嵌入式系统原理及设计复习要点考试

11.异常的返回指令：（FIQ和IRQ）P40
快速中断
SUBS PC,R14_fiq,#4
R14－4
中断
SUBS PC,R14_irq,#4
R14－4
12.异常向量表（IRQ、FIQ、复位）P40
地址
异常
进入时的模式
进入时I的状态
进入时F的状态
0x00000000
复位
管理
禁止
禁止
0x0000 0018
内核需要消耗一定的系统资源，比如2％～5％的CPU运行时间、RAM和ROM等。
非占先式内核：非占先式内核要求每个任务自动放弃CPU的所有权。非占先式调度法也称作合作型多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU。异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态(mount)变为就绪状态。但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。
除用户模式外，其它模式均为特权模式。特权模式允许对CPSR的完全读/写访问;用户模式只允许只允许对CPSR的控制位进行读访问,但允许对条件标志位的读/写访问。此外，特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户模式不能直接切换到别的模式。
8.ARM内部寄存器：31个通用32位寄存器、6个状态寄存器P27
在ARM处理器内部共有37个用户可访问的寄存器，分别为31个通用32位寄存器和6个状态寄存器。
;结果放入R1
寄存器间接寻址
寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个通用寄存器的编号，所需的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针。寄存器间接寻址指令举例如下：
LDRR1,[R2];将R2指向的存储单元的数据读出
;保存在R1中
SWPR1,R1,[R2];将寄存器R1的值和R2指定的存储
;到保存到R0指定的存储单元
多寄存器寻址
多寄存器寻址一次可传送几个寄存器值，允许一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器寻址指令举例如下：
LDMIAR1!,{R2-R7,R12};将R1指向的单元中的数据读出到
;R2～R7、R12中(R1自动加4)
STMIAR0!,{R2-R7,R12};将寄存器R2～R7、R12的值保
前后台系统：对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的循环，可称为前后台系统或超循环系统。
内核：多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。
使用实时内核可以大大简化应用系统的设计，是因为实时内核允许将应用分成若干个任务，由实时内核来管理它们。
BLSUBR1;调用到SUBR1子程序
BEQLOOP;条件跳转到LOOP标号处
...
LOOPMOVR6,#1
...
SUBR1...
2.单寄存器加载/存储指令LDR/STR多寄存器加载/存储指令LDM/STM（了解）
LDR/STR指令用于对内存变量的访问、内存缓冲区数据的访问、查表、外围部件的控制操作等。若使用LDR指令加载数据到PC寄存器，则实现程序跳转功能，这样也就实现了程序散转。所有单寄存器加载/存储指令可分为“字、有/无符号字节、有/无符号半字加载存储指令”。
;存到R0指向的存储单元中
;(R0自动加4)
堆栈寻址
STMFDSP!,{R1-R7,LR};将R1～R7、LR入栈，满递减堆栈
LDMFD SP!,{R1-R7,PC};数据出栈，放入R1～R7、PC寄存器，
;满递减堆栈
相对寻址
相对寻址是基址寻址的一种变通。由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段（地址标号）作为偏移量，两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。相对寻址指令举例如下：
多寄存器加载/存储指令可以实现在一组寄存器和一块连续的内存单元之间传输数据。LDM为加载多个寄存器；STM为存储多个寄存器。允许一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。它们主要用于现场保护、数据复制、常数传递等。
3.分支指令：B、BL、BX
B指令为简单的跳转指令，不附带其它功能。跳转范围限制在当前指令的±32M字节地址内(ARM指令为字对齐，最低2位地址固定为0)。
BX Rn
4.状态寄存器的读/写指令：MRS/MSR
在ARM处理器中，只有MRS指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行读操作。通过读CPSR可以了解当前处理器的工作状态。读SPSR寄存器可以了解到进入异常前的处理器状态。指令格式如下所示：
MRS R1,CPSR;读取CPSR状态寄存器到R1
MRS R2,SPSR;读取SPSR状态寄存器到R2
异常的退出：当异常处理程序结束时，异常处理程序必须：
