ARM处理器系统结构及应用复习_r5 arm r系列。实时

第一部分：嵌入式系统基础

1.系统响应时间:系统收到处理要求到系统给出应答信号的时间。任务换道时间:任务之间切换使用的时间.中断延迟:计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成换道转入中断服务程序的时间。

2.实时操作系统中的任务有四个状态：运行、就绪、挂起、冬眠。①运行：获得CPU的控制权。② 就绪：进入任务就绪(等待)队列，等待通过调度转为运行状态。③挂起：任务发生阻塞，移出任务就绪队列，等待系统实时事件的发生而唤醒，从而转为 就绪 或 运行。④冬眠：任务完成或错误等原因被清除的任务，也可以认为是系统中不存在的任务。

3.实时操作系统的 首要任务是调度一切可利用的资源完成 实时控制任务，其 次才是着眼于系统的使用效率。

第二部分：ARM处理器及系统结构

1.ARM 体系结构与纯粹的 RISC 体系结构的不同点：① 一些特定指令的周期数可变，并不是每条ARM指令都是单周期的。 ② 内嵌的桶形移位器产生了更为复杂的指令，扩展了指令的功能，因此改善了内核的性能。 ③ 支持16位的Thumb指令集，提高了代码密度。 ④ 支持条件执行：每条指令都可以设置一个执行条件，只有条件满足时才执行。 ⑤ 增强指令：一些功能强大的数字信号处理指令被加入到ARM指令集中。

2.ARM9 的 5 级流水线：ARM的5级流水线分别位取指、译码、执行、缓存/数据和回写：

（1）取指：指令从存储器中取出，放入指令流水线；

（2）译码：指令译码，从寄存器堆中读取寄存器操作数；

（3） 执行：把一个操作数移位，产生ALU的结果。如果指令是Load或Store，在ALU中计算存储器的地址；

（4）缓存/数据：如果需要，则访问数据存储器；否则，ALU的结果只是简单地缓冲一个时钟周期，以便使所有指令具有同样的流水线流程；

（5）回写：将指令产生的结果写回到寄存器堆，包括任何从寄存器读出的数据。

3.存储器结构：ARM处理器有的带有指令cache和数据cache，但不带有片内RAM和片内ROM。系统所需的RAM和ROM（包括Flash）都通过总线外接。有的ARM片内还带有存储器管理单元MMU。

4.在异常发生后，ARM内核会作以下工作：

（1） 在适当的LR中保存断点的地址，无论是ARM状态还是Thumb状态，ARM都将当前PC寄存器的值（运行指令地址加4或加8 ）复制(取决于异常的类型) 到LR中；

（2）把当前程序状态寄存器（CPSR）中的内容保存到模式私有寄存器SPSR中；

（3）将寄存器CPSR中的MODE域设置为中断（异常）应进入的运行模式；

（4）对CPSR的I位和F位进行相应的设置，以防止再次响应同一个中断请求。

（5）强制PC从相关的异常向量处取指，即到中断向量表中获取中断向量，转向用户所编写的中断（异常）服务程序。

5.未定义指令异常是内部异常中断。当ARM处理器遇到一条自己和系统内任何协处理器都无法执行的指令时，就会发生未定义指令异常，从而进入中断处理程序；软件可使用这一机制，通过仿真未定义的协处理器来扩展ARM指令集。  在仿真未定义的指令后，不管处于哪种处理器操作状态（ARM或Thumb状态），处理器执行下面的指令返回：MOVS PC, R14_und,MOVS指令将R14的值写入PC，CPSR将自动从SPSR寄存器中恢复并返回到未定义指令之后的指令。

6.ARM 推出的 Cortex 系列包括：Cortex-A、Cortex-R 和 Cortex-M 三个系列。 Cortex-A 系列主要应用于复杂的应用中，支持：ARM、Thumb 和 Thumb2 指令集。Cortex-R 系列 是为实时操作系统设计的嵌入式处理器，能带来更 小的芯片面积和低功耗。Cortex-M 适用于高性能、低成本需求的嵌入式应用。 Cortex-M 主要针对 单片机领域

7.ARMv5TEJ 的后缀意义如下： T：支持 16 位 Thumb 指令集； E：扩展表示在通用的 CPU 上提供 DSP 能力； J：增加了 Jazelle 扩展以支持 Java 加速技术。

8.MMU 存储器系统的结构允许对存储器系统实施精细控制，而 MMU 只由 ARM 中协处理器（CP15）控制。

第三部分：ARM编程基础

1.有效立即数immediate可以表示成：<immediate>=immed_8 循环右移（2×rot）。4 bit 移位因子 (0-15)乘于2，得到一个范围在0-30，步长为 2的移位值。因此，将ARM中的立即数称为8位位图。“最后8位移动偶数位”得到立即数。汇编编译器选择使rot数值最小的编码方式。

