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嵌入式系统复习–基于ARM的嵌入式程序设计

嵌入式系统概述

1. 嵌入式系统中常用的通信接口包括哪些？
   RS-232C串行通信接口，RS-422串行通信接口，RS-485串行通信接口，USB接口，以太网接口，IEEE1394接口，IEEE802.11接口，JTAG接口，蓝牙接口

2. 大端存储与小端存储有什么异同？
   大端存储是将数据的低字节存入低地址高字节存入低地址，小端存储是将数据的高字节存入低地址低字节存入高地址

ARM技术概述

1. RISC的主要特点

   • 数据通道中只保留有用的指令
   • 确保通道能够快速执行每个指令
   • 确保CPU硬件设计的足够简单

2. 简述ARM处理器的数据类型

   • 有符号/无符号字节（B）
   • 有符号/无符号半字（H）
   • 有符号/无符号字(D)

3. 简述哈佛结构和冯诺依曼结构的主要区别
   

4. 简述ARM体系结构的版本情况。

   • v6
     • 增加了Thumb-2 提高了代码密度
     • 增加了SIMD 提高了数字和媒体处理能力
     • TrustZone增加了安全性能力
     • IEM增强了功耗管理能力
   • v7
     • A型号提供了应用处理能力，支持复杂的操作系统
     • R型号提供了实时操作系统
     • M型号提供了成本敏感的系统
   • v8
     • 支持64位的处理器架构
     • 64位的通用寄存器和PC, SP
     • 支持64位AArch64, 和32位AArch32两种指令

5. 简述ARM处理器异常处理情况。
   进入异常：

   1. 将CPSR中的内容拷贝到SPSR中
   2. 改变CPSR中的中断标志位
   3. 将指令的下一条指令拷贝到链接寄存器LR中
   4. 强制改变PC中的值，进入异常状态

   异常返回：

   1. 将异常改变的寄存器保护存入栈中
   2. 将SPSR_mode中的值拷贝到CPSR中
   3. 将PC恢复到指令异常前的指令流中
   4. 修改CPSR中的中断标志位

6. ARM处理器支持哪几种工作模式？
   用户模式，快速中断fiq模式，普通中断irq模式，软件中断模式svc，中止模式abt，未定义模式und， 系统模式

7. ARM处理器共有多少个寄存器？ARM状态下通用寄存器可以分为几类？
   37个寄存器，可以分为31个通用寄存器（不分组寄存器、分组寄存器、程序计数器），6个状态寄存器

8. 简述ARM指令中12位压缩的立即数是如何构成的？
   由8位常数及4位循环移位位构成，及 将8位立即数循环右移2 * 循环移位位后得到对应的立即数

ARM指令

1. 用ARM汇编指令实现下面列出的几种操作

   • R0 = 16

     MOV R0, #16
     

   • R0 = R1 / 16

     MOV R0, R1, LSR #4
     

   • R1 = R3 * 4

     MOV R1, R3, LSL #2
     

   • R1 = -R1

     MVN R1, R1
     

2. 下面的ARM指令完成什么功能？

   • LDRH R0, [R1, #6]
     以前变址的方式将R1中的内容作为地址加上偏移量6后，以半字的方式载入R0中
   • LDR R0, =0x999
     伪指令，编译时通过多条指令运算得到32位的0x999并将它载入到R0中

3. BX指令与BL指令有什么不同，请说明之？
   BX指令是在ARM与Thumb两个状态间的切换，当寄存器的第0位是1，则切换到Thumb状态，如果是0则切换到ARM状态，BL指令是跳转链接指令，在调到对应指令前，会将当前指令的地址拷贝到链接寄存器LR中，然后在进行跳转。

4. 请指出MOV指令与LDR指令的区别和用途？
   MOV是完成寄存器与寄存器之间或与立即数之间的数据移动
   而LDR是寄存器与存储器之间的数据传输

5. 调用子程序使用B还是BL指令？写出返回子程序的指令？
   调用子程序使用BL指令，因为需要返回到主程序所以要将下一条的指令地址链接到LR中
   没有嵌套的返回指令

   	BL LABEL
   LABEL
   	MOV PC LR
   

   有嵌套的返回指令

   	STMFD SP! {R0-R7, LR}
   	BL SUBPROGRAM
   	
   SUBPROGRAM
   	
   	；从子程序返回
   	LDMFD SP! {R0-R7, PC}
   

6. 编写一个子程序，从存储器某处拷贝一个字符串到存储器另一处。源字符串的开始地址放入R1, 长度（以字节为单位）放入R2, 目的字符串的开始地址在R3

   AREA COPYSTRING, CODE, READONLY
   ENTRY
   CODE32
   start
   	BL SUBCOPY
   stop
   	MOV R0, #0x18
   	LDR R1, =0x20026
   	SWI 0x123456
   ;子程序
   SUBCOPY
   	CMP R2, #0
   	BEQ ENDCOPY
   LOOP
   	LDRB R4, [R1], #1; 后变址 mem32R1 -> R4, R1 + 1 -> R1
   	STRB R4, [R3], #1
   	SUBS R2, R2, #1
   	BNE LOOP
   
   ENDCOPY
   	MOV PC, LR ; 子程序返回
   
   END
   

7. 请将下面C语言代码转换成汇编语言

   if (a > 10 && a < 100)
   	b = b + 1
   else
   	b = b - 1
   

   汇编语言为

   假设R0中存入a的内容， R1中存入b的内容
   	CMP R0, #10
   	BLS SECOND
   	CMP R0, #100
   	BCS SECOND
   	ADD R1, R1, #1
   SECOND
   	SUB R1, R1, #1
   

