《ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程》第二章課后答案

千里之行，始于足下讓知識(shí)帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦《ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程》第二章課后答案第2章ARM技術(shù)與ARM體系結(jié)構(gòu)

1.簡(jiǎn)述ARM處理器內(nèi)核調(diào)試結(jié)構(gòu)原理

答：ARM處理器普通都帶有嵌入式追蹤宏單元ETM（EmbeddedTraceMacro），它是ARM公司自己推出的調(diào)試工具。ARM處理器都支持基于JTAG（JointTestActionGroup聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組）的調(diào)試辦法。它利用芯片內(nèi)部的EmbeddedICE來控制ARM內(nèi)核操作，可完成單步調(diào)試和斷點(diǎn)調(diào)試等操作。當(dāng)CPU處理單步執(zhí)行完畢或到達(dá)斷點(diǎn)處時(shí)，就可以在宿主機(jī)端查看處理器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，但是它不能在CPU運(yùn)行過程中對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)舉行仿真。

ETM解決了上述問題，能夠在CPU運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)掃描處理器的現(xiàn)場(chǎng)信息，并數(shù)據(jù)送往TAP（TestAccessPort）控制器。上圖中分為三條掃描鏈（圖中的粗實(shí)線），分離用來監(jiān)視ARM核，ETM，嵌入式ICE的狀態(tài)。

1.分析ARM7TDMI-S各字母所代表的含義。

答：ARM7TDMI–S中

ARM是AdvancedRISCMachines的縮寫

7是系列號(hào)；

T：支持高密度16位的Thumb指令集；

D：支持JTAG片上調(diào)試；

M：支持用于長(zhǎng)乘法操作（64位結(jié)果）ARM指令，包含迅速乘法器；；

I：帶有嵌入式追蹤宏單元ETM，用來設(shè)置斷點(diǎn)和觀看點(diǎn)的調(diào)試硬件；

S：可綜合版本，意味著處理器內(nèi)核是以源代碼形式提供的。這種源代碼形式又可以編譯成一種易于EDA工具使用的形式。

2.ARM處理器的工作模式有哪幾種，其中哪些為特權(quán)模式，哪些為異樣模式，并指出處

理器在什么狀況下進(jìn)入相應(yīng)的模式。

答：ARM技術(shù)的設(shè)計(jì)者將ARM處理器在應(yīng)用中可能產(chǎn)生的狀態(tài)舉行了分類，并針對(duì)同一類型的異樣狀態(tài)設(shè)定了一個(gè)固定的入口點(diǎn)，當(dāng)異樣產(chǎn)生時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)異樣入口處舉行異樣服務(wù)。

?1．用戶模式：非特權(quán)模式，也就是正常程序執(zhí)行的模式，大部分任務(wù)在這種模式下

執(zhí)行。在用戶模式下，假如沒異樣發(fā)生，不允許應(yīng)用程序自行轉(zhuǎn)變處理器的工作模式，假如有異樣發(fā)生，處理器不會(huì)自動(dòng)切換工作模式

?2．FIQ模式：也稱為迅速中斷模式，支持高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理，當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先

級(jí)(fast)中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式。

?3．IRQ模式：也稱為一般中斷模式，:當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)(normal)中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入

這種模式。在這模式下按中斷的處理器方式又分為向量中斷和非向量中斷兩種。通常的中斷處理都在IRQ模式下舉行。

?4．SVC模式：稱之為管理模式，它是一種操作系統(tǒng)庇護(hù)模式。當(dāng)復(fù)位或軟中斷指

令執(zhí)行時(shí)處理器將進(jìn)入這種模式。

?5．中止模式：當(dāng)存取異樣時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式，用來處理存儲(chǔ)器故障、實(shí)現(xiàn)虛擬存

儲(chǔ)或存儲(chǔ)庇護(hù)。

?6．未定義指令異樣模式：當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)會(huì)進(jìn)入這種模式，主要是用來處理未

定義的指令陷阱，支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真，由于未定義指令多發(fā)生在對(duì)協(xié)處理器的操作上。

?7．系統(tǒng)模式：使用和User模式相同寄存器組的特權(quán)模式，用來運(yùn)行特權(quán)級(jí)的操作

系統(tǒng)任務(wù)。

?在這7種工作模式中，除了用戶模式以外，其他6種處理器模式可以稱為特權(quán)模式，

在這些模式下，程序可以拜訪全部的系統(tǒng)資源，也可以隨意地舉行處理器模式的切換。

?在這6種特權(quán)模式中，除了系統(tǒng)模式外的其他5種特權(quán)模式又稱為異樣模式，每種

異樣都對(duì)應(yīng)有自己的異樣處理入口點(diǎn)。

3.分析程序狀態(tài)寄存器（PSR）各位的功能描述，并說明C,Z,N,V在什么狀況下舉行置位

和清零。

答：

?條件位：

?N=1-結(jié)果為負(fù),0-結(jié)果為正或0

?Z=1-結(jié)果為0,0-結(jié)果不為0

?C=1-進(jìn)位，0-借位

?V=1-結(jié)果溢出，0結(jié)果沒溢出

?Q位：

?僅ARM5TE/J架構(gòu)支持

?指示增加型DSP指令是否溢出

?中斷禁止位：

?I=1:禁止IRQ.