2.共有6种移位方式： LSL 逻辑左移；LSR 逻辑右移；ASL 算术左移；ASR 算术右移：算术移位的对象是带符号数，移位过程中必须保持操作数的符号不变。如果源操作数是正数，空出的最高有效位用0填充，如果是负数用1填充；ROR 循环右移：移出的字的最低有效位依次填入空出的最高有效位；RRX 带扩展的循环右移：。将寄存器的内容循环右移1位进入c标志位，空位用原来C标志位填充

3.如果指令带有S后缀（除了比较指令以外），同时又以PC为目标寄存器进行操作:在异常模式下：则操作的同时从SPSR恢复CPSR。

4.指令编码中I用于区别立即数(I为1)或寄存器移位(I为0)

5.乘法指令的特点：（1）不支持第2操作数为立即数。（2）结果寄存器不能与第一源寄存器相同。（3）Rd、RdHi、RdLo不能与Rm为同一寄存器。RdHi和RdLo不能为同一寄存器。（4）避免将R15定义为任一操作数或结果寄存器。（5）早期的ARM处理器仅支持32位乘法指令。ARM7版本和后续的在名字中有M的处理器才支持64位乘法指令。

6.杂项指令注意事项：（1）控制域的修改问题：只有在特权模式下才能修改状态寄存器的控制域[7：0]，以实现处理器模式转换，或设置开/关异常中断 。（2）T控制位的修改问题：程序中不能通过MSR指令，直接修改CPSR中的T控制位来实现ARM状态／Thumb状态的切换，必须使用BX指令完成处理器状态的切换。（3）用户模式下能够修改的位：在用户模式只能修改“标志位域”，不能对CPSR[23：0]做修改。（4）S后缀的使用问题：在MRS/MSR指令中不可以使用S后缀。

7.ARM 指令代码一般可以分为 5 个域，分别是：条件码域、指令代码域、第 1 个操作数寄存器 Rn、目标或源寄存器 Rd、第二个操作数。

8.将寄存器R0中的数据存储方式转换成另一种存储方式。指令执行前R0中数据存储方式为：R0=A,B,C,D；指令执行后R0中数据存储方式为：R0=D,C,B,A。

    EOR  R1,R0,R0, ROR  #16   ;R1=A^C,B^D,C^A,D^B
 
    BIC  R1,R1,#0xFF0000      ;R1=A^C,0,C^A,D^B
 
    MOV  R0,R0,ROR #8         ;R0=D,A,B,C
 
    EOR  R0,R0,R1,LSR #8      ;R0=D,C,B,A

9.将内存中从0x400800开始的100个字数据相加，其结果存于R3、R2中（R3中为高32位）：

LDR   R0，=0x400800
 
MOV    R1，#100     ;初始化循环次数
 
MOV    R2，#0
 
MOV    R3，#0
 
loop        ;循环体
 
LDR     R4，[R0]，#4
 
ADDS    R2，R2，R4
 
ADC      R3，R3，#0  ;或者ADDCS     R3，R3，#1
 
SUBS     R1，R1，#1;循环计数器减1，设置条件标志            
 
BNE     loop     ;循环计数器不为0,跳到loop继续执行

 

9.编写一个程序，把首地址为DATA_SRC的80个字的数 据复制到首地址为DATA_DST的目标数据块中。

LDR R1，=DATA_SRC
 
LDR R0，=DATA_DST
 
MOV R10，#10
 
LOOP LDMIA R1！，{R2-R9}
 
STMIA R0！，{R2-R9}
 
SUBS R10，R10，#1
 
BNE LOOP

11.要求编写一个程序，在 Start 数据列表中查找是否包含 NewItem 单元中的数据。如果包含则把该数据在列表中的位置序号（1、2、3、4）存储到 Index 字存储单元中。否则在Index 字存储单元中存储 0xFFFFFFFF

1. 编写一个降序冒泡排序程序，要求如下：a) 定义一个存储单元首地址名为 StartOR 的数据列表（在代码段只读 ROM 区），该数据列表包含若干个字节存储单元。第一个单元是列表中数据的数量，后续若干连续存储单元包含若干字节数据。字节数据的数量由编程人员自己确定。b) 编程要求把 StartOR 数据列表中存放的数据按降序排序（冒泡排序法）。排序后的数据存放到名为 Start 的数据列表中，该数据列表定义在名为 mydata 的数据段中（可读写的 RAM 区）。Start 数据列表的存储结构与 StartOR 数据列表完全相同。

第四部分：S3C2440嵌入式系统

1.S3C2440A 专用寄存器注释：①在小端模式下，必须使用小端地址；大端模式下，必须使用大端地址②每个特殊寄存器必须按照推荐的方式进行操作；③除了ADC寄存器，RTC寄存器 和 UART寄存器外，其他寄存器都必须以字为单元（

32位）进行读写；④对ADC,RTC,UART寄存器进行读/写时，必须仔细考虑使用的大/小端模式；⑤W：32位寄存器，必须用 LDR/STR 指令或i整型数型指针(int *)进行访问；HW：16位寄存器，必须用 LDRH/STRH 或短整型数指针(short int *)访问；B：8位寄存器，必须用 LDRB/STRB 或字符型指针(char *)访问。

