ARM基础知识.docx

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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并行处理实现技术

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（CurrentProgramStatusRegister，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（SavedProgramStatusRegister）。

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（ConditionCodeFlags），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。

对于非加法／减法指令，V通常不改变。

Q标志位：

在带DSP指令扩展的ARMv5及更高版，bit[27]被指定用于指示增强的DAP指令是否发生了溢出，因此被称为Q标志位。

同样，在SPSR中bit[27]也被称为Q标志位，用于在异常中断发生时保存和恢复CPSR中的Q标志位

（3）控制位

程序状态寄存器PSR（ProgramStatusRegister）的最低8位I、F、T和M[4：

0]用作控制位。

当异常出现时改变控制位。

处理器在特权模式下时也可由软件改变。

a．中断禁止位

I：

置1，则禁止IRQ中断；

F：

置1，则禁止FIQ中断。

b．T位

T=0指示ARM执行（即正在执行32位的ARM指令）；

T=1指示Thumb执行（即正在执行16位的Thumb指令）。

c．模式控制位

M4、M3、M2、Ml和M0（M[4:

0]）是模式位，决定处理器的工作模式，如表所列。

M[4：

0]

处理器工作模式

可访问的寄存器

10000

用户模式

PC，CPSR，R14～R0

10001

FIQ模式

PC，R7～R0，CPSR,SPSR_fiq，R14_fiq～R8_fiq

10010

IRQ模式

PC，R12～R0，CPSR,SPSR_irq，R14_irq，R13_irq

10011

管理模式

PC，R12～R0,CPSR,SPSR_svc，R14_svc，R13_svc

10111

中止模式

PC，R12～R0,CPSR,SPSR_abt，R14_abt，R13_abt

11011

未定义模式

PC，R12～R0,CPSR,SPSR_und，R14_und，R13_und

11111

系统模式

PC，R14～R0，CPSR（ARMv4及以上版本）

并非所有的模式位组合都能定义一种有效的处理器模式。

其他组合的结果不可预知。

（4）其他位

程序状态寄存器的其他位保留，用做以后的扩展。

7.arm处理器有哪两个中断？

快速中断（FIQ）和标准中断（IRQ）

8.掌握s3c2410X单片机他的内核是什么处理器，该单片机有哪两类总线，两类总线分别挂接了哪些接口控制器？

（1）S3c2410X单片机的内核ARM920T处理器;S3C2410处理器支持大/小端模式存储字数据，

a）其寻址空间可达1GB，

b）对于外部I/O设备的数据宽度

c）可以是8/16/32位，

d）所有的存储器Bank（共有8个）都具有可编程的操作周期，

e）而且支持各种ROM引导方式（NOR/NandFlash、EEPROM等）

（2）两类总线分别为：

AHB和APB；

（3）AHB挂接了LCD、USB主控制、NANDFlash、中断控制、总线控制、内存

APB挂接了串口、usb从设备、看门狗定时器、总线控制、SPI、I2C、I2S、GPIO、RTC、ADC、PWM定时器

第三讲ARM指令系统

1.掌握ARM处理器指令的几种寻址方式和分类，哪两类指令是专门用来访问内存的？

哪类指令或伪指令会导致流水线情况（提示：

那些会使PC值发生跳变的指令）

（1）指令有七种寻址方式：

1、立即寻址：

ADDR0，R0，＃1；R0←R0＋1

MOVR0，＃0xff00；R0←0xff00

在以上两条指令中，第二个源操作数即为立即数，要求以“＃”为前缀，对于以十六进制表示的立即数，还要求在“＃”后加上“0x”。

2、寄存器寻址：

操作数放在寄存器当中，在指令当中只需要给出存放操作数寄存器的名字就可以了,这也是一种执行效率较高寻址方式。

举例：

MOVR0，R1；R0←R1

SUBR0，R1，R2；R0←R0-R2

3、寄存器间接寻址：

寄存器间接寻址就是以寄存器中的值作为操作数的地址，而操作数本身存放在存储器中。

ADDR0，R1，[R2]；R0←R1＋[R2]

在第一条指令中，以寄存器R2的值作为操作数的地址，在存储器中取得一个操作数后与R1相加，结果存入寄存器R0中。

LDRR0，[R1]；R0←[R1]

第二条指令将以R1的值为地址的存储器中的数据传送到R0中。

4、基址变址寻址：

基址变址寻址就是将寄存器（该寄存器一般称作基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。

变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单元。

LDRR0，[R1，＃4]；R0←[R1＋4]

在第一条指令中，将寄存器R1的内容加上4形成操作数的有效地址，从而取得操作数存入寄存器R0中。

5、多寄存器寻址：

6、相对寻址：

7、堆栈寻址：

0

指令有六类：

1、跳转指令2、数据处理指令3、程序状态寄存器（PSR）传输指令4、加载/存储（load/store）指令5、协处理指令6、异常中断产生指令

根据使用的指令类型不同，指令的寻址方式分为数据处理指令寻址方式和内存访问指令寻址方式。

（2）加载/存储（load/store）指令和跳转指令访问内存的指令：

str和ldr

（3）a、互锁指令：

在典型的程序处理过程中，经常会遇到这样的情形，即一条指令的结果被用作下一条指令的操作数，如：

有如下指令序列：

LDRR0,[R0,#0]

