ARM嵌入式系统基础教程第二版课后习题答案.docx

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ARM嵌入式系统基础教程第二版课后习题答案

第1章嵌入式系统概述

（1）举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。

答：

键盘、鼠标、扫描仪。

（2）什么叫嵌入式系统？

答：

嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。

（3）什么叫嵌入式处理器？

嵌入式处理器分为哪几类？

答：

嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。

分为3类：

1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。

（4）什么是嵌入式操作系统？

为何要使用嵌入式操作系统？

答：

嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。

原因：

1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。

3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。

第2章ARM7体系结构

1.基础知识

（1）ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？

答：

T：

高密度16位Thumb指令集扩展；D：

支持片上调试；M：

64位乘法指令；I：

EmbeddedICE硬件仿真功能模块。

（2）ARM7TDMI采用几级流水线？

使用何种存储器编址方式？

答：

3级；冯·诺依曼结构。

（3）ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？

答：

ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。

（4）分别列举ARM的处理器模式和状态？

答：

ARM的处理器模式：

用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:

ARM状态、Thumb状态。

（5）PC和LR分别使用哪个寄存器？

答：

PC:

R15；LR:

R14。

（6）R13寄存器的通用功能是什么？

答：

堆栈指针SP。

（7）CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？

答：

位31~28：

N、Z、C、V，条件代码标志位；27~8：

保留位；7~0：

I、F、T、M4~0，控制标志位。

（8）描述一下如何禁止IRQ和FIQ的中断。

答：

当控制位I置位时，IRQ中断被禁止，否则允许IRQ中断使能；当控制位F置位时，FIQ中断被禁止，否则允许FIQ中断使能。

2.存储器格式

答：

无论是大端格式还是小端格式，R2的值与R1一致；地址0x4000单元的字节：

大端：

0x12、小端：

0x78。

3.处理器异常

请描述一下ARM7TDMI产生异常的条件是什么？

各种异常会使处理器进入哪种模式？

进入异常时内核有何操作？

各种异常的返回指令又是什么？

答：

【异常】【模式】【返回指令】

复位管理无

未定义指令未定义MOVSPC,R14

软件中断管理MOVSPC,R14

预取指中止中止SUBSPC,R14,#4

数据中止中止SUBSPC,R14,#8

IRQ中断SUBSPC,R14,#4

FIQ快速中断SUBSPC,R14,#4

进入异常时,内核自动做：

PC→LR、CPSR→相应异常模式下的SPSR、设置CPSR为相应的异常模式、相应异常处理程序的中断入口向量地址→PC。

第3章ARM7TDMI（-S）指令系统

1.基础知识

（1）ARM7TDMI（-S）有几种寻址方式？

“LDRR1,[R0,#0x08]”属于哪种寻址方式？

答：

有8种寻址方式：

1.寄存器寻址2.立即寻址3.寄存器移位寻址4.寄存器间接寻址5.基址寻址6.多寄存器寻址7.堆栈寻址8.相对寻址；“LDRR1,[R0,#0x08]”属于基址寻址。