8. ARM寻址方式有哪几种？
   立即数寻址，寄存器寻址，基址加偏址寻址，寄存器间接寻址，块拷贝寻址，堆栈寻址，相对寻址方式

Thumb指令集

1. ARM指令集与Thumb指令集中移位操作是如何实现的？有什么异同点？
   移位通过移位寄存器进行，一个移位类型一个移位量字段，前者决定移位方式，后者决定移位步数
   异同：

   1. ARM可以同时进行移位和逻辑运算，而Thumb只能单独进行移位运算
   2. ARM可以进行循环移位，但是Thumb不行

2. 用语言描述ARM处理器如何进入和退出Thumb指令模式？
   ARM通过使用BX指令寄存器第0位为1进入Thumb模式，或者通过异常返回进入Thumb模式
   通过BX指令，寄存器第0位为0推出Thumb模式，或者通过发生异常推出Thumb

3. 编写一个子程序，从存储器某处拷贝一个字符串到存储器另一处。源字符串的开始地址放入R1, 长度（以字节为单位）放入R2, 目的字符串的开始地址在R3

   AREA TCOPY, CODE, READONLY
   ENTRY
   CODE 16
   start
   	BL SUBCOPY
   stop
   	MOV R0, #0x18
   	LDR R1, =0x20026
   	SWI 0x123456
   SUBCOPY
   	CMP R2, #0
   	BEQ ENDCOPY
   LOOP
   	LDRB R4, [R1], #1
   	STRB R4, [R3], #1
   	SUBS R2, #1
   	BNE LOOP
   ENDCOPY
   	MOV PC, LR
   END
   

   异同Thumb在使用寄存器时需要使用R0~R7, 低位寄存器使用受到限制， Thumb指令大多是二地址指令（CMP,MOV,LDR,STR等用法还和ARM类似）， 多了移位指令

ARM程序设计

1. 简述IRQ/FIQ异常中断处理程序中所使用的的_fiq/_irq的作用
   标记对应函数为中断函数，编译器会自动在函数内部增加中断现场保护代码
2. 简述#include<头文件.h>与 #include "头文件.h"的区别
   带<>的是直接在标准路径下搜索相应文件，而带“”的是先在标准路径下搜索相应文件如果找不到，则在对应工程目录下搜索对应文件

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3. 变量的存储类型有几种？各自的作用是什么？
   • 全局变量:在整个程序的生命周期内都可访问，其存储空间在程序启动时分配，在程序结束时释放。
   • 局部变量：仅在被声明的函数或代码块内可见，器存储空间在声明该变量的函数或代码块时分配，在退出时释放
   • 静态变量：静态变量的生命周期延长到整个程序执行期间，但其作用域仍限定在声明它的函数或代码块内部
   • 寄存器变量：将变量存储在寄存器中，以提高访问速度。

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4. 函数的参数传递方式有几种？分别是什么？
   2中，寄存器传递和栈传递

5. ATPCS包含那些规则？分别是什么？

   • 寄存器使用规则：R0-R3是用来传递参数的，R4-R11是用来保存局部变量的
   • 栈的使用规则：使用FD满递减堆栈，采用字对齐方式
   • 参数传递规则：当参数个数是固定的，第一个参数使用R0-R3传递，其余使用数据栈传递，当参数不是固定的时候，前4个参数使用R0-R3传递，超过4个的使用数据栈传递

6. 在完成以下操作后，R0的内容是什么？

   MOV R1, #5
   ADD R0, R1, R1, LSL #3
   

   R1 = 5, R0 <- R1 + R1 * 8
   R0 = 5 + 5 * 8 = 45

7. 请将下面C语言代码转换成汇编语言

   if (a == 0 || b == 1)
   	c = d + e 
   

   AREA EXAMPLE, CODE, READONLY
   GBLA a, b, c, d, e
   ENTRY
   CODE 32
   start
   	MOV R4, a
   	MOV R5, b
   	MOV R6, c
   	MOV R7, d
   	MOV R8, e
   	CMP R4, #0
   	CMP R5, #1
   	BNE COMPAREEND
   	ADD R6, R7, R8
   COMPAREEND
   stop
   	MOV R0, #0x18
   	LDR R1, #0x20026
   	SWI 0x123456
   END
   

8. 编写一段汇编语言程序，实现ARM到Thumb状态的转换

   AREA SWITCH, CODE, READONLY
   ENTRY
   start 
   CODE 32
   	MOV R0, into_Thumb
   	ADD R0, R0, #1 
   	BX R0
   CODE 16
   into_ Thumb
   END
   

9. 编写一段汇编程序，利用跳转表实现子程序的跳转。（跳转条件在R2中，R2的值为0,1,2,3,4…,子程序分别为SUB0, SUB1, SUB2…）

AREA JUMPTAB, CODE, READONLY
ENTRY
CODE 32
start 
	BL JUMPTAB

JUMPTAB
	ADR R0, SUBTAB
	CMP R2, #SUBMAX
	LDRS PC, [R2, R0, LSL 2]
	MOV PC, LR

SUBTAB
	DCD SUB1
	DCD SUB2
	...
SUBMAX

SUB1
	...
SUB2
	...
END