的公司？2答：它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器。特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。2、什么是RISC？什么是CISC？答：RISC是精简指令集计算机的缩写。CISC是复杂指令集计算机的缩写。3、举出2个ARM公司当前应用比较多的ARM处理器核？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分别表示什么含义？答：T：支持高密度16位的Thumb指令集D：支持片上调试S：ARM7TDMI的可综合（synthesizable）版本（软核）I：支持EmbededICE观察硬件M：支持64位乘法5、ARM7TDMI处理器采用什么样的体系结构，其可寻址地址空间多大？答：ARM处理器使用冯.诺依曼结构使用单个平面的232个8位字节地址空间。地址空间可以看作是包含230个32位字，或231个16位半字。6、ARM7TDMI处理器采用几级流水线处理，使用何种存储器编址方式？答：ARM7TDMI处理器采用三级流水线。ARM处理器将存储器看做是一个从0开始的线性递增的字节集合。7、ARM处理器哪几种状态和模式？答：共7种。（1）用户模式（2）快速中断模式（3）外部中断模式（4）管理模式（5）数据访问中断模式（6）系统模式（7）未定义指令模式8、简述ARM处理器两种状态的应用特点。答：ARM状态：处理器执行32位字对齐方式的ARM指令，每条ARM指令长度为32位，指令的功能强大，处理器默认为此状态。Thumb状态：处理机执行16位半字对齐方式的Thumb。每条Thumb指令长度为16位，是ARM指令功能的子集。9、简述ARM处理器7种模式的应用特点。答：（1）用户模式：ARM处理器正常的程序执行模式。3（2）快速中断模式：用于高速数据传输或通道处理。（3）外部中断模式：用于通用的中断处理。（4）管理模式：操作系统使用的保护模式。（5）数据访问中断模式：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。（6）系统模式：运行具有特权的操作系统任务。（7）未定义指令模式：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件处理器的软件仿真。10、结合CPSR的结构，说明其中的M[4:0]的作用和T位的作用。答：M[4:0]是模式控制位，这些位决定处理器的工作模式。T位：T位标志控制处理器按照ARM指令集运行，还是按照Thumb指令集运行。M1IM0TM4M3M2F8765432102829303127VCZN11、结合CPSR的结构，说明其中的I位和F位的作用。答：I位和F位都是中断禁止标志位，用来时能或禁止ARM的两种外部中断。M1IM0TM4M3M2F8765432102829303127VCZN12、简述ARM7TDMI内部有哪些寄存器及特点。答：分别为31个通用32位寄存器和6个状态寄存器。它们不能在同一使劲同时被访问，对其的访问取决于处理器状态和处理器模式。13、结合下表简述FIQ模式下有哪几个私有寄存器，这些私有寄存器有何使用特点？R13_irqR13_irqR14_undR13_undR14_abtR13_abtR14_svcR13_scvSPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqR14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiq快中断中断未定义中止管理系统用户－SPSRCPSRCPSR状态寄存器R15R15(PC)R14R14(LR)R13R13(SP)R12R12(IP)R11R11(FP,v8)R10R10(SL,v7)R9R9(SB,v6)R8R8(v5)R7R7(v4)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序计数器各模式下实际访问的寄存器寄存器在汇编中的名称寄存器类别R13_irqR13_irqR14_undR13_undR14_abtR13_abtR14_svcR13_scvSPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqR14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiq快中断中断未定义中止管理系统用户－SPSRCPSRCPSR状态寄存器R15R15(PC)R14R14(LR)R13R13(SP)R12R12(IP)R11R11(FP,v8)R10R10(SL,v7)R9R9(SB,v6)R8R8(v5)R7R7(v4)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序计数器各模式下实际访问的寄存器寄存器在汇编中的名称寄存器类别答：FIQ模式下私有寄存器有R8-fiq，R9-fiq，R10-fiq，R11-fiq，R12-fiq，R13-fiq，R14-fiq，和SPSR-fiq。