ADDR0,R0,R1;在5级流水线上产生互锁

从例子中可以看出，流水线的操作产生中断，因为第1条指令的结果在第2条指令取数时还没有产生。

第2条指令必须停止，直到结果产生为止。

b、跳转指令：

跳转指令也会破坏流水线的行为，因为后续指令的取指步骤受到跳转目标计算的影响，因而必须推迟。

第四讲ARM程序设计语言

1.掌握ARM一些常用伪指令的作用及含义？

如ldrr0,=label（含义）、entry、end、import、export、dcb100等。

ldrr0,=label:

把lable（程序开始地址）写到r0寄存器中

Entry:

ENTRY伪指令用于指定汇编程序的入口点。

在一个完整的汇编程序中至少要有一个ENTRY（也可以有多个，当有多个ENTRY时，程序的真正入口点由链接器指定），但在一个源文件里最多只能有一个ENTRY（可以没有）。

End:

作用：

用于通知编译器已经到了源程序的结尾。

含义：

指定应用程序的结尾

Import:

伪指令用于通知编译器要使用的标号在其他的源文件中定义，但要在当前源文件中引用，而且无论当前源文件是否引用该标号，该标号均会被加入到当前源文件的符号表中。

Export:

用于在程序中声明一个全局的标号，该标号可在其他的文件中引用。

Dcb100:

用于分配一片连续的字节存储单元并用伪指令中指定的表达式初始化。

2.掌握ATPCS规则，如汇编与C语言间参数是如何传递的（C语言函数的形参对应哪些通用寄存器、返回参数又对应哪些通用寄存器）？

1.子程序通过寄存器R0~R3来传递参数.这时寄存器可以记作:

A1~A4,被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0~R3的内容.　　

2.在子程序中,使用R4~R11来保存局部变量.这时寄存器R4~R11可以记作:

V1~V8.如果在子程序中使用到V1~V8的某些寄存器,子程序进入时必须保存这些寄存器的值,在返回前必须恢复这些寄存器的值,对于子程序中没有用到的寄存器则不必执行这些操作.在THUMB程序中，通常只能使用寄存器R4~R7来保存局部变量.　

3.寄存器R12用作子程序间scratch寄存器,记作ip;在子程序的连接代码段中经常会有这种使用规则.　

　4.寄存器R13用作数据栈指针,记做SP,在子程序中寄存器R13不能用做其他用途.寄存器SP在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等.　

　5.寄存器R14用作连接寄存器,记作lr;它用于保存子程序的返回地址,如果在子程序中保存了返回地址,则R14可用作其它的用途.　

　6.寄存器R15是程序计数器,记作PC;它不能用作其他用途.　　

7.ATPCS中的各寄存器在ARM编译器和汇编器中都是预定义的.

3.理解加载地址和运行地址的含义，以及在程序加载时和运行时分别分成了哪几个段（提示RO子读、RW可读可写、ZI存储）

第5讲GPIO编程

1．掌握S3C2410GPIO端口的设置方法，如现在需要把通用端口F组的第2管脚口设置为输出且输出低电平（即0），现在要其F组其他管脚口保持不变，应如何设置他的相关寄存器？

rGPFCON=（rGPFCON&0xff）|（0x04）;

rGPFDAT=（rGPFDAT）;

2．掌握实验板4个LED灯的编程控制

#definerGPFCON（*（volatileunsigned*）0x56000050）

//端口F的控制寄存器

#definerGPFDAT（*（volatileunsigned*）0x56000054）

//端口F的数据寄存器

#definerGPFUP（*（volatileunsigned*）0x56000058）

//端口F的上拉控制寄存器

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

constucharled_table[]={0x3f,0x9f,0xcf};//单灯点亮编码

voiddelay（uint）;//延时函数

voidflow_led（void）;//4盏单灯流动点亮一次

voidled_port_init（void）;//初始化LED所接的端口

intMain（void）

{

led_port_init（）;

while

（1）

{

flow_led（）;

}

}

voidled_port_init（void）

{

rGPFCON=（rGPFCON&0xff）|（0x55<<8）;//使GPF4-GPF7端口处于输出模式

rGPFUP=0xff;//使F端口上拉电阻全关闭

}

voiddelay（uintz）

{

uinti,j;

for（i=z;i>0;i--）

for（j=2400;j>0;j--）;

}

voidflow_led（void）

{

uchari;

for（i=0;i<3;i++）

{

rGPFDAT=led_table[i];

delay（1000）;

}

}

第6讲串口通信

1.