（2）ARM指令的条件码有多少个？

默认条件码是什么？

答：

16个；AL。

（3）ARM指令中的第2个操作数有哪几种形式？

列举5个8位图立即数。

答：

1.常数表达式（8位图）2.寄存器方式3.寄存器移位方式；0x3FC、0、0xF0000000、200、0xF0000001。

（4）LDR/STR指令的偏移形式有哪4种？

LDRB指令和LDRSB指令有何区别？

答：

1.零偏移2.前索引偏移3.程序相对偏移4.后索引偏移；LDRB：

加载无符号字节数据，LDRSB加载有符号字节数据

（5）请指出MOV指令与LDR加载指令的区别及用途？

答：

MOV指令的源操作数是常数或（带偏移量的）寄存器，用于寄存器之间的数据传送；LDR指令的源操作数是地址，用于存储器到寄存器的数据传送。

（6）CMP指令是如何执行的？

写一程序，判断R1的值是否大于0x30，是则将R1减去0x30。

答：

CMP指令将Rn-operand2，根据结果更新CPSR中的相应条件标志位。

CMPR1,0x30

SUBHIR1,0x30

（7）调用子程序是用B指令还是用BL指令？

请写出返回子程序的指令。

答：

用BL；MOVPC,R14。

（8）请指出LDR伪指令的用法。

指令格式与LDR加载指令的区别是什么？

答：

用法：

LDR{cond}Rd,=立即数/标号+立即数；LDR伪指令的源操作数是代表一个常数，LDR加载指令的源操作数代表一个地址。

（9）ARM状态与Thumb状态的切换指令是什么？

请举例说明。

答：

BX；

;从ARM状态切换到Thumb状态

CODE32

LDRR0,=Lable+1

BXR0

CODE16

LableMOVR1,#12

;从Thumb状态切换到ARM状态

CODE16

LDRR0,=Lable

BXR0

CODE32

LableMOVR1,#10

（10）Thumb状态与ARM状态的寄存器有区别吗？

Thumb指令对哪些寄存器的访问受到一定限制？

答：

有区别；R8~R15。

（11）Thumb指令集的堆栈入栈、出栈指令是哪两条？

答：

PUSH、POP。

（12）Thumb指令集的BL指令转移范围为何能达到±4MB？

其指令编码是怎样的？

答：

BL指令事实上是两条指令，其编码为：

11110{地址偏移高11位}、11111{地址偏移低11位}，地址编码22位，再左移一位（半字对齐），23位地址寻址8MB，即±4MB。

2.有符号和无符号加法

答：

（1）

0xFFFF000F（A）

＋0x0000FFF1（B）

——————

（0x00000000）

NZCV=0110

如果两个操作数是有符号数，A是负数，B是正数，和是0，没有溢出，所以V=0。

如果两个操作数是无符号数，和是0，有进位，所以C=1。

（2）

0x7FFFFFFF（A）

＋0x02345678（B）

——————

（0x82345677）

NZCV=1001

如果两个操作数是有符号数，A是正数，B是正数，和是负数，有溢出，所以V=1。

如果两个操作数是无符号数，没有进位，所以C=0。

（3）

67654321（A）

＋23110000（B）

——————

（0x0568F421）

NZCV=0000

如果两个操作数是有符号数，A是正数，B是正数，和是正数，没有溢出，所以V=0。

如果两个操作数是无符号数，没有进位，所以C=0。

第五章

1、基础知识：

（1）LPC2114可使用的外部晶振频率范围是多少（使用/不使用PLL功能时）？

晶振频率范围：

1~30MHz，若使用PLL或ISP功能为：

10～25MHz。

（2）描述一下LPC2210的PO.14、P1.20、P1.26、BOOT1和BOOT0引脚在芯片复位时分别有什么作用？

并简单说明LPC2000系列ARM7微控制器的复位处理流程。

P0.14的低电平强制片内引导装载程序复位后控制器件的操作，即进入ISP状态。

P1.20的低电平使P1.25～P1.16复位后用作跟踪端口。

P1.26的低电平使P1.31～P1.26复位后用作一个调试端口。

当RESET为低时，BOOT0与BOOT1一同控制引导和内部操作。

引脚的内部上拉确保了引脚未连接时呈现高电平。

外部复位输入：

当该引脚为低电平时，器件复位，I/O口和外围功能进入默认状态，处理器从地址0开始执行程序。

复位信号是具有迟滞作用的TTL电平。

（3）LPC2000系列ARM7微控制器对向量表有何要求（向量表中的保留字）？

向量表所有数据32位累加和为零（0x00000000～0x0000001C的8个字的机器码累加），才能脱机运行用户程序，这是LPC2114/2124/2212/2214的特性。

