简答题

3.5、当异常产生，处理器进入一个异常程序、退出异常 时需进行哪些操作？
答：进入异常 （1）把断点处的下一条指令的地址保存到相应的R14寄存 器中。 （2）把状态寄存器CPSR的值复制到相应的SPSR寄存器中，以保 存断点处的状态。 （3）根据异常模式，把CPSR寄存器的模式位M[4:0] 设置成对应的值。 （4）自动使PC指向相关的异常向量，从该向量地址 处取一条指令进行执行。 退出异常 （1）将保存在R14寄存器的值再回送到PC中。 （2）再将 SPSR寄存器的值送回到CPSR寄存器中。 （3）对中断禁止位标志进行清 除 补充Q3.5.1 请你说明系统从异常处理程序中返回需要执行哪些操作？ P40 （1） 恢复原来被保护的用户寄存器 （2） 将SPSR_mode寄存器值复 制到CPSR中，使得CPSR从相应的SPSR中恢复，以恢复被中断的程序工作 状态。 （3） 根据异常类型将PC值恢复成断点地址，以执行用户原来运 行着的程序。 （4） 清除CPSR中的中断禁止标志I和F，开放外部中断和 8级A）
参考答案： ARM处理器对异常中断的响应过程如下： (1)保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位； (2)设置当前程序状态寄存器CPSR中的相应位； (3)将R13_mode/LR_mode寄存器设置成返回地址； (4)将程序计数器值PC设置成该异常中断的中断向量地址，跳转到 相应异常中断处执行。
2.2、 、简述ARM9处理器的内部寄存器结构，并分别说 明R13、R14、R15寄存器的作用
答：ARM9处理器的内部总共有37个32位的寄存器，其中31个用作 通用寄存器，6个用作状态寄存器，每个状态寄存器只使用了其中 的12位。这37个寄存器根据处理器的状态及其工作模式的不同而被 安排成不同的组。程序代码运行时涉及的工作寄存器组是由RAM9 微处理器的工作模式确定的。 R13寄存器的作用通常是栈指 针； R14用作子程序链接寄存器，用于保存子程序的返回地 址； R15的功能是程序计数器，从R15读取的值是处理器正要取指 的地址。
5.FIQ、IRQ有什么不同？向量IRQ和非向量IRQ有什么不 同？
FIQ是快速中断，具有最高优先级，中断处理转入FIQ模式； IRQ是普通中断，优先级低于FIQ，中断处理转入IRQ模式。 向量IRQ支持16个向量IRQ中断，16个优先级，能为每个中断 源设置服务程序地址；非向量IRQ支持一个非向量IRQ中断，所有中 断都共用一个相同的服务程序入口地址。
一、
1、
简答题
ARM7、ARM9、80C51的主要区别是什么？
参考答案：ARM (Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名 字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前， 采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即通常所说的ARM微处理器，已 广泛应用于工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统 等各个领域。 ARM7内核是三级流水线和冯· 诺伊曼结构； ARM9内核是5级流水线 和哈佛结构；80C51是8位的单片机，不能支持32位操作系统，但能支持 UCOS等8位兼容的操作系统。 (说明：简答题回答字数不要写得太多但也不能太少，建议字数在150字 ~300字为宜)
3.1、中断（interrupt，如键盘中断）与异常 （exception,如除0异常）有什么区别？
答案：所谓的中断应该是指外部硬件产生的一个电信号，从cpu的 中断引脚进入，打断cpu当前的运行。 所谓异常，是指软件运行中发生了一些必须作出处理的事件，cpu 自动产生一个陷入来打断当前运行，转入异常处理流程。
8、．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EmbeddedICE Logic，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。
6.什么是嵌入式处理器的最小系统？
最小系统是指提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与嵌入式 处理器共同构成的系统。 最小系统包含时钟系统、供电系统、复位及其配置系统、存储器系 统（可选）、调试测试系统（可选）。 基本电路包括：末级电源电路、前级电源电路、时钟电路、复位电 路、程序存储器（可选）、调试接口电路（可选）。
7.3、简述Boot loader的作用
