嵌入式系统设计及开发马文华课后答案

第二章

一.ARM处理器有什么特点？

ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。

1、体积小、低功耗、低成本、高性能；

2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；

3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；

4、大多数数据操作都在寄存器中完成；

5、寻址方式灵活简单，执行效率高；

6、指令长度固定。

二.ARM的那个寄存器作为PC使用？哪个作为LR使用

ARM的寄存器，全部共有37个32位长的寄存器。但ARM核心同时最多只可以有18个同时执行的寄存器：包含了16个通用寄存器和2个状态寄存器，16个通用寄存器中包含了3个专用寄存器，R13、R14和R15。

R13 用作堆栈指针SP

R15用做程序计数器PC，

R14用做子程序寄存器LR。

三.ARM有几种运行模式？那些具有特权？如何改变处理器的模式？

ARM有7中工作模式：用户模式、快速中断模式、外部中断模式、管理模式、数据访问中止模式、未定义指令中止模式、系统模式。

除了用户模式以外，其余所有6种模式称之为特权模式，权限比用户模式高，其中特权模式中除去系统模式外的5种模式称之为异常模式，常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。

处理器模式可以通过控制进行切换，也可以通过外部中断或异常处理过程进行切换。大多数的用户程序运行在用户模式下，这时，应用程序不能访问一些受操作系统保护的系统，应用程序也不能直接进行处理器模式切换。当需要进行处理器模式切换时，应用程序可以产生异常处理，在异常处理中进行处理器模式的切换。

四.ARM有几种异常？其异常处理方式和x86有什么不同？

1）复位（Reset）异常（管理模式）；

2）未定义指令（undefined instruction）异常（未定义模式）；

3）软件中断（SWI）异常（管理模式）；

4）指令预取中止（Prefech Abort）异常（中止模式）；

5）数据访问中止（Data Abort）（中止模式）；

6）快速中断请求（FIQ）（FIQ模式）；

7）外部中断请求（IRQ）（IRQ模式）。

机制一样:申请中断、相应中断、中断处理、中断返回

由于硬件不一样，细节上有很大区别，比如ARM的中断向量表：

ARM:

Vectors LDR PC, Reset_Addr ;0x00000000复位

LDR PC, Undef_Addr ;0x00000004未定义异常

LDR PC, SWI_Addr ;0x00000008软件中断

LDR PC, PAbt_Addr ;0x0000000C预取指中止

LDR PC, DAbt_Addr ;0x00000010数据中止

NOP ;0x00000014保留;

LDR PC, IRQ_Addr

LDR PC, [PC, #-0x0FF0] ;0x00000018中断

LDR PC, FIQ_Addr ;0x0000001C快速中断

X86：偏移量与段地址结合的方式

五.试比较ARM和x86的I/O寻址方式有什么不同？

ARM：

立即数寻址：操作数本身直接在指令中给出，取出指令也就获得了操作数，这个操作数也是称为立即数。

寄存器的值为操作数。ARM指令普遍采用此种寻址方式。

寄存器偏移寻址：寄存器偏移寻址是ARM指令集特有的寻址方式。当第二作数是寄存器偏移方式时，第二寄存器操作数在与第一操作数结合之前，选择进行移位操作。寄存器寻址：第二操作数的移位位数可以用立即数方式或者寄存器方式给出。

寄存器间接寻址：寄存器中的值为操作数的物理地址，而实际的操作数存放在存储器中。基址加偏址寻址：将寄存器的值与指令中给出的偏移地址址量相加，所得结果作为操作数的物理地址。

