ARM知识点详解

ARM知识点详解

1、ARM处理器⼯作模式有⼏种?各种⼯作模式下分别有什么特点?

ARM 处理器有7种⼯作模式，这7种模式及其特点是：

快速中断模式(fiq)

⽀持⾼速数据传输或通道处理，外部中断fiq信号有效且CPSR的F=0进⼊。中断模式(irq)

⽤于通⽤中断处理，外部中断irq信号有效CPSR的I=0进⼊。

管理员模式(svc)

- 操作系统的保护模式，复位、软件中断进⼊。主要⽤于 SWI(软件中断)和 OS(操作系统)。这个模式有额外的特权，允许你进⼀步控制计算机。

中⽌模式(abt)

- ⽀持虚拟内存和/或内存保护预取指令中⽌/数据中⽌进⼊

未定义模式(und)

- ⽀持硬件协处理器的软件仿真（浮点、向量运算）未定义指令进⼊

系统模式(sys)

- ⽀持操作系统的特殊⽤户模式(运⾏操作系统任务）

⽤户模式(usr)

正常的程序执⾏模式，此模式应⽤程序不能访问受操作系统保护的资源，不能改变模式，除⾮异常发⽣。

2、ARM处理器总共有多少个寄存器，这些寄存器按其在⽤户编程中的功能是如何划分的?这些寄存器在使⽤中各有何特殊之处?

答：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。

31个通⽤寄存器根据其编程特点可分为如下⼏种类型：

1、不分组寄存器R0-R7 为所有模式共享

2、分组寄存器R8-R12

R8_fiq-R12_fiq： FIQ模式下的寄存器

R8-R12：其它模式共享

3、分组寄存器R13-R14

分为6组，⽤户、系统⼀组，其他每种模式⼀组。

R13_通常⽤作堆栈指针SP，R14_通常⽤作⼦程序链接寄

存器，当进⼊⼦程序时，常⽤来保存PC的返回值其中，mode为以下

⼏种模式之⼀：usr、fiq、irq、svc、abt、und。

4、程序寄存器R15（PC）所有模式共享

6个状态寄存器：

⼀个CPSR当前程序状态寄存器，保存当前程序状态。

五个程序状态备份寄存器SPSR(svc,abt,und,irq,frq)，只有在异常模式下，才能被访问；各异常模式都拥有属于⾃⼰的SPSR，当发⽣异常时，SPSR⽤来保存CPSR的值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。

3、试述ARM处理器对异常中断的响应过程。

答：当⼀个异常出现以后，ARM微处理器执⾏完当前指令后（复位异常除外）会执⾏以下⼏步操作：

1.将下⼀条指令的地址存⼊相应连接寄存器LR（R14_XXX），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。

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⼀条指令执⾏，从⽽跳转到相应的异常

处理程序处。

4、如何从异常中断处理程序中返回?需要注意哪些问题?

答：异常处理完毕之后，ARM微处理器会执⾏以下⼏步操作从异常返回：

1.将连接寄存器LR（R14_XXX）的值减去相应的偏移量后送到PC中。

2.将SPSR复制回CPSR中，恢复原处理器⼯作模式。

3.若在进⼊异常处理时设置了中断禁⽌位，要在此清除。

注意问题：异常处理返回时，IRQ和FIQ必须返回前⼀条指令，以便执⾏因进⼊异常⽽被“占据”的指令。预取指中⽌必须返回前⼀条指令，以便执⾏在初次请求访问时造成存储器故障的指令。数据中⽌必须返回前⾯第⼆条指令，以便重新执⾏因进⼊异常⽽被占据的指令之前的数据传送指令。

5、ARM处理器版本的变化主要体现在内核的变化和内核的扩展哪些⽅⾯？

答：ARM处理器版本的变化主要体现在内核的扩展和扩充。

ARM内核的扩展主要是增加ARM核外围的组件，以改善ARM性能，提供资源管理等功能。主要有3种硬件扩展：

1、ARM内核扩展cache和紧耦合存储器

2、扩展存储管理

3、扩展协处理器接⼝（控制cache、TCM和存储管理）

ARM内核扩充主要是增加ARM核功能，通常将具有某些特殊功能的ARM 内核称为它的某种变种，到⽬前为⽌ARM定义了如下变种：

1、T变种 Thumb指令集

2、M变种长乘指令

3、 E变种增强型DSP指令

4、J变种 java加速器Jazelle

6、简述处理器启动时的模式转换过程。

处理器启动时，⾸先进⼊管理员模式(svc)，此后进⼊除⽤户模式之外的其他模式，主要完成各模式的堆栈设置，最后进⼊⽤户模式，运⾏⽤户程序。

7、ARM存储器的存储周期有⼏种类型，对应于cache访问和存储器访问是何存储周期？

ARM存储器的存储周期有4种类型，它们分别是：空闲周期、顺序周期、协处理器寄存器传送周期和⾮顺序周期，对应于cache访问的存储周期是空闲周期和顺序周期，对应于存储器访问的存储周期是⾮顺序周期。

8、何谓cache？简述cache的⼯作原理。

Cache即⾼速缓冲存储器是位于CPU与内存之间的⾼速存储器，它的容量⽐内存⼩但交换速度快。

在cache存储系统当中，把主存储器和cache都划分成

相同⼤⼩的块。主存地址由块号M和块内地址N两部分组成。同样，cache的地址也由块号m和块内地址n组成。然⽽cache 是相连存储器，装⼊时，通过地址变换部件把主存地址中的块号M变成cache的块号m，块号M保存在块号为m 的cache块的标记区，数据块装⼊cache缓冲区。当CPU要访问cache时，CPU送来主存地址，放到主存地址寄存器中。然后通过地址变换部件