?F=1:禁止FIQ.

?TBit

?僅ARMxT架構(gòu)支持

?T=0:處理器處于ARM狀態(tài)

?T=1:處理器處于Thumb狀態(tài)

?Mode位(處理器模式位):

?0b10000User

?0b10001FIQ

?0b10010IRQ

?0b10011Supervisor

?0b10111Abort

?0b11011Undefined

?0b11111System

4.簡(jiǎn)述ARM處理器異樣處理和程序返回的過程。

答：只要正常的程序流被臨時(shí)中止，處理器就進(jìn)入異樣模式。例如響應(yīng)一個(gè)來自外設(shè)的中斷。在處理異樣之前，ARM7TDMI內(nèi)核保存當(dāng)前的處理器狀態(tài)，這樣當(dāng)處理程序結(jié)束時(shí)可以恢復(fù)執(zhí)行本來的程序。假如同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或更多異樣，那么將根據(jù)固定的挨次來處理異樣。

在異樣發(fā)生后，ARM7TDMI內(nèi)核會(huì)作以下工作：

1.在適當(dāng)?shù)腖R中保存下一條指令的地址

2.將CPSR復(fù)制到適當(dāng)?shù)腟PSR中；

3.將CPSR模式位強(qiáng)制設(shè)置為與異樣類型相對(duì)應(yīng)的值；

4.強(qiáng)制PC從相關(guān)的異樣向量處取指。

ARM7TDMI內(nèi)核在中斷異樣時(shí)置位中斷禁止標(biāo)志，這樣可以防止不受控制的異樣嵌套。注：異樣總是在ARM狀態(tài)中舉行處理。當(dāng)處理器處于Thumb狀態(tài)時(shí)發(fā)生了異樣，在異樣向量地址裝入PC時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到ARM狀態(tài)。

當(dāng)異樣結(jié)束時(shí)，異樣處理程序必需：

1.將LR中的值減去偏移量后存入PC，偏移量按照異樣的類型而有所不同；

2.將SPSR的值復(fù)制回CPSR；

3.清零在入口置位的中斷禁止標(biāo)志。

注：恢復(fù)CPSR的動(dòng)作會(huì)將T、F和I位自動(dòng)恢復(fù)為異樣發(fā)生前的值。

5.ARM處理器字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式有哪兩種？并指出這兩種格式的區(qū)分。

答：ARM7TDMI處理器可以將存儲(chǔ)器中的字以下列格式存儲(chǔ)

?大端格式（Big-endian）

?小端格式（Little-endian）

?小端存儲(chǔ)器系統(tǒng)：

在小端格式中，高位數(shù)字存放在高位字節(jié)中。因此存儲(chǔ)器系統(tǒng)字節(jié)0銜接到數(shù)據(jù)線7～0。

?大端存儲(chǔ)器系統(tǒng)：

在大端格式中，高位數(shù)字存放在低位字節(jié)中。因此存儲(chǔ)器系統(tǒng)字節(jié)0銜接到數(shù)據(jù)線31～24。

6.分析帶有存儲(chǔ)器拜訪指令（LDR）的流水線運(yùn)行狀況，并用圖示說明流水線的運(yùn)行機(jī)制。答：存儲(chǔ)器拜訪指令LDR流水線舉例

取指的存儲(chǔ)器拜訪和執(zhí)行的數(shù)據(jù)路徑占用都是不行同時(shí)分享的資源，對(duì)于多周期指令來說，假如指令復(fù)雜以至于不能在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成執(zhí)行階段，就會(huì)產(chǎn)生流水線堵塞。

對(duì)存儲(chǔ)器的拜訪指令LDR是非單周期指令

LDR指令的執(zhí)行，拜訪存儲(chǔ)器，回寫寄存器（占用了3個(gè)周期）。造成了MOV指令的執(zhí)行被阻斷。

7.簡(jiǎn)述ARM9的5級(jí)流水線每一級(jí)所完成的功能和實(shí)現(xiàn)的操作。

答：ARM920在指令操作上采納5級(jí)流水線.

取指：從指令Cache中讀取指令。

譯碼：對(duì)指令舉行譯碼，識(shí)別出是對(duì)哪個(gè)寄存器舉行操作并從通用寄存器中讀取操作數(shù)。

執(zhí)行：舉行ALU運(yùn)算和移位操作，假如是對(duì)存儲(chǔ)器操作的指令，則在ALU中計(jì)算出要拜訪的存儲(chǔ)器地址。

存儲(chǔ)器拜訪：假如是對(duì)存儲(chǔ)器拜訪的指令，用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖功能（通過數(shù)據(jù)Cache）。

寄存器回寫：將指令運(yùn)算或操作結(jié)果寫回到目標(biāo)寄存器中。

8.什么叫流水線互鎖？應(yīng)如何來解決，舉例說明。

答：互鎖：當(dāng)前指令的執(zhí)行需要前面指令的執(zhí)行結(jié)果，但前面的