嵌入式系统设计大学教程 - 习题与解答(4)

omap5912 OSK无线模块扩充套件。 （5）Portable Data Terminal Reference Design

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第4章 ARM微处理器的编程模型与指令系统

1、ARM微处理器有哪几种运行模式？其中哪些是特权模式，哪些又是异常模式？（P64）

答：ARM微处理器支持7种运行模式，分别为：用户模式；快速中断模式；外部中断模式；管理模式；数据访问终止模式；系统模式；未定义指令中止模式。除用户模式以外，其余的所有6种模式称之为非用户模式，或特权模式（Privileged Modes）；而除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式（Exception Modes），常用于处理中断或异常。

2、ARM体系结构的存储器格式有哪几种？（P64~65）

答：ARM体系结构可以用两种方法存储字数据，称之为大端格式（big-endian）和小端格式（little-endian）。大端格式：字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中；小端格

式：低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。

3、ARM状态下和Thumb状态下寄存器的组织有何不同？（P69~70） 答：Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集，程序可以直接访问8个通用寄存器（R7～R0）、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、连接寄存器（LR）和CPSR。同时，在每一种特权模式下都有一组SP、LR和SPSR。在Thumb状态下，高位寄存器R8～R15并不是标准寄存器集的一部分，但可使用汇编语言程序受限制的访问这些寄存器，将其用作快速的暂存器。

4、简述CPSR各状态位的作用，并说明如何对其进行操作，以改变各状态位。（P67~68）

答：CPSR可在任何运行模式下被访问，它包含条件码标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

条件码标志位：

? N（Negative）当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0 表示运算的结果为正数或零； ? Z（Zero）Z=1 表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非零；

? C（Carry）可以有4种方法设置C的值：① 加法运算（包括

比较指令CMN）：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。② 减法运算（包括比较指令CMP）：当运算时产生了借位（无符号数溢出），C=0，否则C=1。③ 对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。④ 对于其他的非加/减运算指令，C的值通常不改变。

? V（OVerflow）可以有2种方法设置V的值：① 对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出。② 对于其他的非加/减运算指令，V的值通常不改变。

CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。如果处理器运行特权模式，这些位也可以由程序修改。

状态寄存器（PSR）中的其余位为保留位，当改变PSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要被改变，在程序中也不要使用保留位来存储数据。保留位将用于ARM版本的扩展。

5、ARM体系结构所支持的异常类型有哪些？具体描述各类异常，在应用程序中应该如何处理？（P70~71）

答：ARM体系结构所支持的异常类型有复位、未定义指令、软件中断、指令预取中止、数据中止、外部中断请求、快速中断请求。具体地：

? 当处理器的复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位

异常处理程序处执行；

? 当ARM处理器或协处理器遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常。可使用该异常机制进行软件仿真；

? 软件中断异常由执行SWI指令产生，可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。可使用该异常机制实现系统功能调用； ? 若处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，存储器会向处理器发出中止信号，但当预取的指令被执行时，才会产生指令预取中止异常；

? 若处理器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常；

? 当处理器的外部中断请求引脚有效，且CPSR中的I位为0时，产生IRQ异常。系统的外设可通过该异常请求中断服务； ? 当处理器的快速中断请求引脚有效，且CPSR中的F位为0时，产生FIQ异常。

6、ARM指令有哪几种寻址方式？试分别叙述其各自的特点并举例说明。（P77）

答：ARM指令系统支持的基本寻址方式有7种：立即数寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址变址寻址、多寄存器寻址、堆栈寻址、相对寻址。他们的特点分别是：

? 立即数寻址：操作数本身就在指令中给出。如：ADD R0，R0，#0x3f

? 寄存器寻址：指令中地址码给出的是寄存器编号。如：ADD R0，R1，R2

? 寄存器间接寻址：寄存器中的值作为操作数的地址，操作数本身存放在存储器中。如：ADD R0，R1，[R2]

? 基址变址寻址：将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，用于访问基址附近的存储器单元。如：LDR R0，[R1，#4]

? 多寄存器寻址：块拷贝寻址。如：LDMIA R0，{R1，R2，R3，R4}

? 堆栈寻址：用堆栈作为地址。如：STMFD SP！ {R1-R7，LR}

? 相对寻址：以程序计数器PC的当前值为基地址，指令中的地址标号作为偏移量，将两者相加之后得到操作数的有效地址。如：BL NEXT

7、简述ARM指令集的分类。（P81）

答：ARM指令集总体分为六大类：数据处理指令、程序状态寄存器访问指令、Load/Store指令、跳转指令（转移指令）、异常中断指令、协处理器指令。

8、假设R0的内容为0x8000，寄存器R1、R2内容分别为0x01和0x10，存储器内容为空。执行下述指令后，说明PC如何变化？存储器及寄

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