系统初始化、加载和运行内核程序 Boot Loader 就是在操作系统内 核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化 硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到 一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环 境。 大多数 Boot Loader 都包含两种不同的操作模式：“启动加载” 模式和“下载”模式 ： 启动加载（Boot loading）模式： Boot Loader 从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载 到 RAM 中运行，整个过程并没有用户的介入。 下载（Downloading） 模式：Boot Loader 将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机 （Host）下载文件，比如：下载内核映像和根文件系统映像等。 BOOT的一般步骤为： 设置中断向量表 初始化存储设备 初始化堆栈 初始化 用户执行环境 呼叫主应用程序
7、什么是引导程序？什么是启动程序？两者有什么区别？
引导程序是ARM微处理器在上电或复位后首先运行Boot Block中的 一段代码；启动程序是在运行引导程序后，正式运行用户main函数 之前，还需要运行一段代码 引导程序由芯片厂商固化在芯片中，功能包括：判断运行哪个存储 器上的程序、检查用户代码是否有效、判断芯片是否被加密、芯片 的在应用编程(IAP)以及在系统编程功能(ISP)。启动程序由用户添加， 功能包括：向量表定义、堆栈初始化、系统变量初始化、中断系统 初始化、I/O初始化、外围初始化，地址重映射等操作。
7.1、ARM系统中Boot-loader的主要作用是什么？
Boot-loader的作用与PC 的BIOS 类似，通过Boot-loader可以完成对 ARM主要部件如CPU、SDRAM、Flash、串行口的初始化，同时下载 文件到硬件板，对Flash 进行擦除与编程。 ．Boot-loader的stage1和stage2的作用分别是什么？ stage1主要完成：硬件设备初始化；为stage2准备RAM空间；拷贝 stage2到RAM空间中；设置好堆栈；跳转到stage2的入口。 stage2主要完成：初始化硬件设备；检测系统内存映射；将kernel 映像和根文件系统映像从Flash上读到RAM；为内核设置启动参数； 调用内核。
3.当系统运行时，异常可能会随时发生。为保证在ARM处理器发 生异常时不至于处于未知状态，在应用程序的设计中，首先要进 行异常处理。请简述ARM9体系中处理异常的流程。
参考答案： （1）在异常向量表中的特定位置放置一条跳转指令以支持跳转到 异常处理程序； （2）发生异常时， LR寄存器保存相关指令地址，CPSR复制到相应 的SPSR中，CPSR模式位M[4：0]的值设置成对应的异常模式值，程 序计数器PC会被强制设置为对应的异常向量，从而跳转到异常处理 程序； （3）异常处理完成后，修正LR中的值回送给PC，SPSR复制回CPSR 中，清除中断禁止位标志，返回到主程序继续执行。
4.请说明MOV指令与LDR加载指令的区别和用途？ LDR的操作数既可以来源于寄存器也可以来源于存储器，MOV的操 作数能来源于寄存器。。 LDR指令从内存中读取数据放入寄存器，用于对内存变量和数据的 访问、查表、程序的跳转、外围部件的控制操作等；MOV指令将8 位立即数或寄存器传送到目标寄存器（Rd），可用于移位运算等 操作。
3.2、当一个异常出现以后，ARM微处理器会执行哪几步 操作？
当一个异常出现以后，ARM微处理器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，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 MOV PC，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。
3.3、 ARM的异常有哪几种，各进入何种工作模式？他们 退出各采用什么指令
答：1）复位（Reset）异常（管理模式）； 2）未定义指令（undefined instruction）异常（未定义模式）； 3）软件中断（SWI）异常（管理模式）； 4）指令预取中止（Prefech Abort）异常（中止模式）； 5）数据访问中止（Data Abort）（中止模式）； 6）快速中断请求（FIQ）（FIQ模式）； 7）外部中断请求（IRQ）（IRQ模式）。 异常返回指令：1）SWI，未定义的返回：MOVS PC,R14；2）IRQ,FIQ,预 取中止的返回：SUBS PC,R14,#4；3）数据中止返回并重新存取：SUBS PC,R14,#8 异常中断的优先级：复位（最高优先级）--> 数据异常中止--->FIQ -> IRQ--->预取指异常中止--->SWI---->未定义指令（包括缺协处理器）。