《ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲》配套练习题答案

《ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲》练习题与答案第1章：填空题1．ARM内核有四个功能模块，即T、D、M、I，可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产ARM芯片。2．ARM7TDMI与ARM720T的一个重要区别在于后者有存储空间管理单元（MMU）、8KCache片内缓存（提高CPU性能）。3．ARM芯片主要封装有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等形式。4．ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。5．ARM体系结构可用两种方法存储字数据，具体为大端格式、小端格式。6．协处理器主要控制：片内的MMU、指令和数据缓存（IDC）、写缓冲（WriteBuffer）。问答题：1．简单描述ARM内核的四个功能模块，各自具备什么功能特点？ARM内核有四个功能模块T、D、M、I，可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产ARM芯片。其中T功能模块表示16位Thumb，可以在兼顾性能的同时减少代码尺寸。M功能模块表示8位乘法器。D功能模块表示Debug，该内核中放置了用于调试的结构，通常它为一个边界扫描链JTAG，可使CPU进入调试模式，从而可方便地进行断点设置、单步调试。I功能模块表示EmbeddedICELogic，用于实现断点观测及变量观测的逻辑电路部分，其中的TAP控制器可接入到边界扫描链。2．一个ARM720T内核，基本由哪四部分组成？（1）ARM7TDMICPU核。该CPU核支持Thumb指令集、核调试、增强的乘法器、JTAG及嵌入式ICE。它的时钟速率可编程为18MHz、36MHz、49MHz、74MHz。（2）内存管理单元（MMU）与ARM710核兼容，并增加了对WindowsCE的支持。该内存管理单元提供了地址转换和一个有64个项的转换旁路缓冲器。（3）8KB单一指令和数据高速缓冲存储器，以及一个四路相联高速缓冲存储器控制器。（4）写缓冲器WriteBuffer。3．通用寄存器包括R0～R15，可以分为具体哪三类？（1）未分组寄存器R0～R7；（2）分组寄存器R8～R14；（3）程序计数器PC（R15）。4．请描述Thumb状态下的寄存器与ARM状态下的寄存器有什么关系？（1）Thumb状态下和ARM状态下的R0～R7是相同的。（2）Thumb状态下和ARM状态下的CPSR和所有的SPSR是相同的。（3）Thumb状态下的SP对应于ARM状态下的R13。（4）Thumb状态下的LR对应于ARM状态下的R14。（5）Thumb状态下的程序计数器对应于ARM状态下的R15。5．当一个异常出现以后，ARM微处理器会执行哪几步操作？（1）将下一条指令的地址存入相应连接寄存器LR，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。若异常是从ARM状态进入，则LR寄存器中保存的是下一条指令的地址（当前PC＋4或PC＋8，与异常的类型有关）；若异常是从Thumb状态进入，则在LR寄存器中保存当前PC的偏移量，这样，异常处理程序就不需要确定异常是从何种状态进入的。例如：在软件中断异常SWI，指令MOVPC，R14_svc总是返回到下一条指令，不管SWI是在ARM状态执行，还是在Thumb状态执行。（2）将CPSR复制到相应的SPSR中。（3）根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位。（4）强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。第2章：填空题1．ARM微处理器在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集、Thumb指令集。2．ARM处理器有9种基本寻址方式，分别是：寄存器寻址、立即寻址、寄存器偏移寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、多寄存器寻址、堆栈寻址、块拷贝寻址、相对寻址。3．ARM指令集可以分为6类，分别是：跳转指令、数据处理指令、程序状态寄存器（PSR）传输指令、Load/Store指令、协处理器指令、异常中断产生指令。4．在ARM的汇编程序中，有如下几种伪指令：符号定义伪指令、数据定义伪指令、汇编控制伪指令、宏指令、其他伪指令。5．汇编语言与C/C++的混合编程通常有以下几种方式：在C/C＋＋代码中嵌入汇编指令；从汇编程序中访问C程序变量；汇编程序、C/C＋＋程序间的相互调用。6．ARMC/C++编译器支持和产生以下几种格式的文件：filename.c源文件、filename.h头文件、filename.o目标文件、filename.s汇编代码文件、filename.lst列表文件。问答题：1．一条典型的ARM指令具有什么样的语法格式，并描述各选项意义。一条典型的ARM指令语法格式如下所示：opcode{cond}{S}Rd,Rn,shifter_operand其中：opcode是指令操作符编码；cond是指令执行的条件编码；S决定指令的操作是否影响CPSR的值；Rd是目标寄存器编码；Rn是包含第1个操作数的寄存器编码；shifter_operand表示第2个操作数。2．表示递增和递减的满堆栈和空堆栈有哪几种组合，请比较它们的特点。有4种类型的堆栈，表示递增和递减的满堆栈和空堆栈的各种组合。满递增：堆栈通过增大存储器的地址向上增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最高地址。指令如LDMFA，STMFA等。空递增：堆栈通过增大存储器的地址向上增长，堆栈指针指向堆栈上的第一个空地址。指令如LDMEA，STMEA等。满递减：堆栈通过减小存储器的地址向下增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最低地址。指令如LDMFD，STMFD等。