2.中断控制器提供60个中断源的管理是如何实现的？S3C2440将中断源分为两级: 中断源和子中断源（次级中断源）： 中断源就是上图32个中断源。而这32个中断源中包含单一中断源和复合中断源。  复合中断源是子中断源（次级中断源）的复合信号。比如：INT_UARTn。这种设计，使S3C2440中断控制器支持60个中断源

3.编写中断服务程序：

（1）s3c2440.s中中断向量以及中断服务程序相关的程序段如下（简化版）：

重新定义的IRQ_Handler中断服务程序。（IRQ_ISR.s）

     这 里 定 义 了 一 个 数 据 段RamData，专门用于存放中断服务程序的跳转地址。HandleEINT0存储单元中存放的就是EINT0中断服务程序的地址。相关地址可以由开发人员自行填充。

1. C语言中的定义。（main.c）

__irq”专门用来声明IRQ中断服务程序。如果用“__irq”来声明一个函数，那么该函数表示一个IRQ中断服务程序，编译器便会自动在该函数内部增加中断现场保护的代码。同样一个函数，如果将关键字“__irq”去掉，那么编译器便不会增加现场保护的代码，而只是作为一个普通函数来处理。 用“__irq” 声明后，进入中断服务器程序时，会使用以下语句保护现场：STMDB R13!, {Rxx, R14}离开程序时，会使用以下语句恢复现场：LDMIA R13!, {Rxx, R14}     SUBS PC, R14, #0x00000004

4.SDRAM 刷新模式有两种：自动刷新（AR）与自我刷新（SR），对应 DRAM的两种工作状态。自动刷新，用于正常工作的状态；自我刷新，主要用于休眠模式低功耗状态下的数据保存。

5.外部中断控制寄存器（EXTINTN）：24个 外部中断源 可用各种信号来请求。外部中断寄存器为外部中断请求设置了信号 触发方法 ，包括：低电平触发、高电平触发、上升沿触发、下降沿触发和双边沿触发。8个外部中断引脚有一个 数字滤波器（见EINTFLTn），16个引脚EINT[15:0]用作唤醒源。

6.掉电模式 和 I/O口：所有的 GPIO寄存器 的值在掉电模式下 被保存。这在时钟功率管理模块中的掉电模式下提到。EINTMSK 不能禁止从掉电模式唤醒，但是如果 EINTMSK 屏蔽了 EINT[15:4]中的对应位，系统可以被唤醒，但是SRCPND 中的 EINT4_7位 和 EINT8_23位 不会 在唤醒后被 置1。

7.杂项控制寄存器（MISCCR）：在休眠方式，数据总线(D[31:0] 或D[15:0])能被设成高阻和0输出。但是，由于I/O引脚的特点，数据总线上拉电阻必须被断开或关闭减少耗电量。D[31:0]引脚上拉电阻可通过MISCCR 寄存器控制。

8.DCLK控制寄存器（DCLKCON）：DCLKCON 定义 DCLKn信号，其作为外部源的时钟。寄存器 DCLKCON 仅在CLKOUT[1:0]位 设置为发送 DCLKn信号时 可以操作，具体信息如下：

9.外部中断控制寄存器（EXTINTn）：24个外部中断 可以有不同的信号方式请求。EXTINTn 为外部中断请求，配置信号的方式为：电平触发 或者 边沿触发，也可以配置信号极性。为了能检测出电平触发中断，不受噪声滤波器的影响，EXTINTn引脚的有效逻辑电平 至少 要维持 40ns。

10.外部中断屏蔽寄存器（EINTMASK）：针对 20个 外部中断（EINT[23:4]）的中断屏蔽寄存器（即EINTMASK）。

11.外部中断挂起寄存器（EINTPENDn）：外部中断挂起寄存器 EINTPENDn是针对 20个 外部中断（EINT[23:4]）的，可以通过向此 EINTPEND 寄存器相应位 写1来清除比特位：

12.简单描述 S3C2440 的 PWM 模块的自动加载模式和双缓冲模式的主要作用。

（1）自动加载模式：自动加载模式使能时，当 TCNTn 的值到 0 时，自动加载操作复 制 TCNTBn 的值到 TCNTn 中。但是如果自动加载模式没有使能， TCNTn 将不进行任何操作。

（2）双缓冲模式：脉宽调制定时器有一个双缓冲功能 ，在这种情况下，改变下次加载值的同时不影响当前定时周期。因此，尽管设置一个新的定时器值，当前定时器的操作将会继续完成而不受影响。

13.假如 CPU 响应 TIMER1 中断进入中断服务程序，为了避免该中断请求信号再次引起中断响应，需要把 SRCPND 和 INTPND 寄存器中相关标志位清除。

汇编程序代码如下：

C语言程序代码如下：