ARM基础知识

复习问题提纲

第一讲基础知识

1.什么是嵌入式系统（IEEE定义和国内普遍认同的定义分别是什么）？

IEEE（国际电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”

国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

更简单的讲:就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。

三要素：嵌入、专用、计算机

嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求

专用性：软、硬件按对象要求裁减

计算机：实现对象的智能化功能

2.嵌入式系统的特点？

1、专用软、硬件可剪裁可配置；

2、低功耗、高可靠性、高稳定性；

3、软件代码短小精悍；

4、代码可固化；

5、实时性；

6、弱交互性

7、嵌入式系统软件开发通常需要专门的开发工具和开发环境；

8、要求开发、设计人员有较高的技能。

3.嵌入式系统的组成？

嵌入式系统总体上是由硬件和软件组成的，硬件是其基础，软件是其核心和灵魂。

第二讲ARM技术概述（以下指的arm处理器都是指ARM920T）

1.arm处理器是32位架构，它支持的基本数据类有哪3个（提示：字节、？、？）？

(1)Byte:字节，8bit (2)Halfword:半字，16bit（半字必须与2字节边界对齐）（3）word:字，32bit（字必

须与4字节边界对齐）

2.什么是存储大小端模式？

所谓的大端模式，是指高位字节存放在低地址单元中，而低位字节存放在高地址单元中。

所谓的小端模式，是指低位字节存放在低地址单元中，而高位字节存放在高地址单元中。

3.arm 处理器有哪7种工作模式，每种工作模式下通用工作寄存器有多少个、作用是什

么、各个模式间哪些模式下有自己专有的寄存器，哪些寄存器是各个模式彼此公用

的，哪些寄存器一般有固定的用途是什么？哪两种模式寄存器完全相同，哪种模式

它的专有寄存器最多？

（1）ARM微处理器支持7种运行模式，分别为：

用户模式(usr)：ARM处理器正常的程序执行状态。（大部分任务执行时）

快速中断模式(fiq)：用于高速数据传输或通道处理。（当高优先级中断产生时）

外部中断模式(irq)：用于通用的中断处理。（当低优先级中断产生时）

特权模式(svc)：操作系统使用的保护模式。（当复位或软中断指令执行时）

数据访问中止模式(abt)：可用于虚拟存储及存储保护。(当存取异常时)

未定义指令中止模式(und)：可用于支持硬件协处理器的软件仿真。（当未定义的指令执行时)

系统模式(sys)：运行具有特权的操作系统任务。（和User模式相同寄存器集的模式）

（2）每种工作模式下通用工作寄存器有:（共15个）（ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括30个通用寄存器和6个状态寄存器，1个程序计数器（PC指针）及所有寄存器（均为32位）。未分组寄存器：包括

R0～R7。分组寄存器：包括R8～R14

(3) 未分组寄存器（R0-R7）指的都是同一个物理寄存器，但是在异常中断切换时，由于使用相同的物理寄存器，所以和容易使寄存器中的数据被破坏。对于分组寄存器（R8～R14），他们每一次所访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关，除FIQ模式外其他寄存器是公用的（R0-R12）。分组寄存器R13和R14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器。其中的一个是用户模式和系统模式公用的，而另外5个分别用于5种异常模式。 R15用作程序计数器（PC），用来保存读取指令的地址。

(4)R13，R14，CPSR是各个模式专有的，FIQ模式除此之外还有R8-R12.

(5)R0~R7是所用模式公用的；R8~R12对于快速中断FIQ模式之外的其他模式都是公用的，而FIQ模式另外有一套自己寄存器R8_fiq~R12_fiq，FIQ处理程序在保存和恢复现场时可以少保存和恢复几个寄存器（R8-R12），从而提高中断处理迅速

(6)R13通常用作栈指针寄存器（SP），每一种模式有自己的R13，所以允许每一种异常都有自己的栈指针。

R14用作连接或返回地址寄存器（LR），每一种模式有自己的 R14。

R15用作程序计数器（PC），用来保存读取指令的地址。

程序状态寄存器（CPSR）存储ARM微处理器当前的状态和模式标志。

备份状态寄存器（SPSR）异常模式下的CPSR的备份寄存器，当一个异常发生时保存当前的CPSR值。结合连接寄存器可使处理器返回先前的状态。

(7)用户模式（user）和系统模式（sys）寄存器完全相同且这两种模式不能由异常进入

(8)快速中断（FIQ）模式最多

4.arm处理器有哪2种工作状态，上电复位后进入的是什么状态？

（1）第一种为ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令，对应ARM指令集；

第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令，对应Thumb指令集。

（2）上电复位后，处于ARM状态

5.理解流水线是如何提高处理器处理速度的，如假设某嵌入式处理器有3级流水线，每

级流水线所耗时间均为为2ms,则执行25条指令需要耗费时间？

流水线（pipeline）技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准实现技术

T=执行一条指令的时间+（指令的条数—1）*流水线周期 6+（25-1）*2=54

6.充分掌握arm处理器CPSR寄存器每一位的作用。

寄存器R16用作程序状态寄存器CPSR（Current Program Status Register，当前程序状态寄存器）。在所有处理器模式下都可以访问CPSR。CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。每种异常模式都有一个程序状态保存寄存器SPSR（Saved Program Status Register）。当异常出现SPSR用于保留CPSR 的状态。

CPSR和SPSR的格式如下：

（1）条件码标志

N、Z、C、V（Negative、Zero、Carry、oVerflow）均为条件码标志位（Condition Code Flags），它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。CPSR中的条件码标志可由大多数指令检测以决定指令是否执行。在ARM状态下，绝大多数的指令都是有条件执行的。在Thumb状态下，仅有分支指令是有条件执行的。通常条件码标志通过执行比较指令（CMN、CMP、TEQ、TST）、一些算术运算、逻辑运算和传送指令进行修改。

条件码标志的通常含义如下：

N：如果结果是带符号二进制补码，那么，若结果为负数，则N=1；若结果为正数或0，则N＝0。

Z：若指令的结果为0，则置1（通常表示比较的结果为“相等”），否则置0。

C：可用如下4种方法之一设置：

加法（包括比较指令CMN）。若加法产生进位（即无符号溢出），则C置1；否则置0。

减法（包括比较指令CMP）。若减法产生借位（即无符号溢出），则C置0；否则置1。

对于结合移位操作的非加法／减法指令，C置为移出值的最后1位。

对于其他非加法／减法指令，C通常不改变。

V：可用如下两种方法设置，即

对于加法或减法指令，当发生带符号溢出时，V置1，认为操作数和结果是补码形式的带符号整数。