（4）如何启动LPC2000系列ARM7微控制器的ISP功能？

相关电路应该如何设计？

（5）LPC2000系列ARM7微控制器片内Flash是多位宽度的接口？

它是通过哪个功能模块来提高Flash的访问速度？

128位,通过存储器加速模块（MAM）来提高Flash的访问速度

（6）若LPC2210的BANK0存储块使用32位总线，访问BANK0时，地址线A1、A0是否有效？

EMC模块中的BLSO~BLS4具有什么功能？

无效,（如果存储器组配置成16位宽,则不需要A0；8位宽的存储器组需要使用A0。

）；字节定位选择信号。

（7）LPC2000系列ARM7微控制器具有引脚功能复用特性，那么如何设置某个引脚为指定功能？

通过引脚功能选择寄存器的设定来设置某个引脚为指定功能

（8）设置引脚为GPIO功能时，如何控制某个引脚单独输入/输出？

当前要知道某个引脚当前的输出状态时，是读取IOPIN寄存器还是读取IOSET寄存器？

GPIO方向寄存器，IOPIN。

（9）P0.2和P0.3口是I2C接口，当设置它们为GPIO时，是否需要外接上拉电阻才能输出高电平？

（10）使用SPI主模式时，SSEL引脚是否可以作为GPIO？

若不能，SSEL引脚应如何处理？

不能用作GPIO，SSEL应设这高电平，处于末激活状态。

（11）LPC2114具有几个UART是符合什么标准？

哪一个UART可用作ISP通信？

哪一个UART具有MODEM接口？

UART0，UART1；UART0用于ISP通信，UART1具有MODEM接口。

（12）LPC2114具有几个32位定时器？

PWM定时器是否可以作通用定时器使用？

两个32位定时器，PWM定时器不能用作通用定时器使用

（13）LPC2000系列ARM7微控制器具有哪两种低耗模式？

如何降低系统的功耗？

2个低功耗模式：

空闲和掉电；

2、计算PLL设置值：

假设有一个基于LPC2114的系统，所使用的晶振为11.0592MHZ石英晶振。

请计算出最大的系统时钟（ccls）频率为多少MHZ？

此时PLL的M值和P值各为多少？

请列出计算公式，并编写设置PLL的程序段。

3、存储器重影射：

（1）LPC2210具有（4）种存影射模式。

①3②5③1④4

（2）当程序已固化到片内Flash，向量表保存在0x00000000起始处，则MAP〔1:

0〕的值应该为

（2）。

①00②01③10④11

（3）LPC2000系列APM7微控制器ccq重影射的目标起始地址为（），共有（）个字。

①0x00000000，8②0x40000000，8

③0x00000000，16④0x7FFFE000，8

4、外部中断唤醒掉电设计：

以下代码是初始化外部中断0，用它来唤醒掉电的LPC2114，请填空。

PINSEL0=0x00000000；

PINSELI=（PINSEL1&0XFFFFFFFC）|0X01；//设置I/O连接，PO.16设置为EINTO

EXTMODE=0X00；//设置EINT0为电平触发模式

EXTPOLAR=0X00；//设置EINT0为低电平触发

EXTWAKE=0X01；//允许外部中断0唤醒掉电的CPU

EXTINT=0x0F；//清除外部中断标识

第四章

程序清单4.1寄存器相加

；文件名：

TESTI.S

；功能：

实现两个寄存器相加

；说明：

使用ARMulate软件仿真调试

AREAExamplel,CODE,READONLY；声明代码段Examplel

ENTRY；标识程序入口

CODE32；声明32位ARM指令

STARTMOVR0，#0；设置参数

MOVR1，#10

LOOPBLADD_SUB；调用子程序ADD_SUB

BLOOP；跳转到LOOP

ADD_SUB

ADDSR0，R0，R1；R0=R0+R1

MOVPC，LR；子程序返回

END；文件结束

程序清单4.2读取SMI立即数

T_bitEQU0X20

SWI_Handler

STMFDSP！

，{R0_R3，R12，LR}；现场保护

MRSR0，SPSR；读取SPSR

STMEDSP！

，{R0}；保存SPSR

TSTR0，#T_bit；测试T标志位

LDRNEHR0，[LR，#_2]；若是Thumb指令，读取指令码（16位）

BICNER0，R0,，#0xFF00；取得Thumb指令的8位立即数

LDREQR0，[LR，#_4]；若是ARM指令，读取指令码（32位）

BICEQR0，R0，#0Xff000000；取得ARM指令的24位立即数

……

LDMFDSP！

，｛R0_R3，R12，PC｝；SWI异常中断返回

程序清单4.3使用IRQ中断

ENABLE_IRQ

MRSR0，CPSR

BICR0，R0，#0x80

MSRCPSR_C，R0

MOVPC，LR

程序清单4.4禁能IRQ中断

DISABLE_IRQ

MRSR0CPSR

ORRR0，R0，#0x80

MSRCPSR_C，R0

MOVPC，LR

程序清单4.5堆栈指令初始化

INTSTACK

WOVR0，LR；保存返回地址

；设置管理模式堆栈

MSRCPSR_C，#0xD3

LDRSP，stacksvc

；设置中断模式堆栈

MSRCPSR_C，#0xD2

LDRSP，Stacklrq

……

程序清单4.6小范围地址的加载

……

ADRR0，DISP_TAB；加载转换表地址

LDRBR1，[R0，R2]；使用R2作为参数，进行查表

……

DISP_TAB

DCB0xC0，0xF9，0xA4，0xB0，0x99，0x92，0x82，0xF8，0x80，0x90

程序清单4.7中等范围地址的加载

……

ADRLR，RETURNI

ADRLR1，Thumb_sub＋1

BXR1

RETURNI

……

CODE16

Thumb_sub

MOVR1，#10

……

程序清单4.8加载32位立即数

……

LDRR0，=IOPIN；加载GPIO的寄存器IOPIN的地址

LDRR1，[R0]；读取IOPIN寄存器的值

……

LDRR0，=IOSET

LDRR1，=0x00500500

STRR1，[R0]；IOSET=0x00500500

……

程序清单4.9软件延时

……

DELAYI

NOP

NOP

NOP

SUBSR1，R1，#1

BNEDELAYI

……

程序清单4.10ARM到Thumb的状态切换

；文件名：

TEST8.S

；功能：

使用BX指令切换处理器状态

；说明：

使用ARMulate软件仿真调试

AREAExample8，CODE，READONLY

ENTRY

CODE32

ARM_CODEADRR0，THUMB_CODE+1

BXR0；跳转并切换处理器状态

CODE16

THUMB_CODE

MOVR0，#10；R0=10

MOVR1，#20；R1=20

ADDR0，R1；R0=R0+R1

B

END

1.什么是嵌入式系统？

其特点有些什么？

答：

嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

”

特点：

1）是专用的计算机系统，用于特定的任务；

2）资源较少，可以裁减；

3）功耗低，体积小，集成度高，成本低;

4）使用实时操作系统；

5）可靠性要求更高，具有系统测试和可靠性评估体系;

6）运行环境差异大

7）大部分程序固化在ROM中；

8）较长的生命周期；

9）嵌入式微处理器通常包含专用调试电路

2.嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么？

答：

BootLoader是系统加电后、操作系统内核或用户应用程序运行之前，首先必须运行的一段程序代码。

通过这段程序,为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。

（对于嵌入式系统来说，有的使用操作系统，也有的不使用操作系统，但在系统启动时都必须运行BootLoader，为系统运行准备好软硬件环境。

）

3.目前嵌入式操作系统有哪些？

答：

1）µC/OS-II嵌入式操作系统内核；2）VxWorks嵌入式实时操作系统；3）WinCE操作系统；4）Linux操作系统；5）Symbian操作系统

4.构造嵌入式开发环境有哪几种形式？

答：

1）交叉开发环境；2）软件模拟环境；3）评估电路板

5.嵌入式系统开发的基本流程?

答：

1）系统定义与需求分析；

2）系统设计方案的初步确立；

3）初步设计方案性价比评估与方案评审论证；

4）完善初步方案、初步方案实施；

5）软硬件集成测试；

6）系统功能性能测试及可靠性测试。

6.什么是可编程片上系统？

答：

用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统SOPC.它是一种特殊的嵌入式系统，首先它是SOC，即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能，具有一般SOC基本属性；其次，它又具备软硬件在系统可编程的功能，是可编程系统，具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。

7.有时要使用Thumb技术的原因

答：

（Thumb指令集是把32位的ARM指令集的一个子集重新编码后形成的一个特殊的16位指令集。

）在性能和代码大小之间取得平衡，在需要较低的存储代码时采用Thumb指令系统用Thumb指令编写最小代码量的程序（能够很好的解决代码长度的问题），却取得以ARM代码执行的最好性能，可以带来低功耗,小体积,低成本。