4这些寄存器使得在发生FIQ中断，处理器不必为保护寄存器而浪费时间，从而加速了FIQ的处理速度。14、ARM7TDMI中的PC指向的是下一条将要执行的指令，这句话对吗？为什么？答：不对，PC中的内容总是指向正在“取指”指令的地址。15、简述ARM处理器的CPSR和SPSR的功能、作用和工作方式。答：CPSR是当前状态寄存器，他可以在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位，中断标志位，当前处理器模式标志位，以及其他的一些相关的控制盒状态位。ARM内核就是通过使用CPSR来监视和控制内部操作的。SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。16、简述ARM7的内部寄存器R13、R14、R15的主要功能、作用和工作方式。答：R13作为堆栈指针SP，用于指定堆栈操作出入口的地址。其他6个R13寄存器为堆栈寄存器。为用户模式和系统模式共用一个。R14可以用作通用寄存器，也可以用作链接寄存器。链接寄存器用于保存子程序地址或者返回地址。R15：程序寄存器，总是指向正在“取指”的指令17、什么是计算机的寻址方式？ARM7TDMI有几种寻址方式？答：寄存器寻址、立即寻址、寄存器移位寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、多寄存器寻址、堆栈寻址、相对寻址。18、什么是堆栈？ARM中的堆栈是如何定义和使用的？答：堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除。ARM处理器将RB作为堆栈指针SP，用于保存堆栈的出入口处地址。19、何谓存储的“大端模式”、“小端模式”？写出数据0x12345678在0x20000000字单元中“小端模式”下的存储细节。答：大端模式：按照数据的低字节存放在高地址中的顺序进行存储。小端模式：按照数据的高字节存放在高地址中的顺序进行存储。0x20000000存放0x78，0x20000001存放0x56，0x20000002存放0x340x20000003存放0x12。20、什么是“字对齐”和“半字对齐”？ARM指令必须字对齐存放，Thumb指令必须半字对齐存放，这句话正确吗？答：如果一个字数据的访问存储地址A能被4整除，即地址的低两位为零，则为字对齐的存储器访问。如果一个半数据的访问的存储地址A能被2整除，即地址的最低位为零，则为半字对齐的存储器访问，如果Thumb状态下将一个非字对齐的地址写入PC，则数据在写入PC时第0位被忽略，最终PC的bit0为0，将会产生不可预料的结果。521、ARM指令长度和Thumb指令长度固定位长吗？位长分别是多少？答：固定，ARM为一个字（32bit），Thumb为一个半字（16bit）22、ARM7TDMI中的中断分为那两类？在CPU级别如何分别屏蔽？答：分别为IRQ，FIQ，在cpu级别通过状态寄存器CPSR中的I和F位置位来屏蔽。23、什么是ARM7TDMI中的异常？简述ARM7TDMI中的复位、IRQ、FIQ和软中断等几种主要异常的控制原理。答：异常是指正常的程序被暂时中止的状态模式。复位异常时处理器进行管理模式执行相应操作，I和F均为禁止；软中断异常也进入管理模式，I位禁止；IRQ异常时进入中断模式，I位禁止；FIQ异常进入快速中断模式，I和F位均为禁止，都是通过异常向量表。24、简述ARM7TDMI中产生复位、IRQ、FIQ和软中断等几种主要异常的条件，这几种异常会使ARM分别进入到哪种模式？ARM核响应异常的过程，以及这几种异常地返回指令是什么？答：复位异常：当nRESET信号被拉低时，ARM处理器放弃正在执行时的指令，等到nRESET下信号再次变高时，ARM执行下列操作：（1）强制M[4:0]复为10011，进入管理模式；（2）将CPSR中的I和F置位；（3）将CPSR中的T位清零（4）强制pc从地址0x00开始对下一条指令进行取值；（5）返回ARM状态并回复执行，无返回指令。IRQ：只有CPSR中相应的I位被清除时，才可能发生IRQ异常，进入中断模式，内核自动作如下处理：（1）将异常处理的返回地址保存到R14-irq中（2）用户模式的CPSR被保存到SPSR-irq中；（3）修改CPSR，禁止新的IRQ中断产生，进入ARM状态，IRQ模式（4）置IRQ模式下的IRQ异常处理程序的中断入口地址向量。地址0x00000018。返回指令：subspc，R14-irq，#4FIQ：只有CPSR中的想用下位被清零时，才发生下IQ异常进入FIQ模式，FIQ中的8个专用寄存器用来保护中断地址。其返回指令：subspc，R14-fiq,#4软中断swi：用于进入“管理模式”，通常用于请求一个特定的管理函数。返回指令：movspc，R14-svc三、ARM7TDMI指令系统1、ARM7TDMI支持哪几种指令集，各有什么特点？答：支持ARM指令集和Thumb指令集两种。ARM指令集：指令32位，效率高，代码密度低，所有ARM指令都是可以有条件执行的。Thumb指令集：指令16