空递增：堆栈通过减小存储器的地址向下增长，堆栈指针指向堆栈下的第一个空地址。指令如LDMED，STMED等。3．ARM协处理器指令包括哪3类，请描述它们的功能。用于ARM处理器初始化ARM协处理器的数据处理操作。用于ARM处理器的寄存器和ARM协处理器的寄存器间的数据传送操作。用于在ARM协处理器的寄存器和内存单元之间传送数据。4．常见的符号定义伪指令，具体有哪几种？用于定义全局变量的GBLA、GBLL和GBLS。用于定义局部变量的LCLA、LCLL和LCLS。用于对变量赋值的SETA、SETL、SETS。为通用寄存器列表定义名称的RLIST。5．汇编语言程序中常用的符号，需要遵循哪些规则？符号区分大小写，同名的大、小写符号会被编译器认为是两个不同的符号。符号在其作用范围内必须唯一。自定义的符号名不能与系统的保留字相同。符号名不应与指令或伪指令同名。6．可执行映像文件通常由几部分构成，它们有什么特点？一个或多个代码段，代码段的属性为只读。零个或多个包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。零个或多个不包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。第3章：填空题1．在线仿真包括3个过程：装载映像文件、程序执行、查看寄存器和内存空间。2．目标机上的Angel可以实现的功能为：基本的调试功能、C语言库的支持、通信支持、任务管理功能、异常中断处理。3．使用Angel开发应用程序包括下面的步骤：在ARMulator或开发板上开发应用程序；建立严重依赖Angel的应用程序；建立很少依赖Angel的应用程序；生成最终的产品。4．当应用程序在特权模式下调用Angel的SWI时，必须保证它的特权模式数据栈为FD（满且地址递减）类型，并且有足够Angel进入SWI时需要的可用空间。5．JTAG调试接口的结构由测试访问端口TAP（TestAccessPort）控制器、旁路（bypass）寄存器、指令寄存器和数据寄存器、ARM架构处理器组成。问答题：1．初始化存储器有哪几种方法？初始化存储器就是设置ARM处理器的某些寄存器，这可以通过两种方法完成：第一种，如果ARM处理器内部有SRAM，则可以建立一个简单的工程，该工程对涉及存储器映射的寄存器初始化；第二种，利用AXD的命令行配置那些寄存器，具体步骤如下：首先在C:\下建立文本文件memory_map.txt，该文件设置寄存器的值，其格式为：setmemADDRESS,DATA,SIZE其中，ADDRESS是寄存器的地址，DATA是该寄存器要设置的值，SIZE是数据宽度，一般为32，可以设置多个寄存器；然后打开AXDDebugger的命令行窗口，执行下面的命令，配置对应的控制寄存器。obeyC:\memory_map.txt执行完毕后，memory_map.txt中的寄存器就配置完毕，存储器就映射到预定的地址空间了。2．基于Angel的调试系统由哪两部分组成？请详细描述。基于Angel的调试系统由下面两部分组成，这两部分之间通过一定的通信信道连接起来，通常使用的信道是串行口。位于主机上的调试器（debugger）。它接受用户命令，将其发送到目标机上的Angel，使其执行一定的操作，并将目标机上Angel返回的数据以一定的格式显示用户。ARM公司提供的各调试器都支持Angel。对于其他的调试器，如果它支持Angel所使用的调试协议ADP，则也可以支持Angel。位于目标机上的Angel调试监控程序。它接受主机上调试器传来的命令，返回相应的数据。通常Angel有两个版本：完整版本包含所有的Angel功能，主要可以用于调试应用系统；最小版本包含一些有限的功能，可以包含在最终的产品中。3．使用Angel所需要的资源有哪些，请描述。使用Angel所需要的资源包括：系统资源。Angel使用的系统资源包括可配置的系统资源和不可配置的系统资源。可配置的系统资源包括一个ARM程序的SWI号和一个Thumb程序的SWI号；不可配置的资源包括两条未定义的ARM指令和一条未定义的Thumb指令。ROM和RAM资源。Angel需要使用ROM来保存其代码，使用RAM来保存其数据。当需要下载一个新版本的Angel时，还需要使用额外的RAM资源。异常中断向量。Angel通过初始化系统的异常中断向量表来安装自己，从而使得Angel有机会接管系统的控制权，来完成相应的功能。FIQ及IRQ异常中断。Angel需要使用下面的异常中断来实现主机和目标机之间的通信功能。推荐使用IRQ异常中断。FIQ异常中断；IRQ异常中断；同时使用FIQ异常中断和IRQ异常中断。数据栈。Angel需要使用自己的特权模式的数据栈。如果用户应用程序需要调用Angel功能，则用户需要建立自己的数据栈。4．使用完整版本的Angel开发应用程序时有什么编程限制？在使用完整版本的Angel开发应用程序时，由于Angel需要一定的资源，给程序设计带来了一定的限制。这些限制包括：Angel需要使用自己的处理器特权模式下的数据栈，因此在Angel和实时操作系统RTOS一起使用时，必须确保在Angel运行时，RTOS不会切换处理器的模式。否则可能造成死机。用户应用程序尽量避免使用SWI0x123456以及SWI0xab。这两个SWI异常中断号保留给Angel使用。Angel使用它们来实现目标程序中C语言运行时库的semihosting请求。如果用户应用程序中使用了SWI，则在退出SWI时必须将各寄存器的值还原成进入SWI时的值。如果应用程序中需要使用未定义的指令异常中断，必须注意Angel使用了未定义的指令异常中断。5．JTAG测试信号由哪五个信号组成，并分别描述。TRST：测试复位输入信号，测试接口初始化。TCK：测试时钟，在TCK时钟的同步作用下，通过TDI和TDO引脚串行移入/移出数据或指令；同时，也为测试访问端口TAP控制器的状态机提供时钟。TMS：测试模式选择信号，控制测试接口状态机的操作。TDI：测试数据输入线，其串行输入数据至边界扫描寄存器或指令寄存器（由TAP控制器的当前状态及已保存在指令寄存器中的指令来控制）。TDO：测试数据输出线，把从边界扫描链采样的数据传播至串行测试电路中的下一个芯片。第4章：填空题1．ARM嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式软件系统构成。2．常用的嵌入式外围设备有存储设备、通信设备、显示设备三类。