ARM试卷

一、概念题（20%）
EMCU：（Embedded Microcontroller Unit）嵌入式微控制器的简称，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。

嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要的功能和外设。

MPU：（Microprocessor Unit）特指嵌入式微处理器，包括算术逻辑单元和控制单元，在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度地减小系统体积和功耗。

DSP：(Digital Signal Processor)，数字信号处理器，一种特别用于快速处理数字信号的微处理器。

DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。

SOPC：（System On Programming Chip），可编程片上系统，指用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上。

它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。

RISC：（Reduced Instruction Set Computer），精简指令集计算机。

它提高了微处理器的效率，但需要更复杂的外部程序。

RISC的最大特点是指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少，大多数是简单指令并都能在一个时钟周期内完成，易于设计超标量与流水线，寄存器数量多，大量操作在寄存器之间进行。

ARM7TDMI：是从ARM6核发展而来的。

由于ARM6所使用的电路技术使它很难在低于5v的电源电压下稳定的工作。

ARM7弥补了这一不足，且在短时间增加了64位乘法指令（带M后缀），支持片上调试（带D后缀），高密度16位的Thumb指令机扩展（带T后缀）和EmbededICE观察点硬件（带I 后缀），形成了ARM7TDMI.
ARM流水线：ARM7TDMI处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度，这样可以使几个操作同时进行，并使处理器和存储器系统连续操作。

流水线使用3个阶段，因此指令分3个阶段进行：取指、译码、执行，其中取指是从存储器中取指令；译码是对指令使用的寄存器进行译码；执行是从寄存器组中读出寄存器，执行移位和ALU操作，最后将寄存器写回到寄存器组。

FPGA(选做题)：（field programable gate array），现场可编程门阵列，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种，用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑，因而也被用于对CPU的模拟。

用户对FPGA的编程数据放在Flash芯片中，通过上电加载到FPGA中，对其进行初始化。

也可在线对其编程，实现系统在线重构，这一特性可以构建一个根据计算任务不同而实时定制的CPU
CPLD(选做题)：（complex programable logic array），集成可编程逻辑器件，它可以在制造完成后由用户根据自己的需要定义其逻辑功能。

CPLD 的特点是有一个规则的构件结构，该结构由宽输入逻辑单元组成，这种逻辑单元也叫宏单元，并且CPLD 使用的是一个集中式逻辑互连方案。

二、思考题（20%）
1、简要分析ARM7体系结构，总结特点？
答：（1）ARM是精简指令集计算机（RISC），其设计实现了外型非常小但是性能高得结构。

ARM处理器结构得简单使ARM得内核非常小，这样使器件得功耗也非常低。

他集成了非常典型得RISC结构特性：
－一个大而统一得寄存器文件。

－装载、保存结构，数据处理得操作只针对寄存器得内容，而不直接对存储器进行操作。

－简单的寻址模式，所有装载、保存的地址都只由寄存器内容和指令域决定。

－统一和固定长度的指令域，简化了指令的译码。

此外，ARM体系结构还提供：
－每一条数据处理指令都对算术逻辑单元（ALU）和移位器控制，以实现对ALU和移位器的最大利用。

－地址自动增加和自动减少的寻址模式实现了程序循环的优化。

－多寄存器装载和存储指令实现最大数据吞吐量。

－所有指令的条件执行实现最快速的代码执行。

这些在基本RISC结构上增强的特性使ARM处理器在高性能，低代码规模，低功耗和小的硅片尺寸方面取得良好得平衡。

（2）ARM7微处理器系列具有如下特点：
－具有嵌入式ICE－RT逻辑，调试开发方便。

－极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。

－能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。

－代码密度高并兼容16位的Thumb指令集。

－对操作系统的支持广泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。

－指令系统与ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用户的
产品升级换代
－主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。

ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。

其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM 处理器核。

2、简要说明ARM7指令集分类，总结特点？
答：ARM7TDMI处理器有两个指令集；32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

每种指令集有其自己得有缺点和使用范围。

（1）ARM指令集
ARM指令集可分为5大类指令；分支指令，数据处理指令，加载和存储指令，协处理器指令和杂项指令。

大多数得数据处理指令和一种类型得协处理器指令可以根据它们得结果，使CPSR寄存器当中得4个条件代码标志（N,Z,C和V）更新，当指令带S后缀时一般要更新条件代码标志，否则一般不更新。

几乎所有得ARM指令都包含一个4位得条件域。

如果条件代码标志在指令开始执行时指示条件为真，那么指令正常执行；否则，指令什么也不做。

条件域得第16个值用于那些不允许条件执行得指令。

（2）Thumb指令集可分为4大类指令；分支指令，数据处理指令寄存器加载与存储指令和异常产生指令。

Thumb指令集不是一个完整的指令集，它仅仅是最通用的ARM指令的子集，不能指望处理器只执行Thumb指令而不支持ARM指令。

Thumb指令长度为16位，每条指令都对应一条32位ARM指令，它对处理器模型有相同的效果
Thumb指令使用标准的ARM寄存器配置进行操作，这样ARM和Thumb状态之间具有极好的互用性。

在执行方面，Thumb具有32位内核所有的优点：
－32位地址空间
－32位寄存器
－32位移位器和算术逻辑单元（ALU）
－32位存储器传输
因此，Thumb提供了长的分支范围，强大的算术操作和巨大的地址空间。

Thumb代码仅为
ARM代码规模的65％，但其性能却相当于连接到16为存储器系统的ARM处理器性能的160%。

因此，Thumb使ARM7TDMI处理器非常适用于那些只有有限的存储器带宽并且代码密度很高的嵌入式应用。

16位Thumb和32位ARM指令集使设用者有极大的灵活性，使其可以根据各自应用的需求，在子程序一级上实现对性能或者代码规模的优化。

3、SWI有何特点？在RTOS中如何应用？
答：软件中断SWI用于进行管理模式，通常用于请求一个特定的管理函数。

SWI处理程序通过执行下面的指令返回：
MOVS PC,R14-SVC (即在管理模式执行MOVS PC,R14-SVC指令)
这个动作恢复了PC和CPSR并返回到SWI之后的指令，它可用于用户模式下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。

该指令在用户模式下调用，在RTOS中转换到特权模式SVC。

SWI异常中断处理程序要通过读取引起软中断的SWI指令，以取得24位立即数.首先要确立引起软中断的事ARM，还是Thumb再转到相应的软中断服务程序入口。

4、CPSR中如何修改I、F、T、MODE位？在程序的何处修改？何模式下修改？(选做题)
答：CPSR中的T控制位使用BX指令完成处理器状态的切换(BX指令属分支指令,它会打断流水线状态，实现处理器状态切换)。

MRS与MSR配合使用，实现CPSR寄存器的读-修改-写操作。

修改I,F,T,MODE位时先将CPSR中的内容通过MRS指令读到通用寄存器中,再将要修改的位所确定的立即数通过MSR指令写入状态寄存器CPSR中，只有在特权模式下才能修改。