堆栈寻址：堆栈寻址用于数据栈与寄存器组之间批量数据传输。当数据写好和读出存的顺序不同时，使用堆栈寻址可以很好的解决这个问题。

X86：

立即数寻址：操作数包含在指令中，它作为指令的一部分，跟在操作码后存放在代码段。寄存器寻址：操作数存放在CUP的部寄存器中。

直接寻址方式：操作数的存储器中，指令中直接包含有操作数的有效地址，默认的段地址在DS段寄存器。

寄存器间接寻址：操作数在存储器中，操作数的有效地址在基址寄存器BX、BP或变址

寄存器SI、DI中。可使用段超越前缀改变。

寄存器相对寻址：操作数在存储器中，操作数有效地址是一个基址寄存器BX、BP或变址寄存器SI、DI的容加上指令中给出的位置量之和。

相对基址变址寻址：操作数在存储器中，操作数的有效地址由基址寄存器的容与变址寄存器的容及指令中位置量相加得到，可用段超越前缀改变。

六.若允许FIQ和IRQ中断，CPSR应该如何处置？

当允许IRQ中断时，CPSR【7】=0即CPSR的I位置为0.当允许FIQ中断时，CPSR【6】=0即CPSR的F位为0。

如果2个中断同时发生时，由于FIQ拥有最高中断优先级，而IRQ只有中等中断优先级，所以先执行FIQ中断(CPSR【7】=0），当中断结束后再执行IRQ中断（CPSR【6】=0）FIQ: CPSR[4:0]=0B10001 //进入FIQ模式

IRQ: CPSR[4:0]=0B10010 //进入IRQ模式

CPSR[5]=0 //在ARM状态执行

CPSR[6]=0 // 允许FIQ中断

CPSR[7]=0 //允许IRQ中断

七.什么是ARM的E变种？

E变种增加一些附加指令用于增强处理器对一些典型的DSP算法的处理性能，主要包括以下指令。

·几条新的实现16位数据乘法和乘加操作的指令

·实现饱和的带符号数的加减法操作的指令。

·进行双字数据操作的指令，包括双字读取指令LDRD，双字写入指令STRD和协处理器的

寄存器传输指令MCRR/MRRC。

·cache予取指令PLD。

E变种首先在ARM体系结构版本5T中使用，用字符E表示。在ARM体系结构版本5以前的版本中，以及在非M变种和非T变种的版本中，E是无效的。

八.ARM的哪一种（或几种）模式使用的寄存器最少，使用的是哪些寄存器？

由上图可知用户模式和系统模式使用的寄存器最少，使用的有31个通用寄存器和一个状态寄存器，分别是：未分组寄存器R0～R7；分组寄存器R8～R14；程序计数器R15；状态寄存器CPSR

九.R13通常用来存储什么？

通常用来作为堆栈指针

第三章

1.举例说明ARM的各种寻址方式（P61）

答：1、立即寻址：

2、寄存器寻址: ADD R0，R0，#3 ADD R0，R1，R2

LER R0，[R1]

ADD R3，R2，R1，LSL #2 3、寄存器间接寻址: 4、寄存器移位寻址:

5、基址变址寻址:

6、多寄存器寻址:

7、堆栈寻址: LDR R0，[R1，#-8] LDMIA R0，{R1，R2，R3} LDMFD R13!,{R0，R4-R12，PC}

8、拷贝寻址:

9、相对寻址:

LDMIA R0!,{R2-R9} BL NEXT ?? NEXT: ?? MOV PC,LR

2.R0和R1中有两个32位数，若R0>R1，则R0=R0-R1;若R0

（1）请用CMP、B和SUB指令完成上述操作。

答：CMP R0,R1

BLT LESS

BRT MORE

LESS:

SUB R1,R1,R0 B EQ MORE:

SUB R0,R0,R1

EQ:

或

AREA StrCopy,CODE, READONLY ;程序起始定义

ENTRY ；第一条指令的标识符

start

MOV R0,#5

MOV R1,#4

CMP R0,R1

BLT Less

BGT More END B EQ

B stop

Less

SUB R1,R1,R0 B stop

More SUB R0,R0,R1

stop

（2）请用条件SUB指令完成上述操作。

答：CMP R0，R1

SUBGT R0，R0，R1

SUBLT R1，R1，R0

或

AREA StrCopy, CODE, READONLY

ENTRY

start

MOV R0,#5

MOV R1,#4

CMP R0,R1

SUBLT R1,R1,R0

SUBGT R0,R0,R1

stop

END

3、用指令实现以下功能

答：（1）R0=16

MOV R0，#16

（2）R1=R0 X 4

MUL R1,R0,#4

（3）R0=R1/16 END

LSR R0,R1,#4

或MOV R0,R1,LSR#4

（4）R1=R2 X 7

MUL R1，R2，#7

4、说明以下指令功能

答：（1）、ADDS R0，R1，R1，LSL#2

将R1加上4倍的R1赋值给R0。或R0=R1+R1*4; 并根据运算结果更新标志位（2）、RSB R2，R1，#0

R2=0-R1，即将R1求反赋值给R2

5、下列指令序列完成什么功能？

答：（1）ADD R0，R1，R1,,LSL #1

将R1加上左移一位后的R1并将结果赋值给R0。

（R0=R1+R1*2）

（2）SUB R0，R0，R1，LSL #4

将R0减去左移一位后的R1并将结果赋值给R0。

（R0=R0 -R1x*16）

（3）ADD R0，R0，R1，LSL #7

将R0加上左移7位后的R1并将结果赋值给R0。

（R0=R0+R1*128）

第四章

1、在ARM汇编语言程序设计中，语句一般是由指令，伪操作、宏指令和伪指令组成的。什么是伪操作、宏指令和伪指令呢？它们与指令由什么不同呢？各有什么优点？答：1）定义：

A.指令：每一条指令都对应一种CPU操作。

B.伪操作又称为伪指令，它是在对源程序汇编期间由汇编程序处理的操作，它们可以完

成如处理器选择、定义程序模式、定义数据、分配存储区、指示程序结束等功能。

C.宏指令是由用户按照宏定义格式编写的一段程序，其中语句可以是指令、伪指令，甚至是已定义的宏指令。

2)区别：

a.每一条指令必须生成机器代码，然后在程序运行期间由CPU来执行其操作；而伪指令是在汇编期间由汇编程序执行的操作命令，除了数据定义及存储器分配伪指令分配存储器空间外，其它伪指令不生成目标码。

b.宏指令的作用是把一个复杂的或者是不直观的语句或是组合用一个简单的、易记的形式表示，当编译器遇到源程序中的宏时，就把它定义的容原封不动的copy过来。如果程序中使用100次宏，这段代码就被复制100次。

3)特点：

伪操作----成如数据定义、分配存储区、指示程序结束等功能；

宏指令-----简化程序代码的编写和提高程序的可读性。

2、对比说明ADR、ADRL与LDR的区别与联系。（P353）

答：1）定义：

1）ADR:为小围的地址读取伪指令，将基于PC相对偏移的地址值读取到寄存器中。

2）ADRL:为中等围的地址读取伪指令，将基于PC相对偏移的地址值读取到寄存器中。3）LDR：大围的地址读取伪指令，用于加载32位的立即数或一个地址值到指定寄存器，在汇编编译源程序时，LDR伪指令被替换成一条合适的指令。如加载的常数未超出MOV或MVN的围，则使用MOV或MVN指令代替该伪指令，否则汇编器将使用文字池。

2）区别：

1）ADR:指令格式：

ADR {cond} register, expr

其中register 加载的目标寄存器

expr为地址表达式，当地址值是非字对齐时，取值围-255~255字节之间；当地址是字对齐是，取值围-1020~1020字节之间。

2) ADRL:指令格式

ADRL {cond} register,expr

其中register 加载的目标寄存器

expr地址表达式，当地址值是非字对齐时，取值围-64K~64K字节之间；当地址是字对齐时，取值围-256K~256K字节之间。

3) LDR:指令格式

LDR{cond} register，=[expr/label_expr]

其中register 加载的目标寄存器

expr为32位的立即数；label_expr基于PC的地址表达式或外部表达式。

3）联系：

ADR、ADRL和LDR均为地址读取伪指令。

3、编写一个汇编程序，在ARM程序代码中调用Thumb子程序，并返回ARM程序完成其功能。

答：

CODE32

BLX TSUB1

CODE16

TSUB1

BX R14

或;转向ARM ;表明以下是Thumb指令;表明以下是ARM指令

AREA EXAMPLE,CODE,READONLY

ENTRY ;程序入口处

CODE16 ;thumb 代码

Thumb

ADD R1,R1,R0 ;R1=R1+R0

BX LR ;返回到arm状态

CODE32 ;ARM 代码

Start

MOV R0,#1 ;及时数1赋值给R0

MOV R1,#5 ;及时数5赋值给R1

ADR R3,Thumb + 1 ;获取目标地址，末位1，

MOV LR,PC ; 保存返回地址

BX R3 ; 切换到thumb状态

END

4、编一段C语言与汇编语言的混合代码，在C语言程序中调用汇编语言代码，完成字符STR1，STR2容的转换。

答：

unsigned char str1='A';