对照串口控制器的功能模块图，理解S3C2410串口的工作原理及各功能模块完成的功能。

a）工作原理：

UART（通用异步串行口）有三个独立的异步串行I/O端口：

UART0、UART1、UART2，每个串口都可以在中断和DMA两种模式下进行收发。

UART支持的最高波特率达230.4kbps。

串行口的结构主要由4部分构成：

接收器、发送器、波特率发生器、控制逻辑等。

数据发送：

由MODEM状态寄存器UMSTATn[0]给出，该位为1，则有请求，再查询发送/接收状态寄存器UTRSTATn[1]的“发送缓冲器空”状态位是否为1，如果是1，可以向发送缓冲寄存器UTXHn写入发送的数据。

数据接收：

先要查询发送/接收状态寄存器UTRSTATn[0]的接收缓冲器“数据就绪状态位”是否为1，如果是1，需要先读取数据，然后再请求对方发送数据，方法是对MODEM控制寄存UMCONn中的请求发送信号产生位置1，使UARTn发出nRTS信号。

（1）接收器：

（2）发送器：

（3）波特率发生器：

　每个UART控制器都有各自的波特率发生器来产生发送和接收资料所用的序列时钟，波特率发生器的时钟源可以CPU内部的系统时钟，也可以从CPU的UCLK管脚由外部取得时钟信号，并且可以通过UCONn选择各自的时钟源。

（4）控制逻辑：

2.串口一次传输多大数据、数据格式是怎么样的？

a）一次传输一个字符（11位）大小的数据（将传输数据的每个字符一位接一位地传输。

）

b）数据格式是：

异步串行通信数据每个字符（每帧信息）由4个部分组成：

i.

1位起始位，规定为低电0；

ii.5～8位数据位，即要传送的有效信息；

iii.1位奇偶校验位；

iv.1～2位停止位，规定为高电平1。

通过线路控制器（ULCONn）来控制。

3.掌握用查询方式，如何编程来判断什么时候可以向缓冲器写下一个要发数据，什么时候可以从缓冲器读出一个已发来的数据？

不使用FIFO进行收发主要是通过对收/发状态寄存器UTRSTATn的查询，确定进行收发。

4.掌握如何编程来实现串口的初始化工作，以及波特率的计算公式是什么？

//串口工作状态初始化

rULCON0=0x03;//数据位8位，停止位1位，无校验，正常通信模式（即非红外模式）

rUCON0=0x05;//查询方法，串口时钟源使用PCLK

rUFCON0=0x00;//不使用FIFO

rUMCON0=0x00;//不使用流控

rUBRDIV0=26;//波特率为115200

波特率由一个专用的UART波特率分频寄存器（UBRDIVn）控制，计算公式如下：

UBRDIVn = （int）（ULK/（bps × 16）） – 1

或者UBRDIVn = （int）（PLK/（bps × 16）） –1

例：

UCLK或者PCLK等于40MHz，当波特率为115200时

UBRDIVn = （int）（40000000/（115200 × 16）） −1

= （int）（21.7） −1

= 21 − 1 = 20

第7讲异常中断及S3C2410中断控制器

1.ARM处理器有多少种异常？

分别对应了ARM处理器哪几种工作模式？

学会异常中断向量表的安装。

a）ARM处理器有7种异常；

b）分别对应ARM处理器的工作模式是：

i.复位异常（reset）——特权模式

ii.未定义指令异常——未定义指令终止模式

iii.软中断异常——特权模式

iv.预取异常——指令访问中止模式

v.数据异常——数据访问中止模式

vi.外部中断请求（IRQ）——外部中断请求模式

vii.快速中断请求（FIQ）——快速中断请求模式

c）异常中断向量表要安装在启动代码的头部，如图

;以下是7种异常中断向量表

i.bResetHandler

ii.bUndefHandler

iii.bSwiHandler

iv.bPabortHandler

v.bDataHandler

vi.b.;保留未使用的异常向量

vii.bIRQHandler

viii.bFIQHandler

2.掌握S3C2410中断控制器工作原理，其有多少个一级中断源和二级中断源，中断控制器的相关寄存器的作用，在一级中断控制寄存器中我们是通过哪个寄存器来识别是哪个一级中断源触发了中断服务（提示：

中断号）？

当中断服务结束，我们是如何来清除中断请求信号？

a）s3c2410有56个外部中断源头，这56个外部中断源头是通过说s3c2410内部的中断控制器来管理的，中断控制器的主要工作就是管理外部中断源：

产生中断信号，保存在中断源寄存器中，打开中断屏蔽位，MODE选IRQ或FIQ（默认为IRQ）,再排中断优先级后送到处理器，向cpu发出中断请求。

b）

c）SRCPND寄存器当中断源发出中断请求是，源挂起寄存器（SRCPND）的相应位就会置1。

INTMOD（中断模式寄存器）当中断源的模式位置1时，用FIQ模式处理；置0时，用IRQ处理。

INTMSK（中断屏蔽寄存器）当中断源的屏蔽位置为1时，CUP不响应中断源的中断请求，置0时，响应。

INTPND（中断挂起寄存器）当中断请求被响应时，相应位置1。

INTOFFSET（IRQ偏移寄存器）给出INTPND寄存器中那个是IRQ模式的中断请求。

EXTIN