返回到发生异常中断的指令的下一条指令处执行，即就是说将LR中的值减去偏移量后移入PC；
将SPSR的值复制回CPSR；
清零在入口处置位的中断禁止标志。
14.ARM处理器支持的存储格式：大端格式和小端格式P49 PPT80
小端存储器系统：在小端格式中，数据的高字节存放在高地址中。
;单元的内容交换
基址寻址
基址寻址就是将基址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，形成操作数的有效地址。基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于查表、数组操作、功能部件寄存器访问等。基址寻址指令举例如下：
LDRR2,[R3,#0x0C];读取R3+0x0C地址上的存储单元
;的内容，放入R2
STRR1,[R0,#-4]!;先R0=R0-4，然后把R1的值寄存
ARM与Thumb指令下的PC值
当处理器处于ARM状态时，每条指令长为4字节，所以PC的值为正在执行的指令地址加字节，即：
PC值=当前程序执行位置+8字节
当处理器处于Thumb状态时，每条指令长为2字节，所以ＰＣ的值为正在执行的指令地址加４字节，即：
ＰＣ值＝当前程序执行位置＋４字节
4.ARM指令集与Thumb指令集、ARM处理器的两种状态及状态的切换P24~25
中断：中断是一种硬件机制，用于通知CPU有个异步事件发生了。中断一旦被识别，CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序，称为中断服务子程序（ISR）。中断服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到：
1.在前后台系统中，程序回到后台程序；
2.对非占先ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ内核而言，程序回到被中断了的任务；
一、填空题（每空1分，共15分）
二、选择题（每题2分，共20分）
三、简答题（5小题，共35分）
四、综合应用题（2题，共30分）
知识点：
第1章
嵌入式系统概述
1.嵌入式系统的分类：四类P5
嵌入式微处理器、微控制器、dsp处理器、片上系统
2.嵌入式操作系统基本概念：前后台系统、内核、占先式内核、非占先式内核、中断P7-10
寄存器移位寻址
寄存器移位寻址是ARM指令集特有的寻址方式。当第2个操作数是寄存器移位方式时，第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，先进行移位操作。寄存器移位寻址指令举例如下：
MOVR0,R2,LSL #3;R2的值左移3位，结果放入R0，即是
;R0=R2×8
ANDSR1,R1,R2,LSL R3;R2的值左移R3位，然后和R1相“与”操作，
立即寻址
立即寻址指令中的操作码字段后面的地址码部分即是操作数本身，也就是说，数据就包含在指令当中，取出指令也就取出了可以立即使用的操作数(这样的数称为立即数)。立即寻址指令举例如下：
SUBSR0,R0,#1;R0减1，结果放入R0，并且影响标志位
MOVR0,#0xFF000;将立即数0xFF000装入R0寄存器
从偶数地址开始的连续2个字节构成一个半字；以能被4整除的地址开始的连续4个字节构成一个字；
ARM指令的长度刚好是一个字，Thumb指令的长度刚好是一个半字。
3.3级流水线P20~22取值－〉译码－〉执行
a)取值从存储器装载一条指令；
b)译码识别将要被执行的指令；
c)执行处理指令并将结果写回寄存器
无论ARM处理器处于何种状态，程序计数器R15（即PC）总是指向“正在取值”的指令。习惯上约定将“正在执行的指令作为参考点”，称之为当前第1条指令。因此，PC总是指向第3条指令，或者说PC总是指向当前正在执行的地址在加上2条指令的地址。
ARM内核包含1个CPSR和5个仅供异常处理程序使用的SPSR。CPSR反映当前处理器的状态，其包含：
a)4个条件代码标志(负标志N、零标志Z、进位标志C和溢出标志V )；
b)2个中断禁止位(IRQ禁止与FIQ禁止)；
c)5个对当前处理器模式进行编码的模式位(M[4:0])；
d)1个用于指示当前执行指令的状态位(ARM指令还是Thumb指令)。
3.对占先式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行。
第2章ARM7体系结构
1.ARM7TDMI：T、D、M、I分别代表什么P19
T：支持高密度16位的Thumb指令集；
D：支持片上调试
M：支持64位乘法
I：支持Embeded ICE硬件仿真功能模块；
2.存储器的字与半字P20
ARM处理器使用了冯•诺依曼（Von Neumann）结构，指令和数据共用一条32位总线，只有装载、存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问。
9.Thumb状态下的寄存器P34
Thumb状态寄存器集是ARM状态集的子集，程序员可以直接访问的寄存器为：
a)8个通用寄存器R0～R7；
b)堆栈指针（SP）；
c)链接寄存器（LR）；
d)程序计数器（PC）；
e)当前程序状态寄存器（CPSR）。
10.当前程序状态寄存器：（模式位、状态位、FIQ禁止、IRQ禁止）P37