unsigned char str2='B';

printf("%c",str1);

printf("%c",str2);

_asm //嵌入汇编代码

{

mov al,str1 //将str1的值赋给a1

xchg al,str2 //交换al和str2的值，现str2=str1

mov str1,al //将a1的值赋给str1

}

printf("%c",str1); //输出

printf("%c",str2); //输出

getchar();

或

#include "stdio.h"

void main()

{

unsigned char str1='A';//定义字符串str1的容为A

unsigned char str2='B';//定义字符串str2的容为B

printf("str1和str2的初始值\n");

printf("%c ",str1); //输出str1的值

printf("%c\n",str2); //输出str2的值

_asm //汇编交换子程序

{

mov al,str1 //将str1的值赋给a1

xchg al,str2 //将a1的值与str2交换

mov str1,al //将a1的值赋给str1

}

printf("str1和str2交换后的值\n");

printf("%c ",str1); //输出str1的值

printf("%c",str2); //输出str2的值

getchar();

}

或

Cfile.c

#include

extern void strcopy(char *d, const char *s);

int main()

{

const char *srcstr = "abcde";

chardststr[32];

printf("Before copying:n");

printf(" '%s'n '%s'n",srcstr,dststr);

strcopy(dststr,srcstr);

printf("After copying:n");

printf(" '%s'n '%s'n",srcstr,dststr);

return 0;

}

Asmfile.s

AREA SCopy, CODE, READONLY

EXPORT strcopy

strcopy

; r0 points to destination string

; r1 points to source string

LDRB r2, [r1],#1 ; load byte and update address

STRB r2, [r0],#1 ; store byte and update address;

CMP r2, #0 ; check for zero terminator

BNE strcopy ; keep going if not

MOV pc,lr ; Return

END

这是一个c语言调用汇编的例子，功能是为了实现字符串的拷贝，其中汇编文件为字符串拷贝的功能子函数。

5、下列语句中，那些是无效的汇编语言指令？并指出无效指令中的错误。

1)ABC: MOV R1，R3

1）错“ABC：”不能用“：”号

2) Count: LDR R0,#0X80

2）错Count 大小写必需一致

3)LDMIA R5,{R1,R3,R4}

3）错Equ大小写必需一致

4)START LDR R0，=0x123456H

4）对

5)START LDR R0，=0x123456

5）对

6）对

或答：（1）、（2）（3）是错误的。（4）（5）（6）是正确的。

其中（1）中的冒号应去掉；(2)中的“Count”与（3）中

的“Equ”大小写应统一。

注意：

symbol必须顶格书写。（ARM汇编其后不加“：”）（GUN汇

编要加“：”）

symbol命名规则：由字母，数字，下划线组成；除局部标号外，不能以数字开头。

指令不能顶格书写。

ARM指令，伪指令，伪操作，寄存器名可以全部为大写字母，也可全部为小写字母；不可大小写混用。

如果语句太长，可以将一条语句分几行来书写，在行末用“\”表示换行（即下一行与本行为同一语句）。“\”后不能有任何字符，包含空格和制表符（Tab)。

6、试编写程序，实现计算2＋4＋6＋8＋?+2N的值。

答：

MOV R5,#0

MOV R3,#0

MOV R4,#0

LABLE EQU #0X2300000

MOV LABLE,#300

LKM

ADD R3,R3,#2

ADD R4,R4,R3

ADD R5,R5,#1

CMP R5,#LABLE

BLNE LKM

END

或

AREA Example,CODE,READONLY

ENTRY ;程序入口处

CODE32 ;ARM 代码

START