8.ARM处理器的工作模式有哪几种？

答：

1）正常用户模式（usr）；

2）快速中断模式（fiq）；

3）普通中断模式（irq）；

4）操作系统保护模式（svc）或管理模式；

5）数据访问中止模式（abt）；

6）处理未定义指令的未定义模式（und）；

7）运行特权级的操作系统任务的系统模式（sys）。

9.寄存器R13，R14，R15的专用功能各是什么？

答：

1）寄存器R13保存堆栈指针SP；2）寄存器R14用作子程序链接寄存器，也称为LR，用以保存返回地址；3）R15（PC）用作程序计数器。

10.寄存器CPSR，SPSR的功能各是什么？

答：

1）CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息。

所有处理器模式下都可以访问当前的程序状态寄存器CPSR。

2）在每种异常模式下都有一个对应的物理寄存器——程序状态保存寄存器SPSR。

当异常出现时，SPSR用于保存

CPSR的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。

11.ARM的异常有哪几种，各进入何种工作模式？

他们退出各采用什么指令？

答：

1）复位（Reset）异常（管理模式）；

2）未定义指令（undefinedinstruction）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（PrefechAbort）异常（中止模式）；

5）数据访问中止（DataAbort）（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）。

异常返回指令：

1）SWI，未定义的返回：

MOVSPC,R14；2）IRQ,FIQ,预取中止的返回：

SUBSPC,R14,#4；3）数据中止返回并重新存取：

SUBSPC,R14,#8

异常中断的优先级：

复位（最高优先级）-->数据异常中止--->FIQ-->IRQ--->预取指异常中止--->SWI---->未定义指令（包括缺协处理器）。

12.什么是小端和大端存储器组织？

答：

1）小端存储器组织是较高的有效字节存放在较高的存储器地址，较低的有效字节存放在较低的存储器地址（同同小）。

2）大端存储器组织是较高的有效字节存放在较低的存储器地址，较低的有效字节存放在较高的存储器地址（正反大）。

13.什么是数据的边界对齐？

答：

默认情况下，ADS编译器使用的是数据类型的自然边界对其方式。

数据的自然对其方式是指：

如果该数据类型是n个字节的，那么该数据类型就按n字节对齐。

14.ARM核现在有哪几种？

答：

ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E,、SecurCore、ARM11

15.ARM的寻址方式有哪些？

各写一条说明。

答：

1）立即寻址

（1）ADDR0，R0，＃1/*R0←R0＋1*/

（2）ADDR0，R0，＃0x3f/*R0←R0＋0x3f*/；

2）寄存器寻址（ADDR0，R1，R2/*R0←R1＋R2*/）；

3）寄存器间接寻址

（1）、LDRR0，[R1]/*R0←[R1]*/；

（2）STRR0，[R1]/*[R1]←R0*/；

4）基址加偏址寻址

（1）、LDRR0，[R1，＃4]；R0←[R1＋4]；

（2）、LDRR0，[R1，＃4]！

；R0←[R1＋4]、R1←R1＋4；

（3）、LDRR0，[R1]，＃4；R0←[R1]、R1←R1＋4

5）堆栈寻址

（1）、STMFDSP!

{R1-R7,LR}；

（2）、LDMFDSP!

{R1-R7,LR}；

6）块拷贝寻址

（1）、LDMIAR0!

{R2-R9}；

（2）、STMIAR1,{R2,R9}；

7）相对寻址

16.在ARM的立即寻址方式下其立即数如何在指令编码中表示？

答：

在ARM数据处理指令中，当参与操作的第二操作数为立即数型时，每个立即数都是采用一个8位的常数循环右移偶数位而间接得到。

其中循环右移的位数由一个4位二进制的两倍表示，如果立即数记作，8位常数记作immed_8，4位的循环右移值记作rotate_imm，有效的立即数是由一个8位的立即数循环右移偶数位得到。

因此有效立即数immediate可以表示成：

=immed_8循环右移（2×rotate_imm）

17.指令ADR，ADRL、LDR、NOP是如何处理地址值读入到寄存器中的？

答：

ADR是将基于PC或者寄存器的地址值读入到寄存器的,ADR伪指令通常被替换成一条ADD指令或SUB指令来实现该ADR指令的功能。

而ADRL伪指令与ADR指令的最大不同之处是,它可以读取更大范围内的地址,而且被编译器替换成2条数据处理指令。

LDR将一个32位的立即数或者一个地址值读取到寄存器中。

大范围的地址读取。

NOP在汇编时将被替换成ARM中的空操作。

18.指令LDRR1,=0xFFF